CATV数据广播的智能解决方案

CATV数据广播的智能解决方案
    【摘要】提出了用数据广播的智能解决方案来实现有线网与互联网的功能结合。
在本系统中，数据广播服务器可以为用户提供有效的热点信息；客户端应用程序主
动收听用户感兴趣的信息，并且在PC上实现将单向数据广播与已有的双向因特网连
接无缝地结合起来，给用户提供一个虚拟的因特网环境，使用户可以方便快捷地访
问网上信息。
    【关建词】数据广播有线电视；因特网；收听代理
1简介
    经过20多年的巨大发展，因特网已经成为世界上覆盖面最广、规模最大、信息
资源最丰富的计算机信息网络。但是因特网在快速发展的同时，也带来了不少问题。
现有的因特网主干速率较低，尤其是各国的国际出口，更是显得车水马龙、拥挤不
堪；现有的因特网路由器工作方式和吞吐量无法满足因特网日益增长的需求；各IS
P之间和其内部网络严重拥挤，忙时分组丢失非常严重，极大地影响网络传输的效
率；现有因特网没有带宽控制和流量控制功能，服务质量QoS没有保证。绝大部分
用户以电路交换方式经由PSTN低速接入因特网。由于对电路的长期占用，造成交换
机负荷的增加，同时还影响普通电话用户的业务。目前这种恶化还在加剧。
    如果对这个问题没有一个系统的解决办法，对网络的访问将会变得更加缓慢，
同时ISP和企业在网络带宽上的花费将会不成比例地增长。面对因特网如此爆炸性
的发展以及发展中出现的问题，国际上的ISP、网络通信设备公司以及各种标准化
组织纷纷研究各种因特网技术（如骨干网技术、接入网技术等）以及因特网与现有
电信网、有线电视网互通的协议和标准，并取得了积极的成果。
    现重点介绍利用有线电视网对WWW网络资源进行数据广播的智能解决方案。在
本智能系统中，WWW网络资源将会被针对性地收集并在有线电视网中进行循环广播，
用户可以在家庭和办公室利用电视机或个人电脑收听信息。本系统的客户端平台利
用收听代理技术智能地理解用户需求，给用户创造一个模拟的因特网信息空间。如
果计算机用户还通过普通方式（如通过Modem拨号上网）与因特网相连，则系统将
会把有线电视网的广播收听与因特网的信息交互有机地结合起来，实现有线电视网
与因特网在客户端的无缝连接。本系统在实施上不需要对现有的有线电视网进行线
路改造，电视用户仅仅需要购买机顶盒，个人电脑用户仅仅需要购买一块专用网卡
井安装相应软件即可。和传统的数据广播系统相比，智能系统会给用户带来更方便
快捷的网络信息服务，给有线电视服务提供商更大的市场，并且能够在很大程度上
缓解因特网上的交互服务质量。
2背景分析
    在因特网中，普通用户对WWW资源的访问占据了网络流量的大部分。作者对CER
NET内的1200个WWW站点进行了日均访问次数统计，WWW资源中用户访问最多的是那些
热门站点。用户对热点信息和最新信息的索取是用户上网的一个主要目的。但是大
量用户对热门站点的频繁访问造成了热门站点Web服务器的超载和其所在网络的拥挤。
同时，大量相同信息在网络中的频繁充分传输造成了网络效率的下降。在这个意义
上可以说，因特网更像一个低效率的信息单向冗余广播系统。在有限的网络带宽不
应该做大量的重复工作，而应该做更有效率的数据传输。
    在因特网蓬勃发展的同时，有线电视网也在市场中崛起。现在，全国各地已经
建立起了庞大的有线系统，再加上覆盖全国的卫星接收系统，这些都可以利用起来。
电视网是一个与因特网完全不同的网络体系，由于它的单向广播性和硬件结构，它
的带宽很大，采取最新的分频技术，一个频道的码率（带宽）可以达到56Mbps。对
每个用户来说，它所传播的信息量是相同的，每个用户都可以平等地享受这个带宽。
现在的电视节目往往只使用了有线电缆的一部分带宽和一部分时段，还远远没有把
有线电视系统的巨大带宽资源加以充分的利用。所以，如果可以利用这部分带宽来
广播传输因特网上热门站点的信息，则可以将因特网上的重复传输大量缩减。两个
网络在实现优势互补后，可以大大地提高两者的效率。况且，在系统建设成熟后，
可以给广大的信息服务商提供一个广阔的舞台。这一信息传播空间的开拓必将大大
促进我国信息产业的建设。
    对用户来说，由于有线电视网的用户对等性，他在任何有线网存在的地方都可
以方便地得到相同的信息，而且，在索取信息时不需要经历漫长的等待。同时，他
也可以利用因特网来索取他需要的其它非热点信息。这时的因特网在去掉大量重复
访问后，网络带宽得到充分的舒解，会更有效地服务用户。对Web站点来说，它可以
大大地减少服务器花费在网络传输上的系统资源，使Web服务器更有效地完成其它工
作。对有线电视服务公司，它可以在投资很少的情况下，利用现有的广播网络，提
供新型的服务，满足用户需求，增加企业效益。
3智能方案设计
      系统分为客户端和服务器端两大部分。服务器端包括一台数据广播服务器，
它负责从因特网收集热点资源。服务器将收集来的信息经过打包、压缩和加密过程
后将数字信息传送给前端发送设备。前端发送设备将其封装成一定的帧格式，
然后把信号调制到合适的频率，并通过射频接口发送到有线电视网络上。客户端的
机顶盒和接收卡根据用户设定的频率从有线电视网络上接收信号并从中分离出所需
子信道的信号，再经过解调、帧格式转换等一系列的处理，最后把原始数据提取出
来。机项盒中有专用程序负责处理数字信息和用户命令，然后将信息输出到电视机
上显示。接收卡直接将数字信号通过标准网卡传递给用户计算机，用户在安装了相
应软件后可以通过标准浏览器来浏览广播信息和普通因特网信息资源。
    数据广播平台采用对上层应用透明的底层数据传输模使用户的计算机好似直接
连接在前端的局域网中。这样的硬件系统结构为软件的调试与开发提供了极大的方
便，表现为以下三点：第一、由于软件层只与标准网卡发生关联，避免单独为用户
卡和前端开发复杂的驱动程序；第二、标准网卡支持的网络协议十分丰富，便于选
择适于单向数据广播的网络协议；第三、便于在以太网上实现而不必要在实际系统
中编写和调试大部分软件模块，提高软件生产率。
3.1数据广播服务器
    数据广播服务器从硬件上来说和普通服务器没有不同，但是它可以将信息向有
线电视网广播。服务器完成的主要任务包括得到当前流行趋势、从Web站点收集热点
信息和自适应智能广播。流行趋势的分析由访问统计模块来实现，统计数据的来源
有两种方式。第一种方式由Web服务器定时地将用户对本站点的访问统计数据通过因
特网传向数据广播服务器。在第二种方式下，Web服务器对其主页做一定的改进，使
以普通方式（如利用电话线和 Modem上网）与因特网相连的用户对本站点的访问都
将此访问发向数据广播服务器。这种方式下的访问数据是由用户传递给数据广播服
务器的。显然，第一种方式效率较高，但是要对WWW服务应用程序作相应的改进或添
加嵌入块，这需要对不同的操作系统的不同的WWW服务应用程序作改进，工作量较大。
后一种方式不需改进WWW服务应用程序，仅仅由主页维护人员在原始主页中添加少量
的JavaScript代码即可，但是每个用户的每次访问都需要额外与数据广播服务器连
接，效率较低。
    统计模块在完成对站点访问的统计后，将生成一个站点的访问流行度列表。信息
收集模块根据系统最大传播数据量来确定最终需要收集的网页，并从各个站点收集来
主页。信息发送模块将各个网页打包、压缩并加密，并且根据用户对网页的访问序列
确定各个网页的广播次序。在广播次序和广播内容确定之后，信息发送模块将循环向
有线电视网重复广播网页列表和网页信息。
    用户在家庭或办公室里就可以通过电视或个人电脑来访问广播信息。如果用户除
了可以收听广播之外，还与因特网直接相连，则用户对广播信息的访问将会自动反馈
给数据广播服务器。访问反馈模块将根据用户对广播内容的收听情况来调整信息收集
和信息广播策略。
3.2数据广播客户端
    数据广播客户端可以运行在机项盒平台或个人电脑操作系统上。
    机项金主要包括解调器、收听代理、显示驱动和交互控制四大部分。解调器完成
对广播信息的解调，解密和解压过程；显示驱动将包括文本和图像的数字信息转换为
视频信号输入给电视机；交互控制负责接收用户的输入命令。
    基于普通微机的客户端需要额外安装一块广播信息接收卡，它的功能与机项盒中
的解调器类似，不同的是它安装在计算机主板上。用户可以同时安装接收卡和普通网
络连接设备，比如Modem等。利用普通网络连接设备，用户可以交互访问因特网。客
户端软件主要包括智能接口和收听代理两大部分。
    收听代理是客户端的关键部分，它负责帮助用户收听信息。收听代理不仅可以处
理用户的命令，也可以智能地学习用户的需求并预测用户的访问。它可以持续地监听
广播并下载储存特定信息，当用户使用系统洲览信息时，收听代理可以从存储中直接
读取信息，这样避免了用户对信息的等待。
    用户广播信息的访问有两种方式，第一种是从广播的资源列表中选择他需要的信
息，等候收听代理任务完成；第二种是收听代理经过长期学习后，预测到用户可能的
访问，将一些网页预先下载，则用户可以不用从列表中预定，直接浏览信息。如果用
户浏览的信息没有被收听代理预先下载，则用户要等待一段时间。如果学习的时间足
够长，用户的每个请求都被收听代理预测到，则用户会得到迅速的服务。这样的话，
收听代理实际上在功能上为用户提供了一个模拟的WWW世界。
    收听代理将用户对广播的被动收听变为主动收听，提高了用户的工作效率。为了
实现这个功能，收听代理要完成信息过滤、访问预测和信息存储功能。用户对信息的
请求将被预测器监听，预测器根据当前用户状态预测出用户最近可能访问的网页。过
滤器根据预测器预测的列表从网页信息流提取出相应信息并存储在存储器中。
    基于计算机平台的客户端软件中一个重要部分是智能接口，它直接服务于WWW浏览
器。浏览器对网络资源的请求被智能接口监听，智能接口会将请求发给收听代理，如
果收听代理已经将此网负下载，则智能接口直接将网负返回给浏览器；否则智能接口
命令收听代理收听此网页，如果预测的收听等待时间较长，则智能接口直接通过普通
网络连接设备向因特网发送请求。
    利用智能接口可以使用户对网络资源的交互访问和广播收听合二为一。用户所得
到的只是信息，究竟信息是通过广播收听到的还是交互访问的对用户是透明的。用户
对广播信息的定制也是通过浏览器实现的，这个统一用户界面对系统的适用度很为重
要。智能接口的另外一个任务是将用户对广播数据的收听情况反馈给数据广播服务器。
3.3系统特点
    利用有线电视网进行传统数据广播的一个主要缺点就是用户是被动的，用户只能
快速测览预定信息，如果要想浏览新信息，则平均需要等待半个广播周期才能得到服
务响应。智能解决方案能够利用收听代理将用户的被动收听变为有目的的主动收听，
提高用户的浏览效率。
    智能数据广播的广播内容是当前最热门的信息，数据广播服务器统计出各个站点
的访问情况，并可以由用户对广播的真正收听情况对统计算法作出调整。广播收听率
的统计是自动完成的，这比传统的广播节目收听率统计方法要科学和有效。有线电视
信息服务提供商可以对节目的效果有一个全面的了解，这对广告商也有很大的好处。
    客户端的智能接口在功能上实现了有线电视网和因特网的无缝结合，使两大网络
达到优势互补。有线电视网可以充分利用现有的硬件线路通过新型服务，提高线路利
用率，增加企业效益。因特网可以将很大一部分的重复传输任务分配给有线网，从而
减少流量，缓解线路繁忙的局面，提高用户交互服务质量。
4应用展望
    实际上，系统有效地实现了一个在 CATV上发布信息的平台。除了WWW信息外，基
于此平台可以发布更多的信息。传统的信息发布渠道如报纸、广播和电视等在信息传
播方式上都是广播式的。在交互服务发达的今天，它们的作用仍然不可低估。如果能
够利用智能数据广播平台来发布报纸期刊信息，则能够从根本上实现期刊上网。与现
有的期刊上网相比，利用有线电视网的数据广播更加快捷和方便，而且没有了网络管
理和布线费用。而且对用户来说，良好的界面和虚拟的交互比传统方式要好得多。在
有线电视覆盖全球的今天，任何人在任何地方都能迅速得到最新的全球消息。这么大
的一个用户群从商业上来说是可喜的。
    交互式信息访问的一个优点是高度的自由性，但给政府管理部门带来的问题是信
息不易控制，网上不健康信息对社会的侵害是显而易见的。如果用户所接收的大部分
信息来自数据广播，则管理部门可以对信息的传播加以控制，净化信息资源。这对一
个社会健康发展是必要的。