中的關(guān)鍵技術(shù)

1、IPTV中的關(guān)鍵技術(shù)描述了IPTV在目前寬帶網(wǎng)絡(luò)上的具體實(shí)現(xiàn)方法，并結(jié)合IPTV的特點(diǎn)，闡述了IPTV所涉及的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)每種技術(shù)作了概括性介紹。    關(guān)鍵詞IPTV寬帶接入組播編碼    1、IPTV的實(shí)現(xiàn)方法    寬帶網(wǎng)絡(luò)數(shù)字電視，又稱IPTV或BTV，即交互式網(wǎng)絡(luò)電視，是一種利用寬帶互聯(lián)網(wǎng)、多媒體等多種技術(shù)于一體，向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式服務(wù)的嶄新技術(shù)。它能夠很好地適應(yīng)當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的趨勢(shì)，充分有效地利用現(xiàn)有寬帶網(wǎng)絡(luò)資源。    在目前的商

2、用寬帶網(wǎng)絡(luò)中，用戶在家中可以通過兩種方式享受IPTV服務(wù)：    (1)計(jì)算機(jī)：在第這種方式下，用戶在通過電腦上網(wǎng)的同時(shí)，可以收聽廣播節(jié)目或欣賞音樂，也可以直接在電腦上收看電視或電影等視頻節(jié)目。    (2)網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒(STB)+普通電視機(jī)。用戶家里新增網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒(STB)，由機(jī)頂盒提供AV接口，直接和普通電視機(jī)相連，用戶通過控制機(jī)頂盒選擇收看寬帶網(wǎng)絡(luò)電視節(jié)目。    如圖1所示，為通過綜合接入設(shè)備(MSA)上的xDSL寬帶線路為用戶提供視頻業(yè)務(wù)的框圖。用戶既可以通過PC享受傳統(tǒng)的INTERNET數(shù)據(jù)服務(wù)

3、和網(wǎng)絡(luò)游戲，也可以通過專門的轉(zhuǎn)換設(shè)備STB，用普通的電視收看電視、電影等寬帶視頻節(jié)目。    2、IPTV中的關(guān)鍵技術(shù)    IPTV應(yīng)用的實(shí)質(zhì)是流媒體在寬帶網(wǎng)絡(luò)上的傳輸和分發(fā)，因此IPTV的應(yīng)用和發(fā)展是以下幾種關(guān)鍵技術(shù)同時(shí)應(yīng)用的結(jié)果。    (1)寬帶接入技術(shù)：快速發(fā)展的寬帶接入技術(shù)，為媒體流的傳送提供了通路。    在目前所使用的寬帶接入技術(shù)中，DSL是一種能夠通過普通電話線提供寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)。大家常用的ADSL(AsymmetricalDigitalSubscrib

4、erLine，非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路)技術(shù)可以提供下行8M的帶寬，ITU-T的G.992.1中對(duì)ADSL的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有詳細(xì)的定義。而隨著技術(shù)的快速發(fā)展，ITU-T又分別在2002年6月和2003年1月推出了兩個(gè)新一代ADSL標(biāo)準(zhǔn)：ADSL2(G.992.3)和ADSL2+(G.992.5)。ADSL2支持的最大上下行速率1.3M/15M，而ADSL2+支持的最大上下行速率可達(dá)1.3M/24M。更高的帶寬為傳輸大量的流媒體傳輸成為可能。     (2)IP組播路由技術(shù)：流媒體分發(fā)的強(qiáng)大支持。    IP組播路由技術(shù)實(shí)現(xiàn)了IP網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到多點(diǎn)的高

5、效數(shù)據(jù)傳輸?？梢杂行У墓?jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬、降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。組播是一種允許一個(gè)或多個(gè)發(fā)送者(組播源)同時(shí)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)包給多個(gè)接受者的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種能夠在不增加骨干網(wǎng)負(fù)載的情況下，成倍增加業(yè)務(wù)用戶數(shù)量的有效方案，因此成為當(dāng)前大流量視頻業(yè)務(wù)的首選方案。在IPTV的應(yīng)用中，利用IP組播路由技術(shù)，可以有效的分發(fā)媒體流，減少網(wǎng)絡(luò)流量。目前接入設(shè)備通過IGMPProxy功能，實(shí)現(xiàn)了用戶的按需加入、離開等功能，這樣既實(shí)現(xiàn)了媒體流的按需分發(fā)。而且減少了組播對(duì)帶寬的過渡占用。隨著IP組播技術(shù)在綜合接入設(shè)備上的應(yīng)用，大多數(shù)的設(shè)備都支持IGMPsnooping和IGMPProxy功能。   

6、60; IGMPsnooping是解決IP組播在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上廣播泛濫的一種基本解決方法。通過在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上幀聽用戶端和組播路由設(shè)備間的IGMP協(xié)議消息，獲取組播業(yè)務(wù)的用戶列表信息，將組播數(shù)據(jù)根據(jù)當(dāng)前的用戶信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，從而達(dá)到抑制二層組播泛濫的目的。    IGMPproxy通過代理機(jī)制為二層設(shè)備的組播業(yè)務(wù)提供了一種完整的解決方案。實(shí)現(xiàn)了IGMPproxy的二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，對(duì)用戶側(cè)承擔(dān)Server的角色，定期查詢用戶信息，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)路由側(cè)又承擔(dān)Client的角色，在需要時(shí)將當(dāng)前的用戶信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)。不僅能夠達(dá)到抑制二層組播泛濫的目的，更能有效地獲取和控制用戶信息，

7、同時(shí)在減少網(wǎng)絡(luò)側(cè)協(xié)議消息以降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷方面起到一定作用。    (3)數(shù)字編碼技術(shù)：傳輸可靠性的技術(shù)支持。    在網(wǎng)絡(luò)上傳輸音/視頻等多媒體信息要涉及流媒體的可靠實(shí)時(shí)傳輸。因此，數(shù)字編解碼技術(shù)是IPTV的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前寬帶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下適用的編碼標(biāo)準(zhǔn)有：MPEG-4、AC-1和H.264等。MPEG-4是ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)，由MPEG制訂，目前應(yīng)用的是MPEG-4Part2；H.264是ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG聯(lián)合視頻組JVT開發(fā)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H.264，也是ISO/IEC的MPEG-4Pa

8、rt10；AC-1是微軟的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，是WMV9向編解碼標(biāo)準(zhǔn)組織提交資料后采用的編碼標(biāo)準(zhǔn)名稱。    而網(wǎng)絡(luò)帶寬的不斷提升，例如應(yīng)用ADSL2或ADSL2+技術(shù)，可以提高用戶的上下行速率達(dá)到1.3M/24M。而如果采用ITU-T的H.264或WMV9進(jìn)行媒體流的編碼，800K的碼速率已經(jīng)可以提供接近DVD畫質(zhì)質(zhì)量，完全滿足目前用戶的要求。因此，兩者的結(jié)合為IPTV媒體流的傳輸可靠性做出了保證。雖然，目前還沒有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定IPTV采用的數(shù)字編碼技術(shù)，但無論是MPEG-4,H.264,還是WMV9編碼技術(shù)都已經(jīng)達(dá)到IPTV應(yīng)用的要求。如果配合新的寬帶接入技術(shù)，

9、完全可以實(shí)時(shí)傳輸任何編碼的流媒體視頻節(jié)目。    3、小結(jié)    IPTV作為一個(gè)新應(yīng)用的出現(xiàn)，并不簡(jiǎn)單是寬帶網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)應(yīng)用。而是在網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、IP組播路由技術(shù)以及流媒體編碼技術(shù)的發(fā)展下產(chǎn)生的，是這幾種關(guān)鍵技術(shù)有力結(jié)合應(yīng)用的結(jié)果。    IPTV將為寬帶運(yùn)營(yíng)商和節(jié)目提供商注入新的活力。寬帶運(yùn)營(yíng)商除了能給用戶提供通信和資訊方面的服務(wù)外，還能通過IPTV為用戶提供豐富的、個(gè)性化的電視節(jié)目，對(duì)于吸引用戶、提高用戶滿意度有很大的幫助。組播、IGMP、IGMP Snooping通過組播，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)主機(jī)同時(shí)向組

10、內(nèi)的多臺(tái)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬。組播ip地址范圍是224.0.0.0-239.255.255.255，其中224.0.0.0-224.0.0.255是有特殊用途的保留地址，239.0.0.0-239.255.255.255是私網(wǎng)地址，224.0.1.0-238.255.255.255是用于公網(wǎng)上的組播地址。組播有一系列的協(xié)議支持包括：1、用于主機(jī)和路由器之間的IGMP協(xié)議。實(shí)現(xiàn)主機(jī)加入、離開組播組等功能。2、路由器之間的組播協(xié)議有：PIM-SM、PIM-DM。實(shí)現(xiàn)嫁接、剪枝等功能。還有一個(gè)IGMP Snooping，用在交換機(jī)上。開啟IGMP Snooping功能的交換機(jī)可以對(duì)經(jīng)過它的IM

11、GP報(bào)文進(jìn)行解析，建立組播轉(zhuǎn)發(fā)表，這樣一來，交換機(jī)就可以根據(jù)組播轉(zhuǎn)發(fā)表轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)。如果沒有開啟IGMP Snooping功能，交換機(jī)只能廣播組播數(shù)據(jù)。IGMP Snooping的實(shí)際應(yīng)用意義是：減少了網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)由于接受到不必要的組播報(bào)文而產(chǎn)生的處理負(fù)荷。IGMP Snooping并不是一個(gè)協(xié)議，只能算是一個(gè)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，一種應(yīng)用。IGMP Snooping分兩種，一種是passive方式的，另一種是active方式的。passive方式的只解析組播報(bào)文，不對(duì)報(bào)文進(jìn)行過濾。active方式的會(huì)過濾掉一些對(duì)路由器沒有意義的組播報(bào)文。比如交換機(jī)下面有兩個(gè)主機(jī)都加入了同一個(gè)組，這樣交換機(jī)上面的路由器中

12、就會(huì)有一條表項(xiàng)與之對(duì)應(yīng)。如果一個(gè)主機(jī)想離開這個(gè)組，它就會(huì)發(fā)送離開報(bào)文給路由器（經(jīng)過交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)）。但是此時(shí)，即使路由器收到了離開報(bào)文，它也并不會(huì)刪除那條表項(xiàng)，因?yàn)檫€有另一個(gè)主機(jī)在組播組中。active方式的IGMP Snooping使交換機(jī)可以過濾掉此類報(bào)文。下面說說IGMP的工作原理：IGMP目前有三個(gè)版本，分別是IGMPV1、IGMPV2、IGMPV3，功能逐漸增強(qiáng)IGMPV1中定義了加入報(bào)文、查詢報(bào)文、響應(yīng)報(bào)文三種報(bào)文。1、當(dāng)主機(jī)加入某組播組時(shí)，會(huì)向路由器發(fā)送加入報(bào)文，告訴路由器自己加入了一個(gè)組播組，路由器會(huì)記錄一條組播表項(xiàng) 。2、查詢路由器（IP最小的路由器）會(huì)定時(shí)從所有端口向外發(fā)送查詢

13、報(bào)文（按VLAN查詢，如果該端口加入了多個(gè)VLAN，則發(fā)送多次查詢報(bào)文），檢查這些端口下是否有主機(jī)屬于某組播組3、主機(jī)收到查詢報(bào)文后，如果自己沒有加入任何組播組，則不進(jìn)行響應(yīng)；如果自己已經(jīng)加入了某組播組，則會(huì)發(fā)現(xiàn)響應(yīng)報(bào)文4、主機(jī)離開組播組時(shí)，不發(fā)送任何報(bào)文，悄悄離開；路由器中紀(jì)錄的該組播的表項(xiàng)會(huì)因查詢超時(shí)而自動(dòng)老化5、查詢報(bào)文的目的地址是224.0.0.1（表示所有路由器和支持IGMP的主機(jī)），組地址是0（表示查詢所有組播組）6、響應(yīng)報(bào)文的目的地址是主機(jī)所在組的地址，組地址也是主機(jī)所在組的地址。如果網(wǎng)絡(luò)上有多個(gè)主機(jī)加入了同一個(gè)組，那么只有一臺(tái)主機(jī)（隨機(jī)選?。?huì)發(fā)送響應(yīng)報(bào)文。由于響應(yīng)報(bào)文的目的地

14、址是主機(jī)所在組的地址，所以響應(yīng)報(bào)文會(huì)被發(fā)送到主機(jī)所在組內(nèi)的所有主機(jī)，其他的主機(jī)在收到該報(bào)文后，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有人向路由器進(jìn)行報(bào)告了，于是他們就不會(huì)再額外發(fā)送響應(yīng)報(bào)文了。IGMPV2中多定義了一種離開報(bào)文，當(dāng)主機(jī)離開某組播組時(shí)，會(huì)向路由器發(fā)送離開報(bào)文。路由器收到離開報(bào)文后，會(huì)發(fā)送查詢報(bào)文，查詢是否還有其它的主機(jī)屬于該組播組，如果沒有就刪除組播表項(xiàng)，有則不刪除。需要注意的是，此時(shí)路由器發(fā)送的查詢報(bào)文的組地址已經(jīng)不是0了，而是特定的組地址（發(fā)送離開報(bào)文的主機(jī)所在的組）。因?yàn)榇藭r(shí)路由器只想知道該特定組內(nèi)是否有主機(jī)存在。這一點(diǎn)也是IGMPV2對(duì)IGMPV1的改進(jìn)，名稱叫特定組查詢，IGMPV1中沒有該功能。注

15、意：1、不論是IGMPV1還是IGMPV2，所有的加入報(bào)文和離開報(bào)文都要被上報(bào)到查詢路由器2、非查詢路由器收到查詢報(bào)文后，從所有端口轉(zhuǎn)發(fā)該報(bào)文3、非查詢路由器收到特定組查詢報(bào)文后，根據(jù)組播表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)4、特定組查詢報(bào)文的目的地址是要查詢的組地址5、離開報(bào)文的目的地址是224.0.0.2（表示所有路由器）IGMP報(bào)文格式：8位報(bào)文類型-8最大響應(yīng)時(shí)間-16位校驗(yàn)和-32位組地址報(bào)文類型：0x11表示查詢報(bào)文，包括普通查詢和特定組查詢報(bào)文0x16表示加入報(bào)文0x17表示離開報(bào)文0x12表示IGMPV1查詢報(bào)文IGMPV3待續(xù)。二層組播協(xié)議IGMP proxy或IGMP Snooping 二層組播協(xié)議

16、IGMP proxy或IGMP Snooping，采取的基本方法是對(duì)每個(gè)組播數(shù)據(jù)包分組傳送，下面分析這兩種協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方式。 一、IGMP SnoopingIGMP Snooping和IGMP協(xié)議一樣，兩者都用于組播組的管理和控制，它們都使用IGMP報(bào)文。IGMP協(xié)議運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)層，而IGMP Snooping則運(yùn)行在鏈路層，當(dāng)二層以太網(wǎng)交換機(jī)收到主機(jī)和路由器之間傳遞的IGMP報(bào)文時(shí)，IGMP Snooping分析IGMP報(bào)文所帶的信息，在二層建立和維護(hù)MAC組播地址表，以后從路由器下發(fā)的組播報(bào)文就根據(jù)MAC組播地址表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。IGMP Snooping只有在收到某一端口的IGMP離開報(bào)文或者某一

17、端口的老化時(shí)間定時(shí)器超時(shí)的時(shí)候才會(huì)主動(dòng)向端口發(fā)IGMP特定組查詢報(bào)文，除此之外，它不會(huì)向端口發(fā)任何IGMP報(bào)文。IGMP Snooping是靠偵聽用戶與路由器之間通信的IGMP報(bào)文維護(hù)組播地址和VLAN的對(duì)應(yīng)表的對(duì)應(yīng)關(guān)系，它將同一組播組的活動(dòng)成員映射為一個(gè)VLAN，在收到組播數(shù)據(jù)包后，僅向該組播組所對(duì)應(yīng)的VLAN成員轉(zhuǎn)發(fā)。主要操作流程如下：(1)主機(jī)與BAS進(jìn)行PPPoE協(xié)商，通過PPPoE認(rèn)證。(2)主機(jī)向路由器發(fā)送IGMP成員報(bào)告包，BAS監(jiān)聽到該包，并從PPPoE數(shù)據(jù)包中得到組播組的地址，將該用戶添加到對(duì)應(yīng)的VLAN，如果該用戶是組播組的第一個(gè)用戶，則為這個(gè)組播組產(chǎn)生一個(gè)組播條目，并將該

18、報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)至上層路由器以更新組播路由表。(3)BAS收到路由器的組播數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，根據(jù)組播MAC地址和組播IP地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系，找到對(duì)應(yīng)的VLAN，然后將數(shù)據(jù)包封裝成PPPoE的會(huì)話包，向VLAN內(nèi)的成員轉(zhuǎn)發(fā)。(4)當(dāng)收到來自主機(jī)的申請(qǐng)離開組播組的包時(shí)，BAS把收到該包的端口從相應(yīng)的VLAN中刪除，若該用戶是組播組最后一個(gè)用戶(此時(shí) VLAN為空)，則把該VLAN刪除，并把該包內(nèi)容通過上行端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。 IGMP Snooping的規(guī)則比較簡(jiǎn)單，下行方向透?jìng)鞑樵儼?，上行方向根?jù)需要轉(zhuǎn)發(fā)加入或離開包，但要求BAS必須有3層提取功能，它對(duì)于主機(jī)和路由器是透明的。二、IGMP ProxyIGMP Proxy是靠攔截用戶和路由器之間的IGMP報(bào)文建立組播表，Proxy設(shè)備的上聯(lián)端口執(zhí)行主機(jī)的角色，下聯(lián)端口執(zhí)行路由器的角