IPTV及其组网技术.doc

IPTV及其组网技术1.1 IPTV概述IPTV（Internet Protocol Television or Interactive Personal Television）也叫交互式网络电视，是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设备，集互联网、多媒体、通信等多种技术于一体，通过互联网络协议（IP）向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式数字媒体服务的崭新技术。 现有的广播电视服务，无论是模拟的还是数字的都是一种单向广播形式，即用户只能在固定的时间单向地接收，极大地限制了电视观众与电视服务提供商 之间的互动，也限制了节目的个性化和即时化。如果一位电视观众对正在播送的所有频道内容都没有兴趣，他(她)将别无选择。这不仅对该电视观众来说是一个时间上的损失，对有线电视服务提供商来说也是一个资源的浪费。IPTV通过双向的宽带网络向用户传播电视节目，用户不但能够突破时间的限制，自由地选择自己喜爱的电视节目，还可以随心所欲地控制节目播放的进程，从而可以方便快捷地享受越来越丰富的数字多媒体内容。 IPTV 的主要业务有视频广播、点播、时移电视、信息服务、视频通信、互动游戏、消息服务、音乐、卡拉OK/MTV、远程教育、互动广告、个人定制录像、互联网浏览等。相对于传统的广播电视，IPTV的优势是很明显的。IPTV能提供的内容更为丰富，电视节目只是它其中的一部分内容。用户完全可根据自己的需要点播由各家内容提供商提供的丰富多彩的节目，实现个性化收看；其次IPTV可以真正实现节目与用户之间互动，用户可以决定节目的进度，更可以网络游戏应用到IPTV中。 1.2 IPTV 运营概况 IPTV系统共可以分为四个网络层，分别为内容运营层、业务运营层和承载网络层和用户终端层。其中，内容运营层一般由广电运营商、CP/SP负责建设和运营，业务运营层和承载网络层和用户终端层由电信运营商负责建设和运营，即面向内容的平台由广电运营商建设管理，面向用户的平台则由电信运营商进行建设和管理。 在我国国内，目前提供内容运营层的主要是上海文广，而提供业务运营层、承载网络层和用户终端层的主要为中国电信和中国网通。在广电运营商和电信运营商的协力下， 目前IPTV已经取得了较好的发展业绩。 截至2007年末， 我国国内的IPTV用户数已经达到了118万。以目前业务发展最好的上海为例，自2006年建网起，在不足2年的时间内用户数已经达到了30万，这一切都预示了IPTV在国内良好的发展前景。 根据2008 年1月17 日，中国互联网络信息中心（CNNIC）在京发布“第21次中国互联网络发展状况统计报告”，我国上网用户总数达到了2.1亿。其中宽带上网的人数增长迅猛，已超过了网民的75%，达到16338万人。我国网民数和宽带上网人数均仅次于美国，位居世界第二。关于电视机用户，目前我国拥有的电视机已经超过4亿台，这些用户均为IPTV市场的潜在用户。由此可见，IPTV在国内仍将有极大的发展余地。2组网方式研究2.1网络层次IPTV系统共可以分为四个网络层，分别为内容运营层、业务运营层和承载网络层和用户终端层。在目前国内的政策环境下，内容运营层一般由广电运营商、CP/SP负责建设和运营，业务运营层和承载网络层和用户终端层由电信运营商负责建设和运营，即面向内容的平台由广电运营商建设管理，面向用户的平台则由电信运营商进行建设和管理。这一分工是由于我国的内容发布管理制度以及现有的网络资源状况决定的。由于我国对于在电视上发布的内容需要进行相关的审批，因此长期经营内容的广电运营商在这方面有着相当大的先发优势；对于IPTV这种以内容和业务提供方式为主要亮点的业务，如需在和传统电视的竞争中获得优势，就必须获得内容上面的优势，如能够随时提供最新的电影、更快的咨讯等，这无疑需要广电运营商的直接介入。同时，由于目前进入用户家中的宽带资源都掌握在电信运营商的手中，而且就业务受理渠道而言，电信运营商也有着明显的优势。因此需要推广业务，电信运营商的参与也必不可少，由此构成了目前我国国内的IPTV产业链。IPTV 内容运营层由广电运营商构建完成，其功能主要包括：视听节目内容的集成、转播、监看，视听节目的数字版权保护（DRM） 、增值业务应用等。业务运营等三层由电信运营商建设和运营。其中业务运营层完成IPTV 业务的运营，并实现与内容运营平台对接。业务运营平台包括电子节目单(EPG)服务系统、视频内容分发系统、业务管理平台、运维支撑系统、增值业务平台。功能主要包括：视听节目和EPG 节目单的传送，用户的生命周期管理，用户计费和收费，扩展业务的提供、整合和服务打包，直播和点播内容分发，采集和管理用户业务使用信息，向用户提供自服务功能，视听节目的数字版权保护（DRM），增值业务应用等。承载网络层为IPTV 平台提供网络承载，包括：骨干层网络、城域骨干层网络和宽带接入网络。用户终端层则是指是机顶盒。IPTV 用户使用机顶盒，通过电信运营商的宽带接入线路接入，在电视机上使用业务。2.2业务运营平台组网方式2.2.1内容运营平台与业务运营平台的合作关系对于一个覆盖了多个省的运营商（如目前国内主流的电信、网通等）而言，IPTV 内容运营平台可分为两级结构，包括全国内容运营中心、省级内容运营平台，全国性内容可由全国内容运营中心接入到全国业务运营中心，省内的内容则由省级内容运营平台接入。这一分层架构最大的优点在于许多内容源可以实现全国共享，从而最大程度上实现内容的丰富，从内容上为IPTV系统抢占市场先机。该架构下的总体结构如下图所示：当然， 如果一个运营商的IPTV业务覆盖面较小， 仅在1-2个省内有大规模应用，出于节约投资的考虑，也可不建设全国业务运营中心，所有内容由省级内容运营平台接入省级业务运营平台。需要说明的是，目前在我国国内，由于政策和协作方面的原因，尚没有真正商用的全国内容运营中心，而一律采取了各省分别使用省平台的方式。但是随着IPTV业务量的增大以及产业链的壮大，全国业务运营商中心的出现已经成为了必然的趋势，部分主流运营商已经将其建设提上了议事日程，以保障IPTV的进一步高速发展。 就功能而言，全国内容运营中心主要负责全国内容集成、内容运营的管理和业务支撑。全国内容运营中心除具有省级内容运营平台包含的功能模块外，还具有内容集成模块，完成内容提供商的引入，对全国性的内容进行内容审核、内容整合、统一管理。省级内容运营平台完成的功能包括：EPG 制作及管理、内容处理系统及管理、播出控制、数字版权管理和内容运营管理。2.2.2 省级业务运营平台组网方案对于省级业务运营平台，在不设全国内容运营中心的情况下，根据用户数规模一般有三种组网方式：二层结构、三层结构和大区附属方式。在设立全国业务运营中心的情况下，大区附属方式可改造为二层结构，内容源则从全国中心引入。2.2.2.1 二层结构 1）二层结构适合目标用户总量少（在目前国内主流厂商的技术水平下，一般不超过20万） 、或系统覆盖面狭小、或新建IPTV系统的业务区使用。 2） 二层结构由中心节点和边缘节点组成。在一个IPTV系统中，中心节点由于作用关键建议设置两个，实现负载冗余，如条件有限也可设置一个；边缘节点可根据区域划分或用户数量设置若干个。 3） 在该结构中，中心节点主要负责与内容运营层的头端设备互联，实现节目源引入，并负责内容存储，内容分发，全网用户的认证、计费、管理，提供边缘节点的系统冗余，为部分用户直接提供业务服务等；边缘节点主要负责利用中心节点分发的内容直接为用户提供服务，并负责部分点播内容的存储。4）中心节点和边缘节点之间可通过本地承载网络来进行组网，也可直接组建专网。在承载网络条件许可的情况下，应尽可能使用本地的IP承载网来进行组网，减少用户接入的成本。2.2.2.2 三层结构 1）三层结构适合目标用户总量大、或系统覆盖面宽广的业务区使用。 2）三层结构由中心节点、区域节点和边缘节点组成。在一个IPTV系统中，中心节点由于作用关键建议设置两个，实现负载冗余，如条件有限也可设置一个；区域节点和边缘节点可根据区域划分或用户数量设置若干个。 3）在该结构中，中心节点和边缘节点的实现功能和二层结构中的实现功能相类似，新增加的区域节点主要可减轻中心节点的系统负载和避免网络流量过于集中。当边缘节点数量较多时，中心节点仅需负责对区域节点进行内容分发，而由区域节点负责其管辖区域内的边缘节点进行内容分发，同时用户认证、管理、系统冗余等功能也可从中心节点全部或部分下移至区域节点。 4）中心节点、区域节点和边缘节点之间可通过当地承载网络来进行组网，也可直接组建专网。在承载网络条件许可的情况下，应尽可能是用当地的IP承载网来进行组网，减少用户接入的成本。 5）三层结构下边缘节点也可直接下挂于中心节点。 2.2.2.3 大区附属结构 1）大区附属结构适合目标用户总量较小、或初期投资紧张的业务区、或无法直接获得节目源的业务区使用。 2) 大区附属结构须依赖已运营的其它省级业务运营平台的中心节点。 3）大区附属结构由区域节点和边缘节点组成。在一个附属结构的IPTV系统中，区域节点一般设置一个，边缘节点可根据区域划分或用户数量设置若干个。 4） 在该结构中，节目源由所附属的中心节点负责提供。区域节点可提供该结构范围内所有用户的EPG访问、认证服务、管理等功能，并完成对边缘节点的内容分发。其本身也可根据需求为部分用户提供业务服务或为边缘节点实现系统冗余。边缘节点主要负责利用区域节点分发的内容直接为用户提供服务。 5）由于该结构中，中心节点和区域节点/边缘节点之间为跨区域的网络连接，承载网连接环节较为复杂，故建议采用直联方式直接组建专网；区域节点和边缘节点、用户之间应尽可能通过当地IP承载网络进行组网，也可通过星形拓扑直联方式直接组建专网。2.3 各功能节点的设置: 2.3.1 中心节点 中心节点是整个IPTV系统的核心。承担内容存储、内容管理、内容分发、用户管理、计费帐务、系统管理等功能。中心节点可直接为终端用户提供服务，也可为区域节点或边缘节点提供冗余保护。中心节点一般含以下功能模块：节目源引入系统、媒体服务系统、管理系统、网络系统。 1）节目源引入系统：主要完成将第三方提供的节目源信号引入IPTV系统中。2）媒体服务系统：主要完成流媒体内容的存储调度管理和提供流媒体服务。 3) EPG系统：主要为用户选择业务内容提供导航和索引，完成用户业务请求的处理，和EPG内容的管理、发布等。 4）管理系统：主要完成针对设备和业务的管理、监控功能。 5）网络系统：主要完成对各功能模块间流量的疏导和节点对外流量出口。 需要说明的是，各省公司建设IPTV系统时，与广电运营商在建设的界面上，应根据集团与广电运营商的框架协议，结合当地实际情况与广电运营商协商确定。2.3.2 区域节点 区域节点是整个IPTV系统的中间层。承担对区域内边缘节点的媒体内容分发、用户服务、系统管理等功能。区域节点可直接为终端用户提供服务，也可为边缘节点提供冗余保护。区域节点一般含以下功能系统：媒体服务系统、EPG系统、管理系统、网络系统2.3.3 边缘节点 边缘节点是整个IPTV系统的底层。承担直接为终端用户提供服务的功能。边缘节点一般含以下功能系统：媒体服务系统、EPG系统、网络系统。2.4 IPTV系统组网图（王军宁2iptv网络功能拓扑图）3. 提供的业务及实现方式现阶段IPTV可提供的业务主要可分为视音频业务和增值业务。 3.1 视音频业务 视音频业务主要由直播业务、点播业务、时移业务。3.1.1 直播业务 IPTV终端用户可收看到系统实时提供的视频节目，主要有直播频道和虚拟频道（即轮播）两种业务方式。直播频道由广电运营商提供实时流媒体内容作为节目源；虚拟频道将预先制作完毕的流媒体内容作为节目源。 中心节点作为直播业务源通过组播、直播中继或单播方式将直播业务内容分发给用户。对于区域建网的二层和三层结构，组播方式实现主要包括城域骨干网组播和宽带接入网组播、直播中继方式主要将直播源以单播方式分发至区域节点或边缘节点并由上述节点以组播方式进行转发；单播方式主要为节目源由中心节点至用户的分发过程均使用单播方式；对于大区附属结构，则建议采用直播中继方式，以专用链路提供直播业务源。由于直播业务具有高度重复性和实时性，建议采用组播方式可有效提高网络带宽利用率，组播复制点应尽可能靠近用户。3.1.2 点播业务 IPTV终端用户可根据喜好选择收看系统预先存储的视频内容。在考虑业务流量边缘化原则下，核心节点存储全部的点播业务内容，区域节点或边缘节点根据事先确定的业务模型存储部分或全部的点播业务内容。根据用户的业务请求，以单播方式优先由最靠近用户的边缘节点提供业务内容，如无法满足再逐级由上一级系统节点提供业务内容。3.1.3 时移业务 IPTV终端用户可收看到在过去一段时间内系统提供的直播视频节目。在考虑业务流量边缘化原则下，核心节点录制并存储全部的时移业务内容，区域节点或边缘节点根据事先确定的业务模型存储部分或全部的时移业务内容。根据用户的业务请求，以单播方式优先由最靠近用户的边缘节点提供业务内容，如无法满足再逐级由上一级系统节点提供业务内容。3.2 增值业务 现阶段，IPTV系统可提供的增值业务主要可分为浏览器业务和客户端业务。 3.2.1 浏览器业务 IPTV终端用户可浏览到系统预先提供的各类咨询信息，如新闻浏览、信息查询等。根据用户的业务请求，由相应的增值业务应用服务器实现业务功能。 3.2.2 客户端业务 IPTV终端用户可通过IPTV系统实现人机交互或人人交互，如投票系统、互动游戏、视频通讯等。各类增值业务均通过相应的应用服务器实现业务提供。3.3 酒店 IPTV 业务 酒店IPTV业务是一项利用IPTV系统和网络资源，以TV+STB的终端形式为酒店提供以视频流媒体业务为主，宽带接入等其他增值服务为辅的综合业务。酒店业务包括如下功能： 1) 支持运营商操作员、酒店集团操作员、酒店管理员以及操作员、酒店房客等基本角色，不同角色具有不同的使用权限和使用界面； 2)对不同酒店客户提供不同的EPG界面、不同的电视频道、视频点播内容； 3) 酒店客户可针对酒店房客提供单独的业务包定制； 4) 由IPTV平台对每个酒店房客计费出帐，IPTV平台应支持酒店客户自定义的各种计费模式； 5) IPTV平台能够为每个酒店房客实时出帐，并将消费帐单和清单传送给酒店自身的业务管理系统，实现“一单清”。4、编解码标准选择目前适合国内IPTV业务应用的视频编码标准有MPEG-4（即ISO/IEC 14496-2）、VC-1（即微软提交SMPTE的标准）、AVS和H.264（即ISO/IEC 14496-10），音频编码标准有MPEG1 LAYER1/2/3（即ISO/IEC 11172 -3）、MPEG2 LOW COMPLEXITY AAC（即ISO/IEC 13818-3）和MPEG4 LOW COMPLEXITY AAC（即ISO/IEC 14496-3）。 MPEG4系列标准（即ISO/IEC 14496）包括16个部分，IPTV中所述MPEG4特指第二部分，即ISO/IEC 14496-2 VIDEO。 H.264标准是ITU-T和ISO/IEC组成的联合视频工作组 （JVT： JOINT VIDEO TEAM）制定的，具体对应MPEG4系列标准第十部分，即ISO/IEC 14496-10。 目前对于标准清晰度图像质量，采用MPEG-4 ASP编码的视频编码速率要求为1.52MBPS，采用H.264、AVS和VC-1编码的视频编码速率要求为1.21.5MBPS。 对于高清晰度图像质量，采用MPEG-4编码的视频编码速率要求为810MBPS，采用H.264、AVS和VC-1编码的视频编码速率要求为68MBPS。4.1 视频编解码 IPTV业务要求在有限的网络带宽条件下提供清晰的图像质量，因此要求较高的编码效率。 当前要求能在23MBPS的带宽下提供标准清晰度的图像质量， 在810MBPS的带宽下提供高清晰度的图像质量。由于IP网络的不可靠性，IPTV业务要求编解码算法有良好的抗误码和数据丢失补偿能力。 由于国内最大的宽带接入能力来自ADSL技术，而该技术的传输速率与线路的长度有这很大的关系，根据目前国内主流运营商，如中国电信、中国网通的网络状况，建议采用支持H.264编码标准的技术方案，待相关技术成熟后应考虑选择支持AVS编码标准的技术方案。4.2 音频编解码 音频编码要求支持码率为32KBPS384KBPS，支持单通道、多通道、立体声的解码。对于采用ISMA 传输制式的，建议音频编码采用MPEG4 LOW COMPLEXITY AAC；对于采用MPEG2-TS OVER UDP/IP 传输制式的，建议音频编码采用MPEG1 LAYER 2 或MPEG2 LOW COMPLEXITY AAC。5、用户接入方式 5.1 基于 ADSL 方式的接入 基于ADSL方式接入，机顶盒可采用PPPOE或DHCP接入方式实现IPTV业务的接入。 1）采用PPPOE方式，可通过双PVC来区分PC上网业务流和IPTV业务流。PC和机顶盒都可以发起不同的PPPOE SESSION，并且需要DSLAM对于同一端口配置可以支持至少两个PVC (每个PVC对应一个PPPOE SESSION) ，并且将不同的PVC映射到不同的VLAN。DSLAM通过TRUNK链路连接至BRAS，将多个VLAN流量上传给BRAS。而BRAS通过不同的上行链路连接至INTERNET网络和IPTV系统，实现上网流量和IPTV流量的分离。PC和STB通过P