（无线电物理专业论文）iptv网络的研究与应用.pdf

f = i 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者鲐亏善哪宇 日期：浙户忆月岫 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 呐：唧c 2 月i 们 言薹荨嘛印l ，绷弓日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程 中的 规定享受相关权益。回意途塞握变蜃溢卮! 旦圭生；醛生；旦三生发查。 作者签名：强屹哩 呐硐年r 1 月i l 日 导师签名：a 护冬t 日期：7 仉刁车f 2 一月1 7 日 硕士学位论文 m a s r r e r st h e s i s 摘要 目前，在“三网融合”的大背景下，i p t v 业务正成为炙手可热的业务。i p t v 即交互式网络电视，是一种利用宽带有线电视网，集互联网、多媒体、通讯等多种 技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。 本文首先讨论了i p t v 的技术体系及关键技术，包括视频编码技术、数字版权 管理( d p , m ) 技术、多播技术、内容分发网络( c d n ) 技术、电子节目指南( e p g ) 技术 以及机顶盒( s t b ) 技术等。在此基础上研究了i p t v 系统的网络模型、功能模型以 及视频源系统、视频服务网络、业务支撑系统等系统实体。 论文以河南油田i p t v 网络为例，分析了网络现状和需求，对i p t v 网络建设的 步骤、配置原则、用户与并发用户以及出口带宽的计算方法等进行了探讨。 视频分发网络( v d n ) 是在现有宽带网络基础上，通过层次化部署流媒体服务器的 方式构建而成的一个分发网络。iptv 通过视频分发网络为用户提供优质的视频 服务。 文中以构建vdn 网络为线索，讨论了i p t v 业务对承载网和接入网在结构、 功能、带宽、q o s 、组播等方面的要求，并以此为依据，从网络带宽、组播功能、 o o s 能力、q o s 保证策略、设备等方面对现接入网的优化方案做了论证和设计。 关键词：i p t v ，v d n ，承载网，接入网， q o s a b s t r a c t n o w a d a y s ，u n d e rt h eb a c k g r o u n do ft h e ”t h r e en e t w o r k sc o n v e r g e d ”，刚 s e r v i c ei sb e c o m i n gah o ts e r v i c e 口t vi sa ni n t e r a c t i v en e t w o r kt e l e v i s i o n i ti san e w t e c h n o l o g y w h i c hc a np r o v i d em o r et h a nd i g i t a lt e l e v i s i o ni n t e r a c t i v es e r v i c e st o h o m eu s e l 瞎，b ym e a n so fb r o a d b a n dc a b l et e l e v i s i o nn e t w o r k s ，i n t e r n e t ，m u l t i m e d i a , c o m m u n i c a t i o n sa n de t c i nt h i st h e s i s ，t h e 刚t e c h n o l o g ys y s t e ma n dk e yt e c h n o l o g i e sa r ed i s c u s s e d ， i n c l u d i n gv i d e oc o d i n gt e c h n o l o g y ，d i g i t a lr i g h t sm a n a g e m e n tm c h n o l 0 9 5m u l t i c a s t t e c h n o l o g y c o n t e n t d i s t r i b u t i o nn e t w o r k t e c h n o l o g e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e t e c h n o l o g ya n ds e t t o pb o xt e c h n o l o g y o nt h eb a s i so ft h i ss t u d y , t vs y s t e m sn e t w o r k m o d e l ，t h ef u n c t i o n a lm o d e l ，s y s t e me n t i t i e si n c l u d i n gv i d e os o u r c es y s t e m s ，v i d e o s e r v i c e sn e t w o r k ，b u s i n e s ss u p p o r ts y s t e m si sa n a l y z e d f o ra ne x a m p l ei nh e n n a no i l f i e l d 口t vn e t w o r k t h ec u r r e n ts i t u a t i o na n dn e e d s o ft h e 皿t vn e t w o r kc o n s t r u c t i o n s t e p s ，c o n f i g u r a t i o np r i n c i p l e s ，t h ec a l c u l a t i n g m e t h o do fu s e r sa n dc o n c u r r e n tu s e r sa sw e l la so u t g o i n gb a n d w i d t h ，w e r ed i s c u s s e d t h ev i d e od i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sb a s e do nt h eb a s i so fe x i s t i n gb r o a d b a n dn e t w o r k s b yt h ed e p l o y m e n to fs t r e a m i n gm e d i as e r v e rc a s c a d e v i at h i sv i d e od i s t r i b u t i o nn e t w o r k ， 邛t vc a np r o v i d eh i g hq u a l i t yv i d e os e r v i c e sf o rc u s t o m e r s f o l l o w e dt h ec l u e so ft h ec o n s t r u c t i o no fv i d e od i s t r i b u f i o nn e t w o r kw ed i s c u s st h e d e m a n do f 邛t vs e r v i c eo nc a r r i e rn e t w o r ka n da c c e s sn e t w o r k i tc o v e r ss t r u c t u r e ， f u n c t i o n ，b a n d w i d t h ，q o s ，m u l t i c a s t ，a n de r e a n do nt h i sb a s i s ，f e a s i b i l i t ys t u d i e sa n d d e s i g no fa c c e s sn e t w o r ko p t i m i z a t i o np r o g r a mi sp e r f o r m e di n c l u d i n gn e t w o r k b a n d w i d t h ，m u l t i c a s tf u n c t i o n s ，t h ea b i l i t yq o s ，q o sg u a r a n t e es t r a t e g y , e q u i p m e n ta n d o t h e ra s p e c t s k e y w o r d s ：口t vv d n ，c a r r i e rn e t w o r k ，a c c e s sn e t w o r k ，q o s i l 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 摘要 a b s t r a c t 目录 第一章概述 i i i 1 1 1 论文的研究背景1 1 2 论文的结构与内容1 第二章i p t v 的关键技术概述3 2 1 视频编码技术3 2 2 数字版权管理( d r m ) 技术。4 2 3 多播技术4 2 4 分发网络( c d n ) 技术5 2 5 电子节目指南( e p 6 ) 技术5 2 6 机顶盒s t b 技术6 第三章i p t v 系统模型的建设 络模型 能模型 统实体 8 9 11 3 3 1 视频源系统。1 1 3 3 2 视频服务网络1 1 3 - 3 - 3 业务支撑系统1 2 3 4v d n 网络部署1 2 第四章i p t v 网络在河南油田的应用 4 1 河南油田网络现状分析1 5 4 2 河南油田t v 网络的设计1 6 4 2 1 聃v 网络配置原则和系统组网1 6 4 2 2 用户和并发用户的计算1 7 4 2 3 出口带宽需求计算1 8 4 3i f r v 承载网优化1 9 4 3 1i p t v 承载网优化的设计1 9 4 3 2i f r v 承载网优化的实现2 1 网功系 1 2 3 3 3 3 s 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 4 4 册v 接入网优化2 4 4 4 1 宽带接入现网存在的问题2 4 4 4 2 接入网优化方案2 5 4 4 3 接入网优化方案的实现2 8 4 4 4 河南油田接入网设备安装及实现3 4 第五章总结与展望 5 1 提高接入网络带宽3 8 5 2 提升接入网络组播功能3 8 5 3 提升接入网络q o s 能力3 9 5 4 完善网络其他功能4 0 参考文献 研究生期问发表的成果和论文 致谢 4 4 4 5 硕士学位论文 m a s t e r st he s i s 1 1 论文的研究背景 第一章概述 i p t v 即交互式网络电视，是一种利用宽带有线电视网，集互联网、多媒体、通 讯等多种技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新 技术。用户在家中可以享受i p t v 服务。i p t v 既不同于传统的模拟式有线电视，也 不同于经典的数字电视。因为，传统的模拟电视和经典的数字电视都具有频分制、 定时、单向广播等特点；尽管经典的数字电视相对于模拟电视有许多技术革新，但 只是信号形式的改变，而没有触及媒体内容的传播方式。 2 0 0 6 年底中国宽带上网用户已经达到了5 1 8 9 9 万户，比2 0 0 5 年同期增加了 1 4 5 4 9 万户。随着宽带的进一步普及，固网运营商开始越来越多地关注各种宽带增 值业务的开发，宽带应用产业链正逐步形成，面向大众市场围绕以休闲娱乐为主的 内容开发成为市场关注的焦点。 当前，有利于i p t v 发展的用户习惯正在形成，包括网络游戏和视频点播在内 的休闲娱乐已经取代获取信息，成为中国宽带用户上网的主要目的；已有超过2 3 的网民选择在家里上网。这种以休闲娱乐为目的在家上网的用户习惯，无疑为基于 i p 网络以音视频娱乐为主要内容的i p t v 的发展打开了大门。 综合供给和需求两方面的因素，中国i p t v 产业发展正在跨入快速增长的“黄 金时代。2 0 0 5 年中国i p t v 用户从2 0 0 4 年的不到5 万增长到接近3 0 万。未来五年， 中国i p t v 用户数仍将会保持翻番增长，到2 0 0 9 年，将会达到1 4 5 3 9 万户。快速 增长的中国i p t v 市场将会为运营商、内容提供商、设备制造商等提供巨大的市场 机会嘲。 1 2 论文的结构与内容 第一章介绍了i p t v 研究的背景。 第二章对i p t v 的技术体系及关键技术进行了概要介绍，讨论了i p t v 的视频编 码技术、数字版权管理( d r m ) 技术、多播技术、内容分发网络( c d n ) 技术、电子节 目指南( e p g ) 技术以及机顶盒( s t b ) 技术等。 在第三章研究了i p t v 系统的网络模型、功能模型、系统实体以及组网的计算。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 讨论了通过层次化部署流媒体服务器的方式构建视频分发网络问题以及视频分 网络( v d n ) 的体系结构。 第四章简要分析了河南油田网络的现状，讨论了河南油田i p t v 网络建设的 骤、配置原则、用户与并发用户的计算以及出口带宽的计算，详细讨论了承载网 接入网优化改造的要求和依据，并从网络带宽、组播功能、q o s 能力、设备等方 对对现接入网的优化方案做了论证。 2 硕士学位论文 m a s r e r st h e s i s 第二章i p t v 的关键技术概述 i p t v 节目内容可分为实时视频和已有的存储节目。当节目内容经过d r m 系统的 加工或授权后通过宽带媒体传输协议传给中间服务商，中间服务商通过网络以 x d s l f f t x 等方式将视频流传给终端用户。在用户侧，用户依靠调制解调器、个人 电脑、机顶盒等多种设备播放流媒体视频。在整个系统中，系统运营商负责电子节 目指南生成、内容加密、内容管理、鉴权认证、计费等管理功能，并将媒体流送给 中间服务商。此外，i p t v 的正常运转同样还需要健壮的运营支撑平台，主要包括系 统管理，权限管理，用户管理，内容管理，资源管理等基本管理模块以及计费采集、 节目管理、版权管理、流量管理等中间件系统。为了提高速度和服务质量，通常还 要在网络边缘设置内容分配服务( c d n ) 节点。 2 1 视频编码技术 编码技术是多媒体通信中使用的基本技术之一。多媒体通信的一个显著特点就 是要传输的信息量非常大，尤其是视频数据，其编码技术甚至会在较大程度上影响 业务质量，因此视频编码技术在ip ，i v 中的地位非常重要。 目前，国内外已经开展的i p t v 业务基本上都是使用m p e g 一2 编码方式。 m p e g - 2 主要目的是提供标准数字电视和高清晰度电视的编码方案，目前人们所 熟知的d v d 就是采用的这种格式。m p e g - 2 在编码时对图像和声音的处理是分别进行 的，将图像看成是一个矩形像素阵列的序列来处理，将音频看成是一个多声道或单 声道的声音来处理。这种处理方式压缩效率较低，而且不利于传输。目前的趋势是， 使用更加适合于流媒体系统的h 2 6 4 m p e g - 4 。m p e g - 4 将一个场景的视频、音频对 象综合考虑，对不同的主体采用不同的编码方式，再在解码端进行重新组合。它综 合了数字电视、交互图形学和i n t e r n e t 等领域的多种技术，在大大提高了编码压 缩率的同时，亦提高了传输的灵活性和交互性。h 2 6 4 是m p e g - 4 的第1 0 部分，它 不仅能使m p e g 一4 节约5 0 的码率，而且引入了面向i p 包的编码机制，更加有利于 网络中的分组传输。 a v s 是我国自行开发、具有自主知识产权的新一代编码方式。目前，我国正在 进行a v s 的规格制订工作，a v s 视频主要面向高清晰度电视、高密度光存储媒体等 应用中的视频压缩。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 除了视频编码技术之外，目前互联网使用较多的流媒体格式主要是美国r e a l n e t w o r k s 公司的r e a l m e d i a ，a p p l e 公司的q u i c k t i m e ，微软公司的w i n d o w sm e d i a 以及m a c r o m e d i a 的s h o c k w a v ef l a s h 。 2 2 数字版权管理( d r m ) 技术嘲 随着计算机技术和网络的飞速发展及数字化技术的不断成熟，人们可以通过 c d r o m 和互联网络非常方便地进行多媒体内容( 包括音乐、歌曲、照片和影视作品 等) 的存储、复制和传播。由于网络的开放性和互联性，这种传送方式不受时间和 空间的限制，而且根本不需要物流传送，因此非常方便快捷。不仅如此，由于计算 机知识的普及，也使得普通大众对多媒体内容进行任意编辑和修改成为了可能。这 样一来，人们在方便快捷地尽情享受视听愉悦的同时，也不禁对媒体内容的安全性 和真实性产生怀疑；媒体原创者在享受媒体介质传送的快捷性的同时，也承受着盗 版问题带来的经济损失和版权纷争问题带来的困扰。数据数字版权管理( d i g i t a l r i g h t sm a n a g e m e n t ，简称d r m ) 技术为内容提供者保护他们的私有视频、音乐或其 他数据的版权提供了一种技术手段，也为这些问题的解决带来了希望。 d r m 技术的工作原理是，媒体制作者在节目制作阶段将版权信息嵌入到媒体内 容之中，并通过加密方式对其加以保护。当需要验证媒体合法性的信息时，再通过 技术方法或手段从媒体之中将版权信息读取出来，这样就可以进行版权信息的比对 了。 目前，使用最为普遍的数字版权技术是数字水印( d i g i t a lw a t e r m a r k ) 。它使 用一定的算法，在被保护的数字格式的音乐、歌曲、图片或影片中嵌入某些标志性 信息( 称为数字水印) ，来达到证明版权归属和跟踪侵权行为的目的。数字水印信息 一般包括作者的序列号、公司标志以及一些有特殊意义的文本信息。虽然这些数字 水印一般很难被清除掉，但它们并不影响原内容的价值和使用，而且为了不影响用 户观看正常节目内容，也常常不易被人的感知系统所察觉出来。 数字多媒体内容是i p t v 中最为关键的节目来源。有了d r m 技术，可使各个平 台( 无论是因特网、流媒体还是交互数字电视) 的内容提供商们放心地提供更多的内 容，采取更灵活的节目销售方式，同时有效地保护知识产权。 2 3 多播技术 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s i p t v 根据视频流的两种接收方式：广播接收和点播接收。不同接收方式的承载 技术也不同。广播接收是非交互的，对i p 网络的承载技术提出了多播( m u l t i c a s t ) 要求。点播接收具有实时交互特点，要求i p 网络承载技术能将视频流推送到用户 接人网络。i p 组播将i p 数据包从一个源发送到多个目的地，即将信息的拷贝发送 到一组地址的所有接收者i p 组播将i p 数据包传输到一个构成组播群组的主机集 合，群组的各个成员可以分布于各个独立的物理网络组播群组成员之间的关系是动 态的，成员可以随时加入或退出。i p 组播能够有效节省网络带宽和资源，方便网络 容量的管理和控制开销，大大减轻发送服务器的负荷，减少主干网出现拥塞h 1 。 2 4 分发网络( c d n ) 技术 内容分发网络( c d n ) 起初只是一个为了加快用户的互联网访问速度而建立的网 络，一般由各类网站自己建立。其目的是，通过c d n 把互联网视频和网页内容分发 到靠近用户端的c d n 节点，在一定程度上保证端到端的服务质量，提高用户的响应 速度。在互联网中，c d n 所承载的数据存储量和流量都不大，主要传送的流媒体文 件格式为r m 和w m v 等。然而，对于i p t v 业务，如果直接使用原来互联网中所使用 的c d n ，就无法承载完整的i p t v 业务，因为电视观众对视频信号的高质量及实时性 要求远比其对互联网内容的要求高得多。这就对所提供的c d n 提出了更高的要求， 诸如需要存储海量数据，提供支持流媒体能力，支持急剧扩大的客户数据流量，以 及提供更高的服务质量等。此时，c d n 网络除了提高用户响应速度之外，还有一个 更为重要的作用，就是要减轻巨大的数据流量对骨干网的压力。因此；c d n 网络的 地位越来越重要，甚至已经出现了单独的c d n 网络运营商。 相对于为互联网建立的c d n 网络来讲，为i v i w 业务服务的c d n 网络需要针对 i p t v 业务的特点，引入先进技术来进行建设和管理。例如，针对i p t v 需要存储海 量数据的特点，可以利用刀片式服务器、n a s 、s a n 等以先进的存储装备配置、先进 的存储技术和先进的存储管理方式来对c d n 网络进行改造。针对i p t v 实时性和高 质量的要求，可采用将原来依靠i n t e r n e t 的网络传输改为通过专线传输和将文件 进行切片并利用p 2 p 机制传输来解决。对于c d n 网络管理，可以制定一个合理的内 容管理方案来提高c d n 网络的效率，变被动管理为主动管理。例如，可将媒体内容 分为直播内容、点播内容来分别处理，再根据点播率将点播内容分为冷热片来分 别对待。 2 5 电子节目指南( e p g ) 技术 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 电子节目指南( e p g ) 也就是电视节目导航系统，主要用来描述提供给电视观众 的所有节目的信息，它是构成交互电视的重要技术之一。在i p t v 业务中，用户可 通过e p c 来了解电视节目的名称、播放时间和内容梗概等相关信息，并实现对节目 的快速检索和访问，进行频道选择或视频点播等操作。除了电视节目的导航之外， 还可通过电子节目指南向用户提供由文字、图形和图像组成的人机交互界面来实现 各种增值业务的导航。 一般来讲，一个e p g 系统包含两个主要部分，即发生器子系统和解码器子系统。 发生器子系统负责产生i p t v 业务信息( s e r v i c ei n f o r m a t i o n ，s i ) ，一般由平台运 营商提供。解码器子系统负责对业务信息进行解析并生成电子节目菜单，一般在接 收端机顶盒的综合接收解码器( i r d ) 中实现。这就要求发生器子系统产生的信息， 必须能保证被解码器子系统正确解析。 为保护广大收视观众的利益，多平台运营商并存肯定是不可避免的。因此，为 保证i p t v 业务的顺利开展，必须进行业务信息的标准化。虽然平台运营商和机顶 盒制造商都可以自由选择e p g 生成和显示方式，但必须保证基本信息的标准性。g v z 1 7 4 - 2 0 0 1 数字电视广播业务信息规范中明确规定，e p g 基本信息必须使用s i 传 送，以保证i r d 获取e p g 基本信息的兼容性，对于个性化e p g 所需的额外信息，用 户可根据具体情况通过专用数据传送。因此，可将e p g 信息分成基本e p g 信息和扩 展e p g 信息两部分。对于基本e p g 信息，在相同的e p g 标准下，只要发生器子系统 发送的是标准s i 信息，那么不同厂家生产的机顶盒即可按照同样的标准对s i 信息 进行解析。对于扩展e p g 信息，各平台运营商和机顶盒制造商可用来提供自己的特 色功能引。 2 6 机顶盒s t b 技术 i p t v 终端有三种基本类型，分别是计算机、手机和电视机。计算机配备相应的 软件，即可直接用作i p t v 的终端；用于移动流媒体平台的多媒体手机也可以直接 使用；但对于电视机来讲，情况就不同了。由于电视机本身并没有存储功能，不支 持软件安装，也无法像手机那样加装流媒体支持功能，因而无法实现i p 的支持功 能，必须加装一个将i p 数据流转换成电视机可以接受的信号的机顶盒设备作为中 介才能收看i p t v 节目。这样，作为普及面最广的接收终端电视机，为它制作 机项盒就成为开展i p t v 业务的关键。 就目前的发展情况来看，作为用户接收端设备，s t b 需要具备包括数据转换、 接入支持、协议支持、业务支持、解码支持等在内的多种功能。数据转换是s t b 最 6 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 基本的功能，就是要将接收到的i p 数据转换成电视屏幕可以显示的数据。在接入 支持方面，s t b 一般需要支持目前应用较多的l a n 或x d s l 或w l a n 等多种宽带接入 方式，未来还要提供f ，r t h 接入支持。在协议支持方面，s t b 需要支持t c p u d p i p 协议族来完成互操作信息的网络传输，以及i p 数据和视频流媒体数据的接收和处 理工作。在业务支持方面，s t b 一般需要支持目前较为流行的视频点播、组播， i n t e r n e t 浏览、短消息、可视业务和窗体顶端窗体底端网络游戏等业务。在解码支 持方面，s t b 需要支持对多媒体码流的解码能力，一般需要支持现行的国际标准格 式( 如m p e g 一2 ，m p e g 一4 等) 以及国产标准格式a v s 。除了上述这些功能之外，s t b 还 要支持数字版权管理、内容缓存、交互控制、接入鉴权和业务及网络管理功能。当 然，如果要求在一个机顶盒之内将所有这些功能全部实现，可能也不太现实，很可 能会因为成本太高、价格昂贵而不能为用户所接受，但制造商可以考虑将这些功能 按照一定的标准分成几个级别，分别制造高、中、低端产品，供用户挑选使用，。 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第三章i p t v 系统模型的建设 整个i p t v 系统是一个庞大而复杂的系统，它汇聚了视频处理、数据通信、数 据传输、业务运营管理等多个领域的技术，贯穿了视频源网络、视频服务网络、宽 带接入网络、机顶盒设备等多个网络和设备。以下我们按照通信网络系统分层和分 割的设计思想分别讨论功能层次模型和网络设备组网模型的建设嗍。 3 1 网络模型的建设 图1 ： i p t v 组网模型示意图 如图1 ，i p t v 组网方案由业务管理控制和业务配送两部分构成，前者主要包括 业务管理系统、数字版权系统和后台营帐系统，后者则由视频源系统、视频服务网 络、视频接入网络和用户端设备4 部分组成。前者对后者进行管理和控制，后者则 进行视频处理、存储、分发、传输和播放呻1 。 直播源系统和点播源系统都属于视频源系统。视频源系统完成内容接收、采集、 制作、编解码、编排等功能，包括接收系统、编解码系统、采集系统、制作系统等， 是视频内容的生产者。视频服务网络完成视频内容发布、配送、供应的功能，是从 视频服务器演进而来的一个业务网络。视频服务网络直接面对用户，是实时视频流 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i $ 的源头。从功能上看，视频服务网络可以看成是视频内容的销售网络，流媒体服务 器可以看成是这个销售网络中的商店。视频服务网络可分成直播服务网络和点播服 务网络两部分，这两个网络在物理上可以共享一个承载网络，也可以分立建网。点 播服务网络从中心流媒体服务器开始到端流媒体服务器止，一般采用v d n 方式组网， 承载网络一般为普通i p 网络。直播服务网络可以采用具有组播能力的i p 网承载， 也可以采用r p r 技术单独组建成网。宽带接入网络连接用户终端和视频服务网络， 为视频流提供传送通道，保证视频流量及时流畅地从服务网络流向用户端设备。宽 带接入网络从端服务器始到x d s lm o d e m 止，负责i p t v 业务流从服务网络到终端设 备的传送。直播服务网和点播服务网络与宽带接入网的连接点往往不同，前者的连 接点一般为b r a s 或d s l a m ，而后者则通常为城域网的核心路由器。用户端设备是视 频播放的终端设备，包括s t b + t v 和p c n 0 1 。 业务管理系统提供用户管理、服务管理、认证、授权、计费、电子节目导视等 功能，完成i p t v 业务的控制和管理功能。营帐系统提供用户资金账户管理功能， 完成业务结算、支付功能，并最终向用户提供消费帐单。业务管理系统提供基础计 费数据，由营帐系统最终完成扣费和支付。数字版权系统是一个可选系统，其作用 是保护视频作品的版权，防止版权盗用，通常只有敏感作品才有此需求。 3 2 功能模型的建设 i p t v 系统按功能划分可以分成业务管理层、业务应用层、业务传输层和业务承 载层四个层次。业务管理层完成用户管理、内容管理、认证、授权、计费、支付等 一系列管理功能；业务应用层完成各种业务逻辑控制功能；业务传输层完成协议封 装、速率适配和媒体同步功能；业务承载层完成路由转发、链路封装转换功能n 引。 如图2 所示 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 业务管理层 困图圈图 囤圈圈囤 圈回圈 受堕 业务应用层 二二二二二二二二二二三三至至至三二二二二二 业务传输层 囤回回曰 业务承载层 二二二二二二二二二三三三三三三三三二二二二 回日曰回 图2 矾v 功能层次示意图 组网模型和功能层次模型之间的对应关系如表1 所示。 表l ：组网模型和功能层次模型之间的对应关系 系统功能业务管理层 业务应用层业务传输层业务承载层 视频源系统 视频服务网0 宽带接入网- 用户端设备 业务管理系统 数字版权系统- 1 0 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 3 3 系统实体的建设 3 3 1 视频源系统 视频源系统包含直播源和点播源两部分，如图3 所示，包括卫星接收天线、卫 星接收机、有线解调器、编码器、内容采集和制作系统，以及片源库等。 图3 ：视频源系统不慈图 3 3 2 视频服务网络 从物理上看视频服务网络一般由视频分发网络和组播传送网络构成，视频分发 网络一般采用层次结构，区分中心节点和边缘节点，边缘节点由多台视频服务器、 视频分发系统( a g e n t ) 、业务控制系统( a g e n t ) 组成，中心节点由多台视频服务 器、视频分发系统( m a n a g e r ) 、业务控制系统( a g e n t ) 组成，如果中心节点业务 用户直接提供服务，则还包含视频分发系统( a g e n t ) 。其中业务控制系统( a g e n t ) 完成用户业务权限控制和业务统计信息采集，是与业务支撑系统中的业务管理系 统、业务报表统计系统配合使用，因此严格说应该属于业务支撑系统，但一般部署 在视频服务网中成为视频节点的一部分。组播传送网络即为具有组播能力的宽带i p 网，一般由交换机、m s t p 设备、d s l a m 组成n 棚。如图4 所示： ! 中心节点 ： ：匦圜已圈； l 匝圃厂罂一! ! ：圈l ：! ! ：鲎兰il l l l _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ l 二= - - _ - - _ ji 图4 组播传送网络示意图 3 3 3 业务支撑系统 业务支撑系统包括业务管理系统、业务计费系统、e p g 系统、s t b 版本管理系 统、用户自服务系统、统计报表系统组成n 钉。 3 4v 渊网络部署 视频分发网络是在现有宽带网络基础上，通过层次化部署流媒体服务器的方式 构建而成的一个分发网络。由该网络为用户提供优质的视频服务。 完备的内容分发技术主要包括：p u s h 分发、p u l l 分发、镜像分发等；无论何 种分发技术都能够支持多种媒体文件的统一分发播放； 对直播业务，在城域网组播能力比较弱的情况下，由于无法通过全网组播方式 开展直播业务，可借助v d n 分发网络，实现直播业务的中继和转发功能。 视频分发网络采用中心- - - - 边缘层次结构加机群方式构建。中心边缘的层次结构 1 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 解决了节目集中存放管理和服务分布就近提供问题，而机群方式则解决了单点服务 能力经济扩展的问题。网络的基本原理是把业务内容，如视音频节目内容，推送到 网络边缘，为用户就近提供服务，从而有效提高了服务质量，降低了骨干网络的传 输压力。同时，通过灵活配置边缘视频服务器的方式有效地解决了伸缩性问题。业 务网络的核心技术就是即内容服务分发机制n 6 | 。 视频分发网络体系结构如下图5 所示： 服务器机群应用服务器 崩 一，一i i - ! 纠黛 黪随 ， 目日- 1 鹾：i 唾? ，隧誊菇蒜毫麓。+ 一t ；，：l 要 k - 弧妒 臻纛誊矽 | 卤蜜警墓邕麓鋈畿 l 崮l h 学 1 一一i 目明妫 臻黼 b _ | t 囊鲁：or t i 积嘲瓤 2 g 癌 s t b 瘟 s t b 瘟 s t b 图5 视频分发网络体系结构示意图 癌 s t b 咖图5 所示，整个网络由中心节点和边缘节点组成，每个节点有服务机群和应 用服务器组成。每个组成部分功能如下n ： 中心应用服务器：主要完成对流媒体服务网络的内容的管理，内容的存储、 分发、更新删除等功能。 中心流媒体服务器：提供多媒体数据在数据中心的存储备份，为所属服务范 围的用户提供流媒体服务，同时将流媒体分发到边缘流媒体服务器。 边缘应用服务器：管理边缘服务器族，接受中心内容管理系统 边缘流媒体服务器：接收中心流媒体服务器分发的流媒体数据，提供流媒体 数据的本地存储。为所属范围的用户提供流媒体服务。 视频分发网络可以按实际情况灵活部署：集中式、分布式和混合式。 集中式：在i p t v 业务初期，用户地域分散，业务量小，宜采用集中部署。 雅m a s t 狂e r s 黻t h e 粥 分布式：在i p - r v 业务规模应用期，用户集中，业务量大时，宜采用分布部署。 混合方式：是上述两者的结合。在用户密集区域单独放置服务机群，就近提供 服务；而对敖点用户则统一由中心服务器机群集中提供提供服务。同时在内容分布 上，中心节点存放所有节目，边缘节点放置热点节目。 1 4 m a s t e r s t h e 铘 第四章i p t v 网络在河南油田的应用 4 i 河南油田网络现状分析 河南油田通信公司于2 0 0 1 年开始经营宽带业务，主要面向家庭用户。由于油 田住宅小区集中，且住户收入和消费能力、网络需求相似，因此确定了l a n 作为住 宅区的主要建设方式，对于其它一些住户少的住宅小区、油田办公网未覆盖到的办 公用户和一部分网吧用户，采用了i pd s l a m 接入设备，此外，还在局办公楼和一 些小区建立了无线局域网。经过几年的发展，现已经拥有1 0 0 0 0 多用户，具备了一 定的规模。在三网融合的大背景下，按照“油田专网要做专做精研”的要求，建设 河南油田i p t v 网络已经迫在眉睫。 河南油田i p 城域网节点最终汇聚于z x rt 6 4 e 路由器后通过一台z x rg e r 路由 器与i n t e r n e t 相连。接入设备分别为以太网交换机与7 台8 2 1 0d s l a m 及4 台 8 2 2 0 d s l a m ，如图6 所示。 r 噜| 广t 棒 葺i 戈小 并蠢世 广轴咩 i 十 崎i l t i t 柏 赢m 麓挣稿 t m 图6 ：河南油田i p 城域网结构图 1 5 ：簟k “尊 h 崎 鹰i 雩 辔一峙 嗣 簟囊 也h 碍 冉耳 调 m a s t e r 赢 s t h e 啪 河南油田宽带接入网主要采用两种接入方式，包括a d s l 和l a n ，其中a d s l 用 j 和l a n 用户数各为1 0 0 0 和9 0 0 0 。a d s l 接入设备采用纯i p 制式，d s l a m 采用级 关的方式通过l o o m 裸光纤上联b a s 。 l a n 小区用户目前没有采用任何接入认证的方式。所有用户都是通过l a n 小区 之换机汇聚后采用百兆或千兆上联到i p 城域网的千兆主干。 河南油田现网i p 城域网千兆主干共有6 个节点，这些节点最终汇聚于g s r 核 节点即港湾的一台6 8 0 2 与i n t e r n e t 相连。理论上这6 个节点均可作为视频网络 勺边缘分发节点，进行视频业务的分发调度。中心节点建议设在g s r 核心节点，主 荽完成对流媒体服务网络的内容的管理，内容的存储、分发、更新删除等功能。边 豪分发节点的位置和数量根据各节点下面的用户规模数进行合理的选择。 考虑到用户数量的逐步增长，i p t v 建设按照初期2 0 0 0 用户，中期1 万用户， 雪期2 万用户的发展规模进行设计n 们。 2 河南油田ip w 网络的设计 2 1ip t v 网络配置原则和系统组网 参考中国电信、中国网通i p t v 的相关规范，并结合油田i p t v 业务开展的模式 nv d n 网络的功能特性和运作方式，确定网络的配置原则啪3 ，见表2 ： 用户并发比例 1 ：2 视频编解码格式 m p e g - 4a s p 典型码流速率 2 m 边缘节点节目命中率 8 0 边缘节点与中心节点用户支持8 ： 2 中心节点和边缘节点设置1 个中心点，2 个p o p 点 整个ip 1 v 系统由运营支撑平台，1 个中心节点，2 个边缘节点及用户端组成。 i 油田现有城域网融合心铂，组网如图7 所示。 1 6 囊m a s t e r s t h e 黜 唧用户 图7i p t v 系统结构图 4 2 2 用户和并发用户的计算 按照2 0 0 0 用户建设规划，共设置1 个中心节点和2 个边缘节点，其中一个边 缘节点下用户树为1 2 0 0 ，另一节点为8 0 0 。由于集线比为1 ：2 ，计算得到总的并发数 一m a s t e r s t h e 淞 为1 0 0 0 。按照中心和边缘2 ：8 的比例计算方法，可以计算出中心节点的用户数支 持并发用户数为2 0 0 嘲。两个边缘节点支持并发用户数分为4 8 0 和3 2 0 。考虑到未 来扩容的需要和系统升级的需求，以中兴通讯的视频服务器v s 6 0 0 0 b 系列为例，按 照v s 6 0 0 0 b 系列服务器的性能指标和各节点用户支持的要求，可以计算出中心节点 所需要的v s b u 为i 片，两个边缘节点需要的v s b u 为各2 片，统计结果如下： 表3 ：v s b u 配置统计表 中心节点边缘节点一边缘节点二 用户数 所需设备 用户数所需设备用户数所需设备 ( 2 0 0 0 2 ) * 2 0 v s 6 0 0 0 b ( 2 0 0 0 2 ) 木8 0 一台v s 6 0 0 0 b( 2 0 0 0 2 ) 木8 0 v s 6 0 0 0 b = 2 0 0v s b u * i：i c ( 3 5 ) = 4 8 0v s b u * 2 ( 2 5 = 3 2 0 v s b u * 2 4 2 3 出口带宽需求计算 出口带宽需求的保证，是保证最终i p t v 业务开展后整个系统正常有效运行以 及用户体验的重要因素，因此，规划和