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IPTV网络组网及优化方案研究

蔡岳| IPTV,承载网,组播,QoS| 2010-12-27
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【中心议题】

  •        *分析了IPTV业务在服务质量QoS、组播以及业务认证等方面的设计方案
  •        *对其进行了对比分析

【解决方案】

  •        *采用DHCP提供IPTV用户的接入认证
  •        * STB采用DHCP分配私网IP地址,PC通过PPPoE分配公网IP地址

在电信行业竞争日益激烈的今天,电信技术的更新速度在加快,市场及用户需求也在不断变化,二者的共同作用使得传统的电信行业正在发生着巨大的改变,国内的电信运营商开始考虑由传统的网络运营商向综合信息服务商的角色转变,其中市场驱动和技术驱动是2个关键因素。人们对多媒体视频、远程监控、语音业务有了更多的需求,技术的进步使运营商满足用户

的需求成为可能,也成为运营商能否成功转型的关键,IPTV业务被寄予厚望。传统固网运营商已经在绝大部分运营区域全面铺开IPTV业务的建设和运营,IPTV的网络性能和业务功能已经逐步得到完善和发展。

1 IPTV定义及系统组成

IPTV技术是采用IP包的方式将音视频节目在不同网络中传送或分发给不同的用户。不管是什么样的网络,只要是能够承载IP数据包的承载网络,就可以开展IPTV业务。IPTV在总体结构上分为四层:业务运营支撑系统、IPTV平台、宽带承载网络和IPTV终端。

(1)业务运营支撑管理平台:包括内容管理平台、业务支撑平台两部分,分别由内容运营商和业务运营商建设维护。业务支撑平台完成IPTV的营业受理、用户管理、计费管理、帐务管理、资源管理、ICP管理、产品管理、工单管理以及内容服务访问控制等功能。

(2)IPTV平台:主要包括视频编解码器、中心流媒体服务器、EPG服务器、内容存储系统、运营管理平台等组成。

(3)宽带承载网络:主要包括IP宽带城域网的核心层、汇聚层、接入层网络,或专用宽带综合业务网络。

(4)IPTV终端:目前的IPTV可根据终端分为三种形式,即个人电脑+软件播放器、电视机加机顶盒和手机平台(移动网络)终端。电视机加机顶盒的方式兼顾PC和电视机的功能既具有PC的处理能力,又具有电视机的观看效果,将成为IPTV业务终端的主流。

2 IPTV业务支持方案设计

2.1用户认证实现

采用DHCP提供IPTV用户的接入认证。STB采用DHCP分配私网IP地址,PC通过PPPoE分配公网IP地址。

ST BD HC P报文中可携带S er v ic eOption(DHCP Option60),IPTV网关设备将DHCP请求relayDHCP服务器,根据业务的不同分配不同的IP地址,并通过Option60选项控制STB的业务权限。另外,可以通过DHCP Option82功能,在网络设备上(DSLAMLAN Switch)给用户的DHCP报文打上Option82标记,指示用户的物理位置,这样在DHCP Server上可根据Option82判断DHCP请求的合法性,保证地址分配的安全性。

STB通过DHCP动态获得分配地址,而用户认证工作可由IPTV业务系统完成。当用户机顶盒获得IP地址后,可以通过加入组播组来接收相应的频道数据流。

上网终端通过PPPoE上网,通过BRASRadius服务器认证和分配IP地址。STB和上网终端分配不同的地址空间,在城域网存在视频网络和Internet两个相对独立的网络。

采用DHCP接入认证方式主要存在问题有2方面:IP地址盗用、伪DHCP服务器。

为了防止IP地址的盗用,要求DSLAM和二层交换机支持DHCP Option 82功能,即接入二层设备可在DHCP请求包中的Option 82字段中写入信息,包括交换机的MAC地址(这是对交换机的定位),以及DHCP请求是从交换机的那个端口进入网络的。利用这一功能,DHCP不仅仅可以提供IPMAC的关联,还可以成功的将IP地址和计算机的物理接入位置有机的结合在一起。这对故障处理、攻击定位都给予了极大的帮助。

为了防范伪DHCP干扰正常通信,利用机顶盒客户端系统进行防伪DHCP server,客户端通过判断relay-agent来判断是否是伪DHCP在进行地址分配,如果是伪DHCP分配的IP地址,则将relay-agent丢弃。

2.2组播部署

2.2.1核心层到汇聚层设备间组播

汇聚层网络需要通过组播完成视频业务的推送。主要有两种组播实现方式:一种是动态组播实现方式,通过汇聚交换机启用PIM等动态组播路由协议,然后根据组播树将视频业务推送到新增汇聚交换机;另一种是静态组播实现方式,通过静态组播配置,IPTV节目内容按照静态配置的组播树路径送抵新增汇聚交换机。

2.2.2接入层组播

在接入层需要支持IGMP SnoopingIGMP Proxy协议,负责向上层网络传递用户的组播请求信息。在用户需要观看一个频道时,即加入一个组播组,用户侧的STB发起IGMP的加入报文,连接用户的DSLAMLAN运行IGMP SnoopingIGMP Proxy协议,逐级把IGMP的报文上传至汇聚层设备,通过组播路由协议,将组播流从CMS(组播源)通过组播方式分发到最靠近用户侧的二层设备上,然后根据IGMP Snoop-ing所记录的主机与端口关系将组播组内容复制到用户端口上。

2.2.3组播用户管理及可控组播的实现

组播业务的用户管理一般可以分为两种方式:用户已经收到组播数据,但必须通过认证后才能“看到”相应的组播内容;用户必须先通过认证才能接收和看到相应的组播内容。

方式一对网络中间设备的要求比较低,中间设备只需支持标准的组播协议,保证用户收到组播数据,具体的权限控制都由客户端软件完成。基于软件模式的组播用户控制实现上比较简单,其缺点是以网络带宽被占用为代价的,不利于统一管理。

方式二可通过组播转发表来实现,用户接入设备根据静态配置组播控制表项进行组播数据转发,即执行组播业务控制的节点在执行IGMP Snooping协议过程中,需要根据每个端口的组播权限,生成相应的组播转发表,以达到组播受控的目的。

目前一般采用第二种方式,由承载网和接入网实现对于用户管理,从而实现可控组播。

2.3服务质量Qos

IPTV业务应是在全网QoS部署时最为明确的单独的一类需要QoS保障的业务。承载网需要在用户PCSTBCMSEMS之间提供QOS保证。

IPTV业务QoS主要是下行流量的QoS保证,采用基于不同VLAN的优先级调度,IPTV业务VLAN优先级高于普通PPPoE拨号用户的业务VLAN,出现网络拥塞时优先转发IPTV数据,从而保证服务质量。

QoS部署涉及业务流经的汇聚7609、二层交换机、DSLAM设备和家庭网关。IPTV业务

流在Cisco7609入口处可以打上优先级高的标签,在经过的二层设备上直接使用trust即可实现优先级调度功能。

2.3.1传统LAN或者EPON+LAN接入QoS实现

对于IPTV业务来说,主要是对下行流量的业务优先级保证,因此设置LAN交换机根据不同业务进行优先级调度的功能。优先级调度基于802.1PVLAN两种方式进行调度(不同VLAN对应不同优先级的业务)

LAN方式接入用户,如果既要上网,又要利用STBIPTV,采有单VLAN和多VLAN方案:采用多VLAN,可根据VLAN的优先级进行转发,优先转发组播/VOD的流量,保证处于高优先级的IPTV业务的QoS;采用单VLAN,可由交换机根据报文进行流分类,以支持视频流优先转发,从而保障组播/VOD业务的QoS

2.3.2传统DSLAM或者EPON+DSL接入QoS实现

DSLAM需支持根据不同业务进行优先级调度的功能;优先级调度基于802.1PVLAN或者PVC进行调度(不同VLAN或者PVC对应不同优先级的业务)

采用单PVC方式时,DSLAM通过支持视频流优先转发,以保障BTV业务的QOS;采用多PVC方式时,DSLAM支持多PVC-VLAN映射,并对不同的VLAN标识不同的802.1p优先级。

3结语

在宽带接入方面,PON是一种面向未来多业务、经济的宽带接入发展方向。近年来,全国许多城市开始大量使用EPON宽带接入系统,提高用户的宽带接入的带宽,向用户开展标清IPTV或者高清IPTV等业务。

随着新技术的发展,IPTV业务将会走进千家万户。IPTV是一项系统业务,需要聚合设备、内容、网络、运营、用户等形成完整的产业链,完整的产业链的形成将对IPTV的发展形成强大的动力,IPTV的发展将一日千里,到那时,IPTV业务将更大程度地推动承载网络技术的发展。

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