IPTV网络系统中承载技术浅析

1. 引言

IPTV即网络电视，它集Internet、多媒体和通信等多种技术于一体，利用宽带网的基础设施，以家用电视机(或计算机)作为主要终端，通过IP协议向用户提供电视节目在内的多种交互式数字媒体服务及其增值业务。IPTV的最大优势在于"互动性"和"按需观看"，彻底改变了传统电视单向广播的特点。根据设备的功能，一个典型的IPTV系统可以分为媒体平台层、服务支持层、运营支撑层、IP承载层和终端层等五层。

IPTV技术的应用对现有传输网络的承载能力提出了更高的要求，其中包括物理承载和IP承载。IPTV系统承载的最主要内容包括视频点播(VideoonDemand，VOD)和电视频道(Television)节目。

2. IPTV系统承载要求

IPTV是一种实时性的流媒体业务，它对端到端带宽、时延、抖动和误码率等方面都有较高的要求。为了保证收看质量和效果，IPTV系统承载网必须能在以下几个环节提供保障。

⑴用户接入带宽。使用MPEG-2编码技术时不小于3～4Mbit/s，使用MPEG-4或更高压缩率的编码技术时不小于2Mbit/s。

⑵频道切换时延。有线电视网的频道切换非常快，IPTV也应尽量减少端到端的时延。据调查，IPTV用户可以接受1s之内的TV频道切换时间和10s之内的VOD切换时间。(3)IPTV网络服务质量(QoS)。丢包和抖动等都会严重影响IPTV的收看质量，会使用户觉得IPTV不如有线电视。

3. IPTV系统承载技术

IPTV系统承载网是承载IPTV业务的物理介质，主要由接入层、核心层(即IPTV承载专网)以及汇聚层(其他媒体路由交换和组播设备)组成。本文在现有宽带网的基础上，提出IPTV系统承载的一些相关技术。

(1)接入层

接入层是整个系统承载网最关键的环节，它完成用户终端、IPTV网络和业务节点的连接，负责IPTV用户的业务接入认证、面向用户组播复制等。

IP-DSLAM技术

考虑到现有宽带网络的实际情况，建议在IPTV系统中采用铜线接入方案，即基于ADSL2+的接入技术。　
在IP-DSLAM中，设备内部的数据包交换与数据汇聚都采用以太网格式和纯IP内核，拥有成熟的IP组播特性。使用IP-DSLAM技术的IPTV系统接入网结构如图1所示。

目前典型的宽带接入方式主要有ADSL和LAN两种。ADSL用户通过Modem接入局端的IP-DSLAM设备，然后通过接入交换机、汇聚交换机接到宽带接入服务器(BRAS);LAN用户则通过楼道交换机、接入交换机和汇聚交换机接到BRAS。接入交换机和汇聚交换机支持VLAN嵌套功能QinQ(IEEE802.1Q-in-QVLANTag)，把用户的单播业务封装到支持SVLAN(Stackable VLAN)的交换机承载，而对组播业务只作透传。SVLAN等同于QinQ功能，经过二层以太汇聚到BRAS终结。支持QinQ技术的BRAS最终实现为各个用户提供一个内层VLAN接入标签。

DHCP认证

宽带接入层采用动态主机配置协议(DHCP)认证方式，机顶盒作为DHCP客户端，BRAS作为DHCP服务器端。客户端(用户)只能通过DHCP获得IP地址后才能进行访问。另外，为了避免IP地址进行其他业务的Internet访问，必须限定IPTV业务IP地址的访问范围，使其只能用于完成IPTV业务的访问流程，超越范围一概不能访问。这样可以有效地将Internet业务与IPTV业务区分开，保证了接入层的QoS实现。

可控组播

为了避免对现有网络产生严重的不良影响，保证预期的组播业务质量，必须对组播业务进行有效的管理和监控。在IPTV系统中，规定用户必须先通过认证才能收看相应的组播内容来实现组播控制。

一般来说，组播控制应在用户接入设备上实施，接入设备必须支持"IGMPv2LeaveMessageSnooping"或接入层组播路径Fast Leaving。用户接入设备根据经IPTV承载专网静态配置而成的组播控制表项进行组播数据转发，组播业务控制节点在执行IGMP Snooping协议过程中，根据各个端口的组播权限，生成相应的组播转发表，从而达到组播控制的目的。同时，交换机也应当具有支持IGMP过滤的功能，并且可以配置丰富的ACL来控制IGMP Snooping是否生成相应的组播转发表。

另外，为了保证组播的安全，必须在用户接入设备上对每个用户端口进行以下各项限制：IGMPreport数量;同时加入组数量;组播流发送。

(2)承载专网

IPTV承载专网，即IPTV城域骨干网，负责IPTV网络的传输，同时担当数据交换平台和承载层广域节点，从而简化网络结构，可与互联网业务隔离。

组网技术

IPTV承载专网可以采用"星形+环形"的组网结构。这种结构将单播和组播分开传送，星形结构用于承载单播流量，而环形结构则用于承载组播流量。环形网络是一种高效的组播传送方式，它在进行组播复制时，环上始终只有一份拷贝，每个节点也只需要一份报文，大大节省了带宽和设备开销。这种结构更符合IPTV业务流量模型，安全可靠性高。

为了使组播报文通过环网转发，应该配置组播静态路由，在环网接口建立组播树。

MPLS技术

多协议标签交换(MPLS)是实现IPTV系统承载的主要技术之一。其主要思想是将二层交换和三层路由有机结合，将二层的快速转发引入第三层，进而提高了路由器的转发功能。

MPLS的关键技术有两个方面：控制和转发的分离;标签转发算法。由于控制和转发组件完全分离，只要保持控制组件维护转发表的接口不变，它们可以用不同的机制实现。标签转发算法需要在网络的入口边界处进行流分类，给报文分配一个标签，在网络的中间节点处，获得一个精确匹配的转发项，最后发送给下一跳节点。

MPLS技术从优化网络的整体性能角度提供了对实现QoS的支持，它包括面向连接的IP网络服务质量QoS支持和流量工程两个方面。它对资源进行了合理配置，有效控制了路由过程，在网络运行过程中使LSP能自动绕开网络故障、网络拥塞与瓶颈，使网络资源得到最优的利用，从而缓解资源使用问题造成的时延，有利于保证实时业务对时延和抖动的QoS要求。目前，实现MPLS流量工程的控制协议有基于约束路由的标签分发协议CR-LDP和RSVP扩展。

4. 结束语

IPTV系统承载网运行效果直接影响着IPTV的收看质量，关系到IPTV的发展前途。因此，如何搞好IPTV系统承载网的建设，意义深远。本文基于现有宽带网实际，提出了一些有关IPTV系统承载网实现的技术，实现了对IPTV系统QoS的支持。在实际使用中，应尽量注意它们的融合性和兼容性。随着IPTV用户需求的不断增长，IPTV系统承载网还有许多技术问题需要进一步的分析和探讨。