（通信与信息系统专业论文）iptv流媒体服务器中的网络管理接口信息模型的研究.pdf

y8 7 9 0 9 摘要 本论文研究了在三网融合前提下，基于i p 的流媒体网络的网 络管理和网络管理标准接口制订问题。提出了一个基于n g o s s ( n e x t g e n e r a t i o no p e r a t i o ns u p p o r ts y s t e m ) 的网络管理系统构架。它 通过一个应用层的o o s 管理架构来解决在i p 环境下流媒体网络的 q o s 问题，该构架通过c d n ( c o n t e n td i s t r i b u t i o nn e t w o r k ) 等 分流技术，将流媒体业务推向网络边缘，以减少整个网络的负载， 通过p 2 p 等负载均衡技术来进一步提供i p 网络的q o s 水平；通过 缓存技术和智能流技术来提高从边缘流媒体到用户端流媒体传输 的q o s 水平，并通过智能路由技术来实现整个网络的负载均衡和 q o s 保证。由于在商业环境下，流媒体业务正逐步成为网络运营商 的主要的增值业务，流媒体网络系统所进行的一切管理活动必须服 务于网络运营的需要，因此基于n g o s s 的流媒体网络管理构架比较 适合流媒体业务的发展状况。 本文提出了一个基于s l a ( s e r v i c e l e v e la g r e e m e n t ) 的流媒 体网络管理接口标准制订方法。运营管理的所有交互活动都可以通 过s l a 来实现，这样运营商的运营管理演化为s l a 管理。基于所有 的这些s l a ，得到流媒体网络管理接口标准需求，并进一步将它们 映射为组成流媒体网络系统的网元的m i b ，从而得到接口标准。由 于运营管理系统的完全s l a 管理是运营商追求的目标，是网络运营 健康发展的要求，因此，基于这样的方法具有先进性，且能满足网 络运营的需要。同样。由于s l a 具有稳定性和技术无关性，按照这 样的方法定义的网络管理标准具有稳定性和技术无关性。 本论文将对i p t v 网络管理系统的发展以及目前的动态做比较 一i i 全面的分析和研究，同时将重点放在i p t v 网络的核心组件：流媒 体服务器上，提出基于s l a 的流媒体服务器网络管理接口标准的制 订方法。重点研究和实现的工作如下： 1 分析在三网融合的环境下流媒体网络的物理结构和逻 辑构架。 2 重点论述流媒体服务器的详细物理构架和功能构架。 3 提出了一个基于n g o s s 的流媒体网络的管理构架及每层的 详细管理内容。 4 提出了一个基于s l a 的流媒体网络系统网络管理接口标准 的研究方法。 关键词：流媒体服务器，业务水平协议，交互式数字电视，下一代 网络支撑系统 a b s t r a c t t h et h e m eo ft h i sp a p e ri s ： i nt h ef u s i o ne n v i r o n m e n to f m a j o rn e t w o r k s ，h o w t oe s t a b l i s h i p t vn e t w o r k m a n a g e rs t a n d a r d i n t e r f a c e 。t h ep a p e ra d v a n c e dab a s e o n n g o s sn e t w o r km a n a g e r s y s t e ms t r u c t u r e 。 t h i ss t r u c t u r er e s o l v et h ei p t vn e t w o r k s q o sp r o b le mt h r o u g haq o sm a n a g es t r u c t u r ew h ic ho nt h el a y e r o fa p p l i c a t i o n 。t h i ss t r u c t u r eu s ed i s t r i b u t i o nt e c h n i q u e s u c ha sc d nt op u s hi p t vo p e r a t i o nt ot h ee d g eo fn e t w o r k ， a c c o r d i n g l y ，r e d u c et h el o a do fw h o l en e t w o r k 。t h es t r u c t u r e u s e1 0 a de q u i l i b r i at e c h n i q u et oi m p r o v et h eq o s1 e v e lo fi p t v n e t w o r k 。t h es t r u c t u r eu s ec a c h et e c h n i q u ea n di n t e l l e c t i v e s t r e a 皿t e c h n i q u et oi m p r o v eq o s1 e v e lo ft h et r a n s f e rf r o m e d g es t r e 锄1m e d i at oc l i e n ts t r e 鲫m e d i 8 。o nt h eb u s i n e s s c i r c u m s t a n c e ，s t r e a mm e d i as e r v i c ei sb e c o m i n gt h ep r i m a r y i n c r e m e n ts e r v i c eg r a d u a l n e s s ， s o ，b a s e o n n g c s sn e t w o r k m a n a g e rs y s t e ms t r u c t u r eisa d a p tt ot h ed e v e l o p m e n to fs t r e 锄 m e d i as e r v i c e t h is p a p e r a d v a n c e dam e a n st oe s t a b lis hb a s e o n s l a n e t w o r kr n a n a g e rs t a n d a r di n t e r f a c e 。a l lt h ei n t e r a c t i o no f m a n a g e m e n tc a ni m p l e m e n tb ys l a 。b a s eo na l lo ft h e s es l a ， w ec a ng e tt h er e q u i r e m e n to ft h es t a n d a r di n t e r f a c e 。 a c c o r d i n g l y ，m a p p e dt h es t a n d a r di n t e r f a c eo nt h em i bo f e l e m e n tw h i c hc o n s t i t u t ei p t vn e t w o r k 。 t h ee n t i r e t ys l a m a n a g e m e n to fm a n a g e rs y s t e mist h ea i mo fs pa n dt h ed e m a n d i v o fn e t w o r ks e r v i c e sa e v e l o 硼l e n t ，s o ，t h i gm e a n si sa d v a n c e d 。 i nt h es a j n et i m e ，b e c a u s eo fs l a ss t a b i l i t ya n di n d e p e n d e n t o ft e c h n i c a l ， t h en e t w o r km a n a g es y s t e mw h i c hf o u n do nt h i s m e a n sa l s o h a v es t a b i l i t ya n di n d e p e n d e n to ft e c h n i c a l 。 t h i sp a p e rw i l ls t u d yd e t a i l e dw i t hi p t vn e t w o r k s d e v e l o p m e n ta n dt h ea c t u a lt r e n d s 。t h i sp a p e r se m p h a s e si s t h ec o r em o d u l eo fi p t vn e t w o r k ：s t r e a mm e d i a ls e r v e r 。 t h e p a p e r st a s ki s ： 1 a d d r e s st h ep h y s i c a la r c h i t e c t u r ea n dl o g i ca r c h i t e c t u r e o fs t r e 铷1 i n gm e d i an e t w o r ki nt h ef u s i o ne n v i r o n m e n to f m a j o rn e t w o r k s 。 2 a d d r e s st h e p h y s i e a l a r c h i t e c t u r e a n df u n c t i o n a r c h i t e c t u r eo fe v e r yi t sp a r ti nd e t a i l a 3 d r e s e n tan g o s s b a s e dn e t w o r km a n a g e m e n ta r c h it e c t u r ea n d t h em a n a g e m e n tc o n t e n to fa lll a y e r s 。 4 p r e s e n tas l a b a s e dr e s e a r c h i n ga p p r o a c ho fit sn e t w o r k m a n a g 鲫e n ti n t e r f a c es t a n d a r d 。 k e yw o r d ： s t r e a mm e d i as e r v e r ， s l a ，i p t v ，n g o s s v 一 北京交通大学硕士学位论文 第一章绪论 在本章中，首先介绍了目前国内外i p t v 网络的现状与未来的发展 预测。在这个基础上论述了研究i p t v 网络管理接口标准的重要性和 迫切性。本章的后两节分别介绍了本论文完成的各项工作和本人在实 验室工作期间参与的项目以及承担的任务。 1 1i p t v 网络的现状与发展 i p t v 是一种利用宽带网络为用户提供交互式多媒体服务的业务， 其主要特点在于交互性和实时性。通过i p t v 业务，用户可以得到高 质量的数字媒体服务，可以自由魂选择宽带i p 网的视频节目，实现 媒体提供者和媒体消费者的实质性互动。 i p t v 可以提供的业务种类主要包括电视类业务、通信类业务以及 各种增值业务。具体来说，电视类服务是指与电视业务相关的服务， 如广播电视、点播电视、个人视频录制等；通信类服务主要指基于i p 的语音业务、即时通信服务、电视短信等；增值业务则是指电视购物、 互动广告、在线游戏等。 i p t v 融合了传统电视和互联网的相关特性，因此可以将其视为传 统电视业务和电信新兴业务的结合体。i p t v 业务既扩展了电信业务的 使用终端，又扩展了电视终端可支持的业务范围。对于传统电视运营 商来说，i p t v 的出现和发展是一个巨大的挑战，丽对于电信运营商来 说，部署i p t v 业务为用户提供全新韵应用以及丰富的业务将是增强 竞争能力、提高盈利能力的有效途径。 一1 一 北京交通大学硕士学位昆文 1 _ 1 1 i p t v 网络的国内外现状分析 自1 9 9 e 年英国v i d e on e t r k s 公司推出i p t v 业务以来，国外 的许多电信运营商相继进入i p t v 市场。从全球的发展情况来看，尽 管电信运营商认为i p t v 适合未来发展的需求，并纷纷开始部署这一 业务，但是由于电信运营商对开展i p t v 业务缺乏足够的运营经验， 运营市场尚未成熟，用户市场仍需要培育，并且这一业务形式还受到 来自传统的有线电视和卫星直播电视的竞争，因此总的来说i p t v 的 发展还处于起步阶段。 羲1 部分翟寒和墟医进氧咿r v 市塌绚年僚覆圭娶培营离 巨采( 难睦 置氏雠翱 童j 群避囊一 荚嚷 i 蝣9 卑k in g s t o n 避蕾碡茸j i d e o 釉e “o p - s 尊 羹鲤2 n b l 卑s b 氐盘争i d c 加章太2 0 d 2 毒h t 氧轴s k t e 。和“s 尊 目童 2 她2 牟y 弛4 饿崦擎 申蔼季礁2 蛐礴电讯j l i j f 謦 表l 列出了进入部分国家和地区i p t v 市场的国外运营商。部署 i p t v 业务的运营商集中在欧美地区和亚太部分国家和地区电信运营 髓莓ft 什，。荪霸甄磊磊磊五菇：葡f t t p 技术，为用户提供i ”v 业务。到2 0 0 4 c 一、 年底，i p t v 用户数最多的两大运营商分别是意大利的f a s t w e b 和中国 香港的电讯盈科( p c c w ) ，这两家公司的电视用户数占据了接近7 0 的用户市场份额。 北京交通大学硕士学位论文 在北美电信运营商的i p t v 市场中，加拿大传统电信公司走在了 前列。曼尼托巴电信( m s ) 和萨斯喀萨温电信( s a s k t e l ) 已经在v d s l 和a d s l 网络中开通了i p t v 业务，t e l u s 和加拿大贝尔也计划在2 0 0 5 年进入这一市场。从用户发展情况看，到2 0 0 4 年9 月，加拿大电信 运营商的i p t v 用户数约5 万，占全部电视用户总数的2 左右，预计 到2 0 0 6 年底，将达到2 5 万用户，其市场份额将稳步提高，将占到1 7 。 与加拿大i p t v 市场相比，美国i p t v 市场的发展进程较为稳定。 美国大型电信公司s b c 和q u e s t 初期都选择了和卫星电视公司合作， 以转售卫星广播电视业务的形式来提供i p t v 业务。美国众多的独立 本地运营商也积极地在其领地上开展d s l 网络和光纤网络上的i p t v 业务。 欧洲的许多电信运营商对i p t v 业务的态度也很积极，特别是意 大利f a s t w e b 公司在i p t v 业务上取得的成功改变了许多运营商原先 持有的观望态度。法国电信的态度最为积极，已经在里昂开通业务， 并计划在2 0 0 5 年3 月份在巴黎开通业务。比利时电信、荷兰电信、 奥地利电信和挪威电信都在进行i p t v 的商用实验。 敷电糟蝴蜥帆业务 翘健遁毒瞧 暇蠢堆医y 零彝1 _ 舂尊 纂淤$ 眯童赛_ 鲤薅 m 毒如 t 口b 毒l 粤，毫一 抽幸走 酊s t 口v o s l l p 6 ，：童簟毫魂。电l 祝 c o 毗h t s ) 门户 童灌电祝约b ，i w f asl 鞠e b 塞走莉 。 i p r 绡柏s l 童翔 v 舱0n e m r k 粪酱 h o 惟c h o l 佚n s l 童羹屯辑。v 电储熏辩 节氍簪枣黼w 竞蠹电锶 埘s l 熏麓董壤 一3 北京交通大学硕士学位论文 表2 显示，国外的电信运营商在进入i p t v 市场时首选的业务往往 是直播电视和点播电视，有些运营商还提供了多种多样的增值业务， 如加拿大的m t s 提供了可按主题或标题搜索的交互式节目导航、呼叫 显示，并开通了电视门户，用户可以通过电视门户获知天气等公共信 息以及频道信息；韩国s k 的予公司t c c 提供了时移电视以及电视商 务等应用。 国外运营商开展i p t v 业务往往采取捆绑服务的模式，即为用户 提供三重服务一t r i p l e p l a y ，这是一种融合了语音、高速互联网接 入和i p t v 的服务模式。这种新兴的服务模式体现出运营商和用户之 间的密切联系，运营商可为用户同时提供三种业务；用户可以通过同 一个终端或家庭网络中的不同终端使用业务。 t r i p l e p l a y 是在新的市场环境中诞生的，不仅能够满足用户对 话音业务的需求，同时也能满足用户对高端业务的需求。更重要的是， 用户能够享受到业务捆绑所带来的资费优惠。如加拿大的m t s 提供的 m t st v 和d s l 的捆绑服务的资费比两项业务费用之和降低了1 2 5 。 t r i p l e p l a y 的模式在很大程度上促进了i p t v 的发展，同时也为运营 商带来了持续增长的a r p u 。如加利福尼亚小型独立电信公司 s u r e w e s t 的住宅用户中约有6 0 9 6 订购了t r i p l e p l a y ，同时该公司在 2 0 0 3 年的月平均a r p u 达到1 0 3 美元左右，用户流失率仅为2 。 1 1 2i p t v 未来的发展 i p t v 业务将通信为导向的业务和内容为导向的业务紧密联系在 一起，而这两类业务的结合需要两个独立的市场电信市场和媒体 一4 一 北京交通大学硕士学位论文 市场的深入合作，只有在具备了丰富的内容和强大的网络支撑后， i p t v 业务才能实现快速发展。自2 0 0 4 年以来，全球已有数十家电信 运营商进入了i p t v 市场，到2 0 0 4 年底，全球i p t v 用户数已超过1 0 0 万户。在未来两三年的时间里，i p t v 业务将进入规模发展阶段，用户 数将持续增长。据i n s t a t m d r 公司预测，到2 0 0 8 年，电信运营商 的i p t v 业务将覆盖全球7 5 0 0 多万家庭，而全球实际用户将达到1 4 0 0 万户。 在i p t v 发展初期，运营商提供的i p t v 业务主要以直播电视、点 播电视等电视类服务为主。随着i p t v 市场的成长，运营商所提供的 应用将更加丰富多彩，用户通过电视即可获得电视购物、游戏等增值 服务以及语音、即时消息、电视短信等通信类的服务。 1 2i p t v 网络管理接口标准研究的必要性 随着网络规模的不断扩大，网络设备的种类和数量不断增加，网 络的复杂性和异构化程度日益提高，多厂商问题越来越突出。各种网 络和设备缺乏统一的接口标准和规范，给网管系统的建设带来了很大 的困难。而且各个电信运营商都陆续引进或自主开发了各自的网络管 理系统，大多采用不同的技术和管理协议，网络协议互不兼容、管理 信息不能互通，导致整个网络的管理分散、管理内容庞杂、操作界面 繁杂。 因此，有必要建立综合网管系统，以对整个网络进行统一的 管理。在网管系统的开发过程中，通常会遇到接口不开放、厂家不提 供数据结构的困难。非标准的网管接口给上层应用系统的开发造成了 较大的困难，接口问题已经成为开发多厂商综合网管系统时的最大难 一5 一 北京交通大学硕士学位论文 题。 由此可以看出目前网络管理系统存在的主要问题是：网管系统的 建设滞后于网络的发展；对网管系统总体结构的研究不足；缺乏对全 网的统一综合管理和相应的管理措施。 目前，三大网络的数字化和i p 化得到了快速发展。h 3 2 3 、s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 技术的高速发展和普及，使电信 网络向数字化和i p 化进程迈进了一大步；w a p ( w i r e l e s sa c c e s s p r o t o c 0 1 ) 、g r p s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 、c d m a ( c o d e d jv i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) ，尤其3 g 技术的迅速发展和普及，使移 动通信的数字化和i p 化取得了关键性的进展；目前数字电视技术的 快速发展和普及，以及双向数字有线电视系统( c a t v ) 的标准的制订 以及技术的日渐成熟和普及，如目前我们国家大部分地区正在进行的 双向h f c 数字电视系统的改造，标志着数据广播的数字化和i p 化取 得了决定性的发展。这些现象标志着电话、电视和数据技术正逐步基 于i p 实现融合。流媒体技术转交了传统互联网限于文本和图片的二 维呆板的内容表现形式，是宽带应用的发展方向，同时流媒体能够广 泛应用于v o d 、远程教学、网络广告、交互视频游戏等，大大拓宽服 务范围。目前视频业务正逐渐成为三大网络的主流增值业务。可视电 话已经出现并有望在传统的电话业务中普及，3 g 的出现源于对视频传 输的需要，i n t e r n e t 网络的视频聊天、视频直播和v o d ( v i d e oo n d e m a n d ) 已经非常流行，目前数字电视系统也超着双向、交互等个性 化方面发展，因此，三大网络有可能以交互式的流媒体业务为主体实 现真正的统一。在三网融合的前提，不同的i s p 的网络，如电信网、 移动网、和广播电视网络等只是一种承载网，i p 协议是它们的主要传 一6 一 北京交通大学硕士学位论文 输协议，不同网络的交互式的流媒体技术统一为在i p 网络上的交互 式的流媒体技术，其中i p t v 技术，也就是在纯粹的i p 网络上电视视 频的传输技术，是它的主要形式。 流媒体业务要传输体数据量较大的视频数据，因此对传输带宽提 出了较高的要求，在当前网络资源还比较紧缺的情况下，无论采用那 种承载网，都要使用视频和音频压缩技术来节约带宽，如h 2 6 4 、m p e g 系列、r e a l i d e o 、w i n d o wm e d i a 9 、n a n c yc o d e c 、i s m a l o 等。流媒 体业务具有较高的实时性要求，要求承载网络必须提供较高的q o s ， 也就是对带宽、时延、时延抖动和包丢失率提出了很高的要求。流媒 体系统的q o s 控制可以通过流媒体协议和应用层的q o s 控制技术如负 载均衡技术等来实现，但i p 网络目前由不同时期、不同厂家的设备 组成，且有不同的i s p ( i n t e r n e ts e r v i c ep r o v i d e r ) 运营，因此， 还无法支持统一的实时流媒体协议。现在i p 网络中还只能提供尽力 而为的服务，还没有较好的业务量控制机制，拥塞还是它的主要特征。 因此，流媒体业务对网络管理提出了较高的要求。 目前的i p 网络技术和流媒体技术发展日新月异，流媒体业务量 在运营商增值业务中的比例正加速增加，因此，设备制造商和流媒体 业务运营商都热切盼望一个流媒体网络系统的接口标准出台，以提高 自己设备在市场的适应能力和实现自动化的商业运营。针对这种需 求，中国信息产业部科学技术司制订了通信行业流媒体网络管理标准 计划，基于i p 网络的电视系统( i p t v ) 网络管理接口技术要求，由 广播电视网网络管理技术研究中心主持编制。 7 一 北京交通大学硕士学位论文 1 3 论文的主要工作 本论文将对i p t v 网络管理系统的发展以及目前的动态做比较全 面的分析和研究，同时将重点放在i p t v 网络的核心组件：流媒体服 务器上，提出基于s l a 的流媒体服务器网络管理接口标准的制订方法。 重点研究和实现的工作如下： 1 分析在三网融合的环境下流媒体网络的物理结构和逻 辑构架。 2 重点论述流媒体服务器的详细物理构架和功能构架。 3 。提出了一个基于n g o s s 的流媒体网络的管理构架及每层 的详细管理内容。 4 提出了一个基于s l a 的流媒体网络系统网络管理接口标准的 研究方法。 1 4 研究生期间承担的主要工作 本人自2 0 0 3 年4 月起进入北京交通大学网络管理研究中心实验 室至今已经有两年的时间，在这两年里，本人参与的项目以及在项目 中承担的工作主要有以下几点： 1 参与了广电总局s d h 综合网络管理系统的研究开发工作，该 系统通过q 3 接口采集华为和朗讯s d i 传输设备信息。进而实现告警 管理，路由算法等管理工作。在项目中，本人主要实现了采集模块及 部分数据库编程工作。 2 参与了朔黄铁路号线资源管理系统的前期调研工作，主要完 一8 一 北京交通大学硕士学位论文 成了现场采集、分析数据和数据库设计工作。 3 参与了i p t v 网络管理接口标准的制定工作，即本论文的项目 背景。 一9 北京交通大学硕士学位论文 第二章i p t v 流媒体网络系统结构 本章主要讨论i p t v 流媒体网络的物理结构和逻辑架构。第一节 详细介绍了i p t v 网络的系统架构和各个部分之间的关系，建立了 i p t v 网络协议栈，并抽象出了i p t v 网络的逻辑网元，为将来制定网 络管理信息模型( m i b ) 做准各。第二节详细介绍了i p t v 网络的各个 物理组件及其功能，重点论述了i p t v 网络的核心组件：流媒体服务器。 2 1i p t v 流媒体网络的系统架构及各部分关系 流媒体( s t r e 绷i n gm e d i a ) 是指视频、声音和数据通过实时传 输协议以连续流方式顺序从源端向目的地传输，流媒体的主要特点就 是可以“边下载边播放”， 目的地只需接收到一定数据缓存后就可 以立即播放的多媒体应用。 2 1 1 i p t v 流媒体网络的系统结构 流媒体的系统架构及各部分关系如图1 所示。 流媒体系统按照功能可分为两种类型：1 ) 广播级别的流媒体系 统；2 ) 点播级别的流媒体系统。 广播级别的流媒体系统主要实现流媒体的直播，节日的来源主要 是主流电视台的频道节目和现场实况转播节日。前者来源于数字或模 拟的电视卫星接收系统，或者来源于广播电视骨干传输网络( 如s d h ) ， 后者来源于数字或模拟现场摄像设餐。模拟的视频信号需要通过压缩 编码系统压缩成特定流媒体格式，如广播级别m p e g 一2 、m p e g 一4 、h 2 6 4 一】o 一 北京交通大学硕士学位论文 编码器，然后发送到电视节目接收系统，数字视频信号则直接进入节 目接收系统，因此从节目接收系统进入的是统一的压缩数字流。从接 收系统输出了媒体流通过延时系统的延时和广告系统插播，最后进入 节目录制系统，再最后经过格式转化( 如将m p e g 一2 格式转化为m p e p 4 或r e a lm e d i a 格式等) 后，进入流媒体服务器。用户直接从流媒体 服务器获取流媒体业务，在发往用户之前，一般还要经过节目编辑制 作等加工过程和节目内容审查过程。用户通过节日单来访问媒体，因 此，还要有节目单制作和发布系统，以及流媒体业务检索系统。直播 的流媒体信息通过i p 网络发送到用户的终端设备，由于流媒体业务 一般为付费业务，因此，流媒体信息流要经过版权管理和计费系统的 管理，用户必须要通过认证管理。 圈1 流媒体的典型结构图 点播级别的流媒体系统主要实现流媒体的交互点播和个性化服 一1 i 一 北京交通大学硕士学位论文 务，如v o d 业务等，它的内容除了来源于从广播级别的流媒体系统录 制的流媒体信息以及在此基础上编辑过的流媒体信息外，还有来磁带 年u 光盘的流媒体信息。在经过格式转化后，这些信息被存储到流媒体 服务器里。所有的信息经过节目编辑后，集成为流媒体点播业务，如 v o d 业务。和广播流媒体系统一样，这些业务要经过节目审查等过程， 还要制成节目单并通过节目发布系统，如e p g 系统发布到用户。同样， 流媒体信息要接收数字版权管理和计费管理，用户在点播这些节目时 要经过身份认证。 2 1 2 流媒体网络协议栈 基于i p 的流媒体阐络协议栈可以映射到o s i 协议栈中，如图2 所示。 在应用层，用户产生流媒体应用申请在经过版权管理和a 从管 1 川a i 辱l 理后，产生一个流媒体应用会话。在i p 网络中，流媒体通棠表示为 q ”乞f 整霸r t s p 、n 船等形式，流媒体会话建立一条端到端的通道。流媒体业务 迓融功t 的q o s 保证可以可以在传输层来实现，如采用r t p 、r t c p 、r s v p 、s t i i 幻u n l _ 癌用等协议，也可以通过应用层q o s 控制技术来实现，如采用负载均 岛； ，u 两，衡算法等。在网络层，采用传统的i p ，除了传统的i p v 4 和一些路由 )协议，如r i pb g p 外，还包括s t i i 、i p v 6 、p 珈等。在数据链路层， 或i p 网络的网络接口层，可以采用传统的宽带技术，如e t h e r n e t 、 m p l s 、i s d n 、盯c 或f r ，或无线宽带接入技术，如g s m 、3 g 、w l a n 等。 在物理层，通常采用传统的光纤技术 等。 如s d h 、s o n e t 、肼嘲和u t p ：# 北京交通大学硕士学位论文 图2 流媒体系统的逻辑构架 2 1 3 流媒体网络业务和技术分析 流媒体业务是一种宽带业务，对于网络带宽、抖动、延迟和丢包 率都有较高的要求。当前媒体技术通常采用c s ( c l i e n t s e r v e r ) 模 式，由于流媒体的高信息量对带宽具有较大的要求，当具有过多的用 户和流媒体服务器交互时，往往引起流媒体出口阻塞，产生出口瓶颈。 同样，当大量的流媒体应用同时在网络上出现，也容易引发网络带宽 不足，产生网络拥塞现象。以上两种情况都使网络提供的q o s 水平下 一13 北京交通大学硕士学位论文 降。传输质量控制是决定流媒体服务性能的最重要因素，也是流媒体 运营商首要关心的问题。具体来说，可以归结为在现有网络带宽条件 下，系统如何支持尽可能多的并发用户数，如何保证端到端的流媒体 q o s ，为了支持尽可能多的并发用户数，同时避免大量的并发用户数 带来的服务器负荷加大和q o s 降低的情况，要求系统对网络流量和并 发用户数进行管理和限定。由于当前的i p 网络归属于不同的i p 网络， 由不同厂家的设备和不同技术组成，组成不同的管理域，因此，现在 还没有办法要求网络中的每部分都支持相同的实时传输协议，为了 在只提供“尽力而为”服务的i p 网络中能够提供较好的q o s ，通常在 应用层进行通过负载均衡策略来进行i p 网络的q o s 管理，目前比较 流行的方法是将流媒体内容进行分散和向用户推进，常采用分级网络 模型，并配合几种较为成熟的带宽适应和质量控锖9 技术，如图2 所示。 最高级别的核心的内容流媒体服务器通过内容分发网络c d n 推到 离用户比较近的网络的边缘的流媒体边缘服务器。c d n 是近几年才发 展起来的新技术，它作为基础i p 网络之上的一个内容叠加网，通过 引入主动内容管理、全局负载均衡和内容缓存等技术，可以将用户请 求的流媒体内容发布到距离用户最近的网络边缘，从而提高用户访闯 的响应速度，并有效解决网络拥塞，最大限度的减轻骨干网络流量。 c d n 为在w a n 或m a n 范围开展流媒体业务提供了有效的q o s 保证。这 里，c d n 网络也就是通常的i p 网络，根据网络的负载情况。这种沿着 用户方向将多媒体内容服务器朝网络边缘推的过程可以一直进行下， 相应地c d n 的级别可以不停增加。这里，核心路由器和边缘路由器之 间通过t c p 之间的数据的传输可以采用通常的t c p 应用层传输协议， 如h t t p 、f t p 等。原始内容服务器通常处于d c n 的中心，通过原始内 - 1 一 _ _ _ 一1 4 一弋9 猕 北京交通大学硕士学位论文 容控制系统( o c c s ) 来对数据进行管理，内容分发管理系统( c d m s ) 和o c c s 结合负责内容到流媒体边缘服务器的内容的分发。当前比较 流行的p 2 p 技术将各个用户互相结合组成一个网络，共享其中的带宽 和共同处理其中的信息。在p 2 p 方式中，每一个客户端即是客户机又 是服务器，下载同一个文件中的每一个用户终端只需要下载文件中的 一个片段，然后相互交换，最终每一个用户都可以得到完整的文件。 p 2 p 技术不但可以实现快速下载，而且很好克服传统的c s 结构造成 的服务器出口瓶颈和网络拥塞问题。 图2 d c n 的结构 逻辑上最接近用户的内容服务器负责为用户提供实时的流媒体 一一一 业务，它不但要执行计费管理和数字版权管理，而且要保证用户流媒 一一w _ 一 体应用的q o s 。边缘流媒体服务器的主要的作用是提供缓存服务，流 一】5 一 北京交通大学硕士学位论文 媒体业务控制系统( m s c s ) 和漉媒体业务软件( m s s ) 结合组成一个 缓存服务器，用户的申请通过内容服务网关( c s g ) 被引导到最佳的 内容引擎。为了提高并发用户数和提供的q o s 水平，通常要采用智能 流技术和缓存技术。智能流技术，就是系统能够自动检测网络状况并 将视、音频流的属性调整到最佳，使用户收到与其连接速度相符的媒 体流，从而获得最佳的用户体验。智能流技术的实质是通过c s 应用 层的速率反馈机制探测网络带宽变化，利用媒体流的多速率层次编码 能力，在服务器端动态的调节媒体流的传输速率，以保证用户在网络 带宽变化条件下仍能收到质量较好的媒体流。微软和r e a l s y s t e m 都 提供智能流技术。缓存技术的实质是边缘流媒体服务器创建缓存空 间，将用户经常访问的流媒体资源暂存在这些缓存空间里以提高发送 速度。缓存技术还通常应用广播级别的流媒体业务中，由于互联网是 以断续的异步包传输为基础，一个实时媒体流或媒体文件在传输中将 被分成多个包传输。由于网络的延时、抖动等因素，包到达客户端的 顺序和延迟可能不一样，可能出现先发的包后到的情况，因此需要缓 存系统、整形技术以及再同步技术来弥补网络延迟和抖动的影响，以 保证数据包的顺序正确以及不会因为网络暂时拥塞而出现播放停顿 的现象。缓存技术一般采用环形链表结构存储数据，丢弃已发送或已 播放内容并利用空出的空间存储将要发送或将要播放的内容。所以一 般缓存不会很大。目前主要用到的缓存技术有：正向缓存、反向缓存 和透明代理缓存技术。微软m e d i as e r v i c e s 和r e a l s y s t e m 都提供服 务器端和播放器端的缓存设定。 为了提高d c n 的性能，在c d n 的核心中间节点设立流媒体镜像服 务器，原始内容服务器通过发布系统将内容发布到镜像服务器，作为 一1 6 一 北京交通大学硕士学位论文 附近多个边缘路由器的备份。当用户访问的内容不在边缘服务器上 时，可以到所属的镜像服务器上去寻找，如果镜像服务器上也没有， 用户的申请直接被引导到原始服务器。当边缘路由器发生故障时，镜 像路由器直接代替边缘路由器提供流煤体服务。 当用户申请流煤体业务时，他的申请通常被引导到内容路由导向 器( c r d ) ，c r d 通常位于c d n 的原始数据服务器处，c r d 按照设定的 导向策略( 如地理区域、网络负载状况、内容中心点等) ，将用户的 申请导向到晟佳的流媒体边缘服务器的c s g ，实现全网络的负载均衡， 这一部分也称为智能路由，也可称为应用层重定向( 支持脒s 、r t s p 、 h t t p 等) 。边缘路由器通过c s g 将用户的请求引导到最佳的内容引擎， 实现本地化的负载均衡。在内容分发系统中，通常采用分布式认证系 统来对边缘流煤体服务器的内容分发进行管理，同时也进行计费管 理。因此，c d n 结构的流媒体网络的通过智能路由、流量管理、内容 分发和流媒体服务等技术，建立一个通畅、高效、安全的内容发布网 络和流媒体服务系统，实现了具有高度伸缩性的层次化、分布式管理。 2 2i p t v 流媒体网络的组成 一个完整的i p t v 流媒体网络平台包括视频采集制作系统，流媒 体服务系统，客户端系统，节目单制作和发布系统，数字版权管理系 统( d r m ) ，计费系统，流服务应用软件，媒体内容检索系统等重要组 成部分。 2 2 1 视频采集制作系统 该系统利用媒体采集设备进行流媒体的锥作与生成。它包括 一1 7 北京交通大学硕士学位论文 了一系列的工具，从独立的视频、声音、图片、文字组合到制作丰富 的流媒体，这些工具产生的流媒体文件可以存储为固定的格式，供发 布服务器使用。视频采集制作系统可以实时向发布服务器提供各种视 频流，提供实时的多媒体信息发布服务。 2 2 2 流媒体服务系统 流媒体服务器是整个系统的核心部件，要完成流媒体信息的存 储、发布、检索工作，还有负责流媒体内容的版权管理、安全管理工 作和计费工作，如图3 。 一个流媒体服务器由数据库、播控软件和流媒体服务器软件、播 出卡组成，因此，这些功能也可以分别由三个独立的服务器组成，分 别为：流媒体服务器、播控制服务器、节目库服务器组成。流媒体服 务器分为广播级视频服务器和点播级流媒体服务器，在用户的申请被 批准后，负责会话的建立和连续的流媒体发布。在双向流媒体系统中。 流服务器要能够实时地编辑多媒体数据，并支持暂停重放、快进、 后退等交互控制操作，还要支持顺序播出、循环播出、延时播出、插 播、垫播、盖播等业务播出模式。此外，流服务器还要能够重新得到 同步的媒体内容。出于负载分担和支持更多用户考虑，媒体服务器一 般建成局域网集群的方式，通过一台管理服务器来根据各服务器负载 状况将用户请求发往负载最低的服务器。在广播模式下，管理服务器 为广播控制服务器，在点播模式下，它为播控服务器。管理服务器除 了支持负载均衡、智能路外，还负责流媒体文件管理，数字版权管理 等。流媒体服务的门户一般仍然为w e b 服务器。 1 8 一 北京交通大学硕士学位论文 图3 流媒体服务器结构 塞 流媒体服务器的存储一般分为三级存储，一级为在线播出存储系 统，需要存储器具有较高的存储输入输出速率，且具有可靠的性能。 二级别近线制作存储系统，要求它具有较高的容量，三级为备份存储， 一般为磁带存储或光盘存储。 2 2 3 客户端系统 客户端系统目前有两种：p c + 播放器和电视机终端+ 机顶盒， 客户端系统要完成流媒体内容搜索定位、流媒体业务的申请、会话的 申请、媒体同步管理、流媒体信息内容的解码、缓存和播放等功能， 它还要为用户提供对流媒体业务进行个性化操作的人机接口。这些功 能对电视终端来说是通过机顶盒系统来实现，对p c 来说通过浏览器 和媒体播放器来实现。 】9 一 北京交通大学硕士学位论文 2 2 4 节目单制作和发布系统 节目单制作和发布系统是流媒体业务的用户接口，如图4 。节目 采集系统负载节曩属性的采集，并通过数据库服务器它存入数据库 中。节目单编辑系统通过对采集的节目进行编辑创建节目单，节目单 在通过审查系统审查后，通过上传管理系统存入节目单发布系统。节 目单发布系统通常采用w e b 服务器。 图4 节目发布系统 2 2 5 数字版权管理系统( d 跳) 流媒体业务是运营商主要的增值业务，因此，它通常需要付费才 能使用，数字版权管理系统负责对流媒体资源的使用权限进行管理， 如图5 所示。 d r m 需要从用户管理系统中了解到用户使用资源的权限，从财务 系统那里了解用户的付费情况，还要从节目发布系统了解直播节目的 时间表，纵合这些信息，d 脚得到用户是否有权限使用流媒体业务。 版权管理系统的功能模型如图6 所示。 2 0 北京交通大学硕士学位论文 图5 d r m 构架 图6 ：d r m 的结构图 流媒体内容提供商的节日内容提交给流媒体业务提供商，在转化 一2 1 北京交通大学硕士学位论文 为商品之前，首先要经过d 刚整合模块的包装，即要经过加密、流媒 体打包、版权规范、条件规范。经过这样的整合过程后，流媒体内容 成为商品，最后作为基本的元数据传递给流媒体服务器。用户在申请 流媒体业务时，申请的资源信息被发送渤r m 系统，d r m 要通过认证模 块对用户的申请进行认证。它首先从用户管理模块那里得到用户的身 份信息，从计费系统中得到用户的费用信息，然后通过版权管理模块 判别他是否有具有使用版权。在用户通过认证后，d 脒给它赋予版权。 接着审查它的申请是否符合条件，如费用是充分等，在条件满足时， 给它赋予密钥。最后d 删把版权以许可证的形式连同密钥一起发送给 流媒体服务器，并由它转发给用户的终端设备。用户用接受的密钥来 对从流媒体服务器传来的信息进行解密。 2 2 6 计费系统 流媒体收费有以下几种方式：主体频道收费、付费电视( p a y t v ) 、 计次付费( p p v ) ( 根据片源的等级及类别不同) 、节目即时购买业务 一麓( i p p v ) 付费，预定模式付费、先试后买( t r y a n d b u y ) 付费、分 层付费。、弛费系统需要从版权管理系统、用户管理系统、电子节目导 航系统采集计费信息。 2 2 7 流媒体服务应用软件 应用流软件是系统中最重要的成分，要求在最广的范围、多种连 接速度的基础上提供性能最好的多媒体效果，并具有强有力的系统管 理和可伸缩性能力，以及具有开放的、标准的、跨平台的架构。软件 系统必须具有极高的压缩比和很好的传输能力，适合网络发布。服务 一2 2 北京交通大学硕士学位论文 器端软件应该具有强大的网络管理功能，支持广泛的媒体格式，支持 最大量的互联网用户群与流媒体商业模式。r e a l n e t w