组播技术在FTTH EPON系统中的应用

　　近年来，随着互联网的迅速发展，很多高带宽的视频应用逐步走进了人们的生活，如IPTV、视频会议、网络音视频广播、VoD、股市行情发布、远程教育、远程医疗等，引起了带宽的急剧消耗和网络拥挤等问题。IP组播技术有效地解决了单点发送多点接收、多点发送多点接收的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送，能够有效地节约网络带宽，降低网络负载。

　　采用EPON系统的FTTH宽带接入网络可以为每个用户提供较高带宽，可以满足任何视频压缩格式的视频业务传送需要，能在传输过程中提供较高的QoS保障。同时，由于EPON点到多点的结构，并且支持组播协议，是视频组播业务最好的用户接入手段。因此，在EPON系统中实现视频组播是非常有意义的，它可以利用网络的组播特性方便地提供一些新的增值业务，包括在线直播、网络电视、远程医疗、远程教育、网络电台、实时视频会议等互联网信息服务。

　　组播技术的三大基本特征

　　组播的概念最早于1988年出现在Steve Deering的博士论文中，1989年Deering又对标准IP网络层协议进行了扩展，提出了IP组播规范，1992年3月第一次建立组播主干网（Mbone），IETF成功地在组播网上举行了一次会议后引起了人们的广泛关注。

　　组播业务的实施具有以下基本特征。

　　● 组播地址。组播地址使源不需要知道组播接收者的具体地址，只需要向组播地址发送数据即可。希望接收数据也只需按照组播地址加入组播组。IP地址方案专门为组播划出一个地址范围，在IPv4中为D类地址（224.0.0.0~239.255.255.255），并将D类地址划分为局部链接组播地址、预留组播地址、管理权限组播地址，在IPv6中进一步为组播地址提供了许多新的标识功能。

　　● 组播路由。组播数据通过路由转发树发送到当前组中所有的成员。当有新的成员加入组播组时，一条到达该成员的路径就被续接到当前的组播树上。当成员退出组时，不再必要的路径就被剪枝。构建组播树有多种不同的组播路由协议，路由协议运行于组播路由器之间，负责将组播信息路由到每个接收者。

　　● 成员管理。组成员关系通过IGMP（互联网组管理协议）进行管理。主机使用IGMP消息通知本地的边缘组播路由器想加入的组，即告知组播路由器相应组的组播地址。组播路由器通过IGMP来维护一个组播成员列表，并且定期发送"成员询问"消息来探寻表中的各个成员是否仍然存在。组成员利用IGMP的加入和离开消息来动态地加入或者退出组播组。目前，IGMP v2已经广泛地配置在路由器中。IGMP v3增加了允许主机指定它要接收通信流量的主机对象功能。来自网络中其他主机的流量是被隔离的，IGMP v3也支持主机阻止那些来自于非要求的主机发送的网络数据包。

　　EPON系统中组播的实现

　　在EPON系统中，采取SCB+IGMP的方式实现组播业务的分发，利用基于扩展OAM的组播控制报文实现组播业务的控制和管理功能。

　　目前EPON系统基本都采用IGMP Proxy/Snooping协议实现组播，这种方式下，OLT利用IGMP Proxy、ONU利用IGMP Snooping实现对组播组成员的管理，通过IGMP Join/Leave和Query消息实现组播成员的动态加入/退出和维持。另外，各个运营商为了更灵活地管理组成员，可能采用自己的企业标准，如动态可控组播协议以更好满足IPTV的业务需求。

　　1.SCB

　　按照PON协议，虽然OLT和ONU之间的下行通道采用广播方式传递数据，但每条数据传输逻辑通道（EPON中的LLID）仅属于某一个0NU，当0NU接收到标识为其他ONU的数据时应丢弃该数据，从而保证了用户数据的正确转发和安全隔离。在单播传输方式下，OLT会把下行广播报文复制N份并分发到多个数据传输逻辑通道传送到 ONU。但为了更高效地传输组播业务，节省系统带宽，PON系统提供了一种特有的数据传输方式，即SCB （SingleCopyBroadcast，单拷贝广播）。

　　SCB技术是在OLT和ONU之间建立一条特殊的允许所有ONU从中合法接收数据的数据传输逻辑通道。在转发组播业务时，即使多个ONU点播了同一节目，OLT仍然只发送一份组播媒体流数据拷贝进入 SCB逻辑通道，所有ONU均接收同一份数据，即l份业务带宽可为N个用户提供服务，由此节省了大量的系统带宽。对于高清视频等高带宽需求的业务来说， SCB技术带来的带宽节省效果愈加显著。为了便于管理，PON系统要求在每个PON口下仅有惟一的一个 SCB数据传输逻辑通道，所有组播媒体流数据均在同一个逻辑通道中传输，如果需要区分隔离，可通过使用不同的VLANID来标识和区分。此外，需要注意的是，SCB数据传输逻辑通道是一条单向（仅下行）通道，仅用于传输下行组播媒体流，上行组播协议报文仍然利用单播通道进行传输。

　　2.IGMP Proxy/Snooping

　　IGMP Proxy的实现原理：OLT靠拦截用户和路由器之间的IGMP报文建立组播表，Proxy设备的上联端口执行主机的角色，下联端口执行路由器的角色。

　　IGMP Snooping的实现原理：OLT以侦听主机发向路由器IGMP成员报告消息的方式，形成组成员和交换机端口的对应关系，并根据该对应关系，将收到的组播数据包转发到组成员的端口。

　　组播系统由视频组播业务系统、IP城域网、接入网络和家庭网络4部分组成。

　　EPON系统实现视频组播的一般流程如下。

　　第1步：机顶盒（STB）或PC机通过发送DHCP报文从DHCP服务器获得一个IP地址。

　　第2步：BRAS对STB上报的用户名和密码进行验证，获得电子节目表。

　　第3步：用户在电子节目表进行节目选择。

　　第4步：选中节目后，STB就发送一个IGMP加入的请求报文。

　　第5步：在组播路由器上建立组播映射表（组和VLAN相对应）。

　　第6步：OLT上建立组播转发表，为每个加入组的用户复制视频流。

　　第7步：用户观看组播节目。

　　其中关键的是要在组播路由器中建立组播映射表和OLT上建立组播转发表并复制视频流。主要是通过IGMP Join/Leave和Query消息实现组播组成员的动态加入/退出和维持。具体实现因IGMP Proxy和IGMP Snooping的不同而不同。

　　在IGMP Proxy模式下，当OLT收到IGMP申请加入报文后，OLT启动IGMP Proxy功能，截获这个申请报文，然后是鉴权，鉴权通过后进行以下逻辑检查：若申请的组是OLT中还没有的，那么OLT就向上层路由器发送一个IGMP加入请求，并建立组播转发表；如果在OLT内已经存在一个这样的组播组，则直接将该用户加入OLT上的组播转发表，不再向上层路由器发送IGMP加入报文，同时建立组播业务和用户的对应表。

　　在IGMP Snooping模式下，当OLT收到IGMP加入报文后，通过侦听获得组播转发表消息，但对IGMP报文而言，它是透传经过OLT的。在实际应用中，EPON系统通过UNI端口的组播VLAN配置实现简单的用户组播权限控制，更复杂的业务权限控制（如预览、禁止等）由IPTV业务平台实现。