基于EPON的IPTV技术及其应用.doc

安徽邮电职业技术学院毕 业 设 计（论 文）题 目： 基于EPON的IPTV系统及其实现 姓 名： 赵盼盼 学 号： TJ081514 专 业： 通信技术 指导教师： 方国涛 2011 年 4月 25 日安徽邮电职业技术学院毕业设计（论文）中期检查表系部： 通信工程系 专业： 通信技术 年级： 2008级 姓名赵盼盼学号TJ081514指导教师方国涛职称讲师题目基于EPON的IPTV技术及其应用选题是否有变化无如有，请填写原因是否填写了开题报告是是否进行了文献调研是以下为教师填写部分论文设计进度情况：已完成论文电子版学生进行毕业设计的认真程度：较认真中期质量评价（学生已完成部分的工作质量情况）：较好存在的问题与建议：1 无封面，中英文摘要字体不对2.正文个别图片模糊，大小不一，应适当放大或更换。3.第一章内容太少，每一章内容应重新起页。4.其他格式问题请参考论文模板修改。 指导教师（签名）： 年 月 日系部主任意见： 系部主任（签名）： 年 月 日目 录摘 要1第一章 绪论3第二章 EPON技术原理及关键技术42.1 EPON（以太无源光网络）的含义42.2 EPON技术特点42.3 EPON接入系统特点7第三章 IPTV技术简介和研究83.1 什么是IPTV？83.2 IPTV的实现方式93.3 IPTV的系统组成93.4 IPTV的内容提供113.5 IPTV内容的存储分发143.6 IPTV与数字电视173.7 小结18第四章 EPON技术在IPTV系统中的应用194.1 设计方案194.2 控制与管理的实现20第五章 IPTV系统的发展趋势235.1 近两年来IPTV的发展235.2 广电总局发文制止无授权的IPTV业务24第六章 结语25参考文献26摘 要IPTV的主要特点是交互性和实时性。它的系统结构主要包括流媒体服务、节目采编、存储及认证计费等子系统，主要存储及传送的内容是流媒体文件，基于IP网络传输，通常要在边缘设置内容分配服务节点，配置流媒体服务及存储设备，用户终端可以是IP机顶盒+电视机，也可以是PC。作为一个新兴产业，IPTV不但超出了传统的电信运营范围，更超越了传统的广电运营范畴。IPTV预示着一场由技术演变而来的产业革命的到来，昭示着一个无限广阔的电子互动娱乐市场的启动。EPON采用以太网的传输格式同时也是用户局域网/驻地网的主流技术，上下行均为千兆速率，下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽，上行利用时分复用（TDMA）共享带宽。在IPTV的应用上，充分发挥了重要作用。本文主要阐述了EPON技术下的IPTV的技术运行原理及其特点。关键字：EPON，IPTV，高速率，组播，广电ABSTRACTThe main characteristics of IPTV is interactive and real-time. It mainly includes the system structure of streaming media services, program authentication billing purchasing& cataloguing, storage and subsystems such as storage and transmission, the main content is streaming media files, based on IP network transmission, usually within the margin SettingsAs a new industry, IPTV not only beyond the traditional telecom operating limits, more beyond the traditional radio and television operators category. IPTV portends a evolved by the technology of the arrival of the industrial revolution, and it indicates an infinite broad electronic interactive entertainment market start.EPON, the Ethernet transmission format is also the user LAN/stations nets mainstream technologies are gigabit rate, has adopted, according to different users downlink broadcasting transmission way encrypted share bandwidth, uplink used time multiplex (TDMA) share bandwidth. In the application, IPTV gave a full play an important role. This paper mainly expounds the IPTV EPON technology principle and characteristics of technical operation.KEY WORDS：EPON，IPTV，High rate, Multicast, Radio and Television第一章 绪论随着互联网技术和应用在人们生活中的日益渗透，目前我国上网人数已日益趋升，其中一般以上采用宽带上网。人们对于互联网的需求不只是停留在查看新闻、翻阅图片、收发邮件、在线聊天等简单应用上。诸如联网游戏、在线影视、视频博客、IPTV等新的应用已逐步成熟，正逐步成为当今互联网应用的重点。IPTV是一种利用带宽IP网传输音视频的技术和业务，此业务的出现给承载网、接入网、流媒体分发、视频编码器、版权管理等技术提出了更高的要求。据2004年的一项调查显示，全球有29%的运营商已经提供了IPTV服务，19%的运营商计划于当年推出IPTV服务，17%的运营商计划于2005年推出。通过IPTV，中国宽带用户，在PC上也能享受到精彩纷呈的电视节目；通过IPTV，中国电视观众，在“IP机顶盒+电视机”上将告别单一被动的节目接受，走向集互联网内容、网络游戏、电视节目在内的更为丰富多彩的互动数字娱乐生活。IPTV必将迅速而深刻地改变人们的生活。本文主要介绍了在IPTV系统中的应用EPON技术来为用户提供高质量（接近DVD水平）的数字媒体服务；使用户可有极为广泛的自由度选择宽带IP网上各网站提供的视频节目；实现媒体提供者和媒体消费者的实质性互动；从而为网络发展商和节目提供商提供了广阔的新兴市场。第二章 EPON技术原理及关键技术2.1 EPON（以太无源光网络）的含义EPON（以太无源光网络）是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。2.2 EPON技术特点2.2.1 组成单元 PON致力于解决服务提供商中心局端、前端或者POP到商务或家庭节点向最后一公里的通信结构。由于IP技术的突飞猛进，在90年代中期曾非常盛行的APON（ATM PON）被认为不适合于解决本地环路。同时随着网络向快速以太网、千兆以太网，直至现在的万兆以太网的发展，EPON将消除WAN/LAN中ATM与IP协议间的连接转换的必要性。 EPON与APON光路结构类似，都遵循G 983协议，最终它将以更低的价格、更宽的带宽和更强的服务能力取代APON。 图2.1 EPON的组成单元EPON的组成单元如图1所示，光信号通过光分路器把光纤线路终端（OLT）一根光纤下行的信号分成多路给每一个光网络单元（ONU），每个ONU上行的信号通过光耦合器合成在一根光纤里给OLT。因而EPON中包括无源网络设备和有源网络设备。无源网络设备包括单模光缆、无源光分路器/耦合器、适配器、连接器和熔接头等。它一般放置于局外，也称之为局外设备。无源网络设备十分简单、稳定可靠、寿命长、易于维护、价格极低。 有源网络设备包括中心局机架设备、光网络单元和设备管理系统（EMS）。中心局机架上插装光纤线路终端、网络界面模块（NIM）以及交换模块（SCM），因此以上三种设备也统称为中心局机架设备。 中心局机架设备提供EPON系统与服务提供商核心的数据、视频和话音网络的接口。它也通过设备管理系统与服务提供商的核心运行网络相连接。中心局机架上广域网界面通常将与以下设备接口相连接： 数字交叉连接（DCS），它传送未交换的或未本地交换的TDM流量到电话网络，普通的DCS界面包括DS1、DS3、STS-1和OC-3； 语音网关，它传送本地交换的TDM/话音流量到公众交换电话网络（PSTN）； IP路由器或ATM边缘交换机，它将数据流量引到核心数据网络； 视频网络设备，它传送视频流量到核心视频网络。 光网络单元（ONU）给用户提供数据、视频和电话网络与PON之间的接口。ONU最初的作用是接收光路信号，转换成用户所需的格式（以太网、IP广播、POTS电话、T1 /E1等）。EPON独一无二的特征是：ONU中除了终接和转换光信号外，还提供2-3层交换功能，它允许在ONU中内置企业级路由器。EPON同样也适合用第三个波长传送模拟CATV信号或者IP视频。 因为ONU在FTTB和FTTH应用中，放置于用户节点处，而且成本不与众多用户共享，所以ONU的设计和成本成为EPON系统被接受和采用的关键，通常ONU在FTTB应用中占系统成本的70%多，在FTTH应用中占成本的大约80%。 设备管理系统管理PON中的不同设备，并向服务提供商核心运营网络提供接口。它的管理职责包括全程的查错、配置、记费、运行和安全（FCAPS）功能。 2.2.2 传输原理 EPON与APON最大的区别是EPON根据IEEE802.3协议，包长可变至1518字节传送数据，而APON根据ATM协议，按照固定长度53个字节包来传送数据，其中48个字节负荷，5个字节开销。这种差别意味着APON运载IP协议的数据效率低且困难。用APON传送IP业务，数据包被分成每48个字节一组，然后在每一组前附加上5个字节开销。这个过程耗时且复杂，也给OLT 和ONU增加了额外的成本。此外，每一48个字节段就要浪费5个字节，造成沉重的开销，即所谓的ATM包的税头。相反，以太网传送IP流量，相对于ATM开销急剧下降。 （1）上行/下行流量管理 EPON从OLT到多个ONU下行传输数据和从多个ONU到OLT上行数据传输是十分不同的。所采取的不同的上行/下行技术分别如图2、3所示： 图2.2 下行传输原理图2.3 上行传输原理图2中数据从OLT到多个ONU广播式下行，根据IEEE802.3协议，每一个包的包头表明是给ONU（ONU1、ONU2、ONU3.ONUN）中的唯一一个。另外，部分包可以是给所有的ONU（广播式）或者特殊的一组ONU（组播），在光分路器处，流量分成独立的三组信号，每一组载有所有指定ONU的信号。当数据信号到达该ONU时，它接收给它的包，摒弃那些给其它ONU的包。举例，图2中，ONU1收到包1、2、3，但是它仅仅发送包1给终端用户1，摒弃包2和包3。图3中所示，采用时分复用技术（TDM）分时隙给ONU管理上行流量，时隙是同步的，以便当数据信号耦合到一根光纤时各个ONU的上行包不会互相干扰。ONU在ONU指定的时隙上行数据给OLT，采用时分复用避免数据传输冲突，即上行采用争用方式，下行采用广播方式。 （2）拓扑结构 EPON网络采用一点至多点的拓朴结构，取代点到点结构，大大节省了光纤的用量、管理成本。无源网络设备代替了传统的ATM/SONET宽带接入系统中的中继器、放大器和激光器，减少了中心局端所需的激光器数目，并且OLT由许多ONU用户分担。而且EPON利用以太网技术，采用标准以太帧，无须任何转换就可以承载目前的主流业务IP业务。 因此EPON十分简单、高效、建设费用低、维护费用低，是最适合宽带接入网需求的。 2.3 EPON接入系统特点局端（OLT）与用户（ONU）之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本；EPON采用以太网的传输格式同时也是用户局域网/驻地网的主流技术，二者具有天然的融合性，消除了复杂的传输协议转换带来的成本因素；采用单纤波分复用技术（下行1490nm，上行1310nm），仅需一根主干光纤和一个OLT，传输距离可达20公里。在ONU侧通过光分路器分送给最多32个用户，因此可大大降低OLT和主干光纤的成本压力；上下行均为千兆速率，下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽，上行利用时分复用（TDMA）共享带宽。高速宽带，充分满足接入网客户的带宽需求，并可方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽；点对多点的结构，只需增加ONU数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级，充分保护运营商的投资；EPON具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力，其中TDM和IP数据采用IEEE 802.3以太网的格式进行传输，辅以电信级的网管系统，足以保证传输质量。通过扩展第三个波长（通常为1550nm）即可实现视频业务广播传输。第三章 IPTV技术简介和研究3.1 什么是IPTV？从字面上讲，IPTV就是利用IP方式传输普通的电视节目，因此有时也被称为网络电视，但不同的行业和组织对IPTV的含意却存在不同的理解。对于IPTV为什么是“TV”，或者说与TV相关的方面主要体现在两个方面：第一、IPTV为用户提供的节目是社会广泛熟悉的TV节目，因此是“TV”；第二、通过IP网络传播来的信息，经过机顶盒（STB）做处理后，利用普通或高清晰的电视机（TV）做显示终端，因此是“TV”。但对这两个条件需要同时满足，还是只需要满足第1个条件，就应该称为IPTV，存在不同的理解。随着技术的发展，目前的电视机已经不仅用做电视节目的显示终端，也已经可以作为其他多种业务（如游戏、股票行情）的显示终端；而且电视节目也已经不仅可以在电视机上收看，也可以在PC和手机等设备上收看了。因此，IPTV之所以被称作“TV”，是因为是以内容为核心定义的，仅指节目源是TV的，与显示终端是否是电视机没有必然关系。对于“IP”与“TV”的关系，传统的广播电视行业通常将其理解为“IPTV=IP+TV”模式，即在这种实现方式中，IP业务和TV业务在CABLE中是完全独立并行的；传统的电信行业则相反，实现的方式是“IPTV=TV over IP”模式，即包括TV在内的所有业务都承载在IP之上。实际上，如果把IPTV简单地理解为上面所说的在IP网络上模拟传统的电视节目，那就过于简单化和狭隘了，那么IPTV也是没有发展前途的。IPTV与传统的电视业务相比，最大的特点是能够进行个性化和实时交互特点的点播服务，还可以开展类似于传统电信业务和互联网业务的其他增值服务。概括的讲，IPTV业务利用IP网络（或者同时利用IP网络和DVB网络），把来源于电视传媒、影视制片公司、新闻媒体机构、远程教育机构等各类内容提供商的内容，通过IPTV宽带业务应用平台（该平台往往不仅支持TV，也支持其他业务）整合，传送到用户个人电脑、机顶盒+电视机、多媒体手机（用于移动IPTV）等终端，使得用户享受IPTV所带来的丰富多彩的宽带多媒体业务内容。3.2 IPTV的实现方式 图3.1 IPTV的不同实现方式图1简单示意IPTV在广电和电信网络中实现方式，分别对应上面所说的“IP+TV”和“TV over IP”方式。当广播电视数字化以后，广播电视领域的交互电视网络将拥有一个双向的交互通道和一个单项的广播电视通道，如图1中所示，交互电视需要通过交互通道提供方（即ISP）的网络通信资源，来与电视内容提供商交互，实现一些IPTV的基本功能。目前，广电部门在部分地区斥巨资积极进行网络的双向改造试验，力图采用IPoverDVB的方式实现IPTV。但是由于广播电视网络的固有特性，从技术和经费上都需要巨大投入，实现起来十分困难，而投入和产出又会有相当大的差距。电信行业有优良的网络基础设施，特别是在与互联网业务的融合上有丰富的运营经验，可以充分发挥网络优势，提供视频点播、网络游戏等交互性很强的业务。因此，在运营IPTV业务上具有一定的有利条件，但对网络改造也并非易事。3.3 IPTV的系统组成IPTV是一种以家用电视机或PC为显示终端，通过互联网，提供包括电视节目在内的内容丰富的多媒体服务业务，IPTV是计算、通信、多媒体和家电产品崭新技术的融合，其关键技术是利用LANkclass=qqx_gjz计算机或“机顶盒+电视”完成接收视频点播节目、视频广播及网上冲浪等功能。IPTV实际系统组成如图2所示。图3.2 IPTV系统组成（1）节目提供系统该部分主要完成节目的数字化，使原始节目成为能够在IP网络上传输的数字节目。其主要功能是直播节目的编码压缩、转换和传送。（2）内容管理系统内容管理系统主要功能是对IPTV的节目和内容进行管理，其主要是内容管理和用户管理，功能包括：内容审核、内容发布、内容下载、用户管理以及用户认证计费等。（3）流媒体传送系统流媒体传送系统主要包括的设备是中心/边缘流媒体服务器和存储分发网络。存储分发网络可以由多个服务器组成，它们之间通过负载均衡来实现大规模组网，如CDN。流媒体服务器是提供流式传输的核心设备。要求有很高的稳定性，同时能满足支持多个并发流和直播流的应用需求。（4）接入系统接入系统主要为IPTV终端提供接入功能，使STB能够顺利接入到IP网络，目前常见的接入方式为xDSL和LAN方式。（5）IPTV终端目前的IPTV可根据终端分为三种形式，即PC平台终端、IP-STB平台终端和手机平台（移动网络）终端。其中，IP-STB终端是IPTV的用户最常见的消费终端。（6）运营支撑系统运营支撑系统完成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，是IPTV系统实现“可运营、可管理”的关键。3.4 IPTV的内容提供3.4.1 节目制作IPTV的节目制作系统通常包括内容采集、内容制作（包括编码与转码）、节目管理等组成部分。内容采集系统的节目源可以是摄像机、电视台节目、VCD光盘、卫星输入信号等等。内容制作系统提供普通节目制作、直播节目制作和录播节目制作等等。同时，内容制作系统可以实时监听后台自动直播（录播）系统的管理信息，自动在预先设定好的时间使用视频捕捉卡直播（录制）特定频道正在播放的电视节目；当节目录制完成后，可以自动上传到流媒体文件服务器，并将节目相应信息存储于数据库中。制作系统支持将VCD、DVD、WAV、AVI、MPG和MP3等文件转换格式为ASF、WMV、WMA、RM、MP4等流媒体格式，支持各种带宽大小的码流格式，同时支持将视频捕捉卡等设备得到的视频、音频数据（电视、录像带、摄像机等）转换为流媒体系统支持的文件的功能。3.4.2 编码技术20世纪90年代以来，随着视频编码技术的成熟，国际标准化组织（ISO）和国际电信联盟（ITU）相继推出了一系列视频压缩编码的国际标准，已经发布的有：H.261，H.262，H.263，H.264以及MPEG1，MPEG2，MPEG4等。目前，认为比较适合于流媒体系统中使用的标准主要有H.264和MPEG4。MPEG-1应用于带伴音的数字活动图像的压缩编码，码率为1.5Mbps，一般家用VCD便是MPEG-1的一种应用；MPEG-2是一种应用于专业级的压缩编码标准，针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层有详细规定，其码率具有从3Mbps-80Mbps的可分级性，MPEG-2特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。为适应在互联网上多媒体的灵活传输，国际运动图像专家组（MPEG）于20世纪90年代末又发布了MPEG-4标准草案，MPEG-4是基于音视频对象的可分级编码技术，其码率可从5Kbps-2Mbps的范围变化，它综合了数字电视、交互图形学和Internet等领域的技术功能。它在要求高效压缩编码的同时，强调多媒体网络通信的灵活性和交互性。AVS是中国自行开发、具有自主知识产权的新一代编码方式。目前中国正在进行AVS的规格制定工作，不过其目标不仅限于中国，还准备作为国际标准规格对外推广。AVS是以取代MPEG-2规格为目标的高效编码方式之一，相当于H.264和WindowsMedia9。当前，AVS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。除了以上视频编码技术之外，目前互联网使用较多的流媒体格式主要是美国RealNetworks公司的ReaMedia、Apple公司的QuickTime和微软公司的WindowsMedia。主要的编码方式包括：ASF、nAVI、AVI、DIVx、QuickTime、RealAudio、RealVideo及Real Flash等。 3.4.3 内容管理系统内容管理系统的主要功能是对IPTV的节目和内容进行管理。媒体节目经过制作后，手工或者自动入库到流媒体节目管理系统中，然后在内容管理系统中经过频道组织和内容编排，通过EPG展现给用户。内容管理系统需要与IPTV支撑运营系统（BOSS）接口，通过用户接入门户，对用户身份进行认证（即完成机顶盒的访问认证），对用户服务获得授权，支持机顶盒检索节目内容和访问媒体内容的重定向，同时完成计费数据采集功能，并且对用户的账户进行扣费。内容管理系统需要监视流媒体服务器或CDN的入口可用状况，当入口地址由多台服务器提供的时候，内容管理系统能够为这些服务器提供负载均衡。内容管理系统需要对节目进行版权管理，为了防止用户采用虚拟播放器非法下载并传播流媒体文件；同时，为了提供可控流媒体文件下载观看服务，需要通过DRM版权管理进行控制。以下简介内容管理系统中最主要的技术：EPG菜单和数字版权管理（DRM）。（1）EPG菜单电子节目指南（EPG）用于给用户提供一个容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的一种方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目。EPG是指在符合MPEG-2（13818.1）的TS传输流中插入DVB标准定义的业务信息（ServiceInformation，SI），使机顶盒的综合接收解码器可以从TS流中提取出节目提供商播出节目的列表和播出参数，以直观的形式显示给数字电视用户，使得用户可以方便地接收、选择数字电视节目。利用机顶盒收看数字电视节目，用户通过EPG不仅能够接收普通的电视节目、广播节目或图文电视节目，而且，还可以查看感兴趣的信息，比如：按节目分类（如音乐节目、体育节目、电影等）检索节目、按节目提供者检索节目、查看未来一段时间内节目播出表以及视频网络中节目播出情况等信息。图3.3 IP机顶盒（2）数字版权管理（DRM）数字版权管理（DigitalRightsManagement，简称DRM）是一项涉及到技术、法律和商业各个层面的系统工程。它为数字媒体的商业运作提供了一套完整的实现手段。DRM是保护多媒体内容免受未经授权的播放和复制的一种方法。DRM技术的出现，使得版权所有者不用再耗费大量时间和精力与客户进行谈判，来确保数字媒体内容能够被合法的使用。DRM将使各个平台的内容提供商们，无论是因特网、流媒体还是交互数字电视，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。DRM技术的工作原理是：建立数字节目授权中心，编码压缩后的数字节目内容，利用密钥（Key）可以被加密保护（lock），加密的数字节目头部存放着KeyID和节目授权中心的URL。用户在点播时，根据节目头部的KeyID和URL信息，就可以通过数字节目授权中心的验证授权后送出相关的密钥解密（unlock），节目方可播放。需要保护的节目被加密，即使被用户下载保存，没有得到数字节目授权中心的验证授权也无法播放，从而严密地保护了节目的版权。3.5 IPTV内容的存储分发3.5.1 存储分发要求IPTV系统中对存储网络的存储分发要求：根据用户的地理位置和连接带宽，让用户连接到最近的服务器上去，访问速度快，减少用户访问的延迟和响应时间，减少消耗的网络带宽；全局负载平衡，提高存储资源的利用率，提高分发服务的性能与质量；提高资源存储和内容分发的管理控制能力，智能分配路由和进行流量管理；对用户提供鉴权、认证机制，发送的内容受到保护，未授权的用户不能分发；具有高可靠、可用性，具有良好伸缩性和兼容性，能容错且很容易扩展。3.5.2 组网方式 CDN模式IPTV系统对于用户的服务质量有很高的要求，而且要保证播放的流畅。在广域网内，从用户的客户端到流媒体服务器之间经过了一个很复杂的路由以后，就很难保证播放的流畅了。为了克服网络复杂路线带来的制约，在IPTV中必须通过边缘服务来实现最终用户的点播服务，所以要把内容从中心服务器有效地分发到边缘服务器，实现把内容从中心存储服务器分发到边缘服务器的这样一个网络体系，称为内容分发网络（ContentDeliveryNetwork，CDN）。CDN的核心思想是将内容从中心推到靠近用户的边缘，使用户可以就近取得所需的内容，这样，不但有效提高了用户访问内容的性能，而且有效减轻了中心设备和骨干网络的压力。通过CDN，可以将内容分发从原来的单一中心结构变为分布式的结构，提高用户访问网站的响应速度。因而，CDN可以提高网络中信息流动的效率，从技术上全面解决由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等问题，提高用户访问网站的响应速度。在一个CDN网络中，包含内容缓存设备、内容交换机、内容路由器、CDN内容管理等几个重要元素。典型的CDN组成如图3所示：图3.4 CDN模式的网络组成示意图内容缓存设备是CDN的业务提供点，是面向最终用户的内容提供设备，可缓存静态的Web内容和流媒体内容，实现内容的边缘传播和存储，以便最终用户的就近访问，因此一般部署于集中的用户接入点，完成内容边缘存储的设备通常都采用Cache技术来实现。内容交换机处于用户接入集中点和POP点，可对内容进行缓存负载平衡及访问控制。在很多设备情况下，和内容缓存集中在一个设备上。内容交换机可以均衡单点多个内容缓存设备的负载，它基于最终用户会话和特定的内容请求提供内容服务。内容交换机是CDN的可选部件之一，对于较大型的用户接入点，内容交换机可以提高站点的可用性。内容路由器负责将用户的请求调度到适当的设备上，内容路由通常通过负载均衡系统来实现，负载均衡系统是实现CDN的内容路由功能。它的作用是动态均衡各个内容缓存站点的负荷分配，为用户的请求选择最佳的访问站点，同时提高网站的可用性。内容路由根据网络拓扑结构、网络延时、服务器负荷与规则等策略设定，指定最优站点向特定的内容请求提供服务。内容路由器可根据多种因素制定路由，包括站点与用户的临近度、内容的可用性、网络负载、设备状况等。负载均衡系统是整个CDN的核心，负载均衡的准确性和效率直接决定了整个CDN的效率和性能。内容管理系统主要负责整个CDN系统的管理，是CDN的可选部件，它的作用是进行内容管理，如内容的注入和发布、内容的分发、内容的审核、内容的服务等，并能够让网络内容分布和传输服务的用户或者服务供应商可以根据需要监视、管理或者控制网络内容的分布、设备状态等。但是，目前基于流媒体系统建设的CDN系统主要还是面向PC设计，只能在一定程度上满足部分IPTV业务，它与IPTV系统存在很大的差异，完全依靠流媒体的CDN系统来发展IPTV是无法满足IPTV业务需求的。首先，目前的CDN系统采用不同于数字电视的视频编码格式，无法提供广播级的视频服务。CDN系统支持的视频编码格式主要是REAL和WMV，对主流的MPEG2、MPEG4和H.264支持都非常有限。同时，直播电视是IPTV的主要业务之一，REAL和WMV视频编码格式采用的软件压缩技术，有5-10秒的时延，它无法支持IPTV业务的高质量实时直播服务。其次，传统CDN面向PC用户设计，以提供VOD节目和加速HTTP浏览等应用为主，不考虑提供直播节目。最后，现有的CDN系统结构与IPTV系统相比更为简单，通常采用集中式视频服务器结构，所有的节目都直接存储在服务器上，不需要进行任何转码工作就可以在互联网上直接进行播放。其结构复杂性无法与IPTV系统所需要的CDN系统相比。 P2P模式P2P技术是一种用于不同PC用户之间、不经过中继设备直接交换数据或服务的技术。它打破了传统的Client/Server模式，在对等网络中，每个节点的地位都是相同的，具备客户端和服务器双重特性，可以同时作为服务使用者和服务提供者。由于P2P技术的飞速发展，互联网的存储模式将由目前的“内容位于中心”模式转变为“内容位于边缘”模式，改变互联网现在的以大网站为中心的状态，重返“非中心化”，将权力交还给用户。P2P模式的网络组成变化经历了集中式、分布式和混合式3个阶段。集中式P2P模式由一个中心服务器来负责记录共享信息以及反馈对这些信息的查询；每一个对等实体要对它所需共享的信息以及进行的通信负责，根据需要下载它所需要的其他对等实体上的信息。集中式P2P模式则是所有网上提供的资料都存放在提供该资料的客户机上，服务器上只保留索引信息，此外服务器与对等实体以及对等实体之间都具有交互能力。集中式P2P有利于网络资源的快速检索，并且只要服务器能力足够强大就可以无限扩展，但是其中心化的模式容易遭到直接的攻击。在分布式P2P中，对等机通过与相邻对等机之间的连接遍历整个网络体系。每个对等机在功能上都是相似的，并没有专门的服务器，而对等机必须依靠它们所在的分布网络来查找文件和定位其他对等机。分布式P2P解决了抗攻击问题，但是又缺乏快速搜索和可扩展性。混合式P2P在分布式模式的基础上，将用户节点按能力进行分类，使某些节点担任特殊的任务。这些节点共分为3种：用户节点、搜索节点和索引节点。一个节点可以既是搜索节点又是索引节点。混合式P2P结合了集中式和分布式P2P的优点，在设计思想和处理能力上都得到了进一步的优化。3.6 IPTV与数字电视表1 IPTV与数字电视对比表对比项IPTV数字电视承载技术IP（CDN、组播等）HFC(DVB、广播等)编码格式MPEG2、MPEG4/H.264、WMV、RMMPEG2传输协议IP协议族（RTP/RTCP、RTSP）DVB（MPEG2-TS）加密技术DRM（数字版权管理）CA（条件接受）接收终端PC、电视机、手机等电视机接入方式xDSL、LAN、WLAN等CALBE MODEM等业务类型点播业务、直播业务广播业务成熟度标准有待发展，开始进入商业运营有相对成熟的标准，已进入商业模式服务多样性丰富较为单一节目图像管理能够提供SDTV节目能够提供HDTV节目网络运营主体电信运营商有线电视网络运营商、卫星电视运营商IPTV与数字电视，既相似又有区别。IPTV与数字电视的对比如表1所示。从表1可以看出IPTV是基于电信宽带网传输的电视形式，不仅使用户收看到更多电视节目，还可以实现节目的点播功能，可以扩展其它电信增值业务。IPTV可以非常容易地将电视服务和互联网浏览、电子邮件以及多种在线信息咨询、娱乐、教育及商务功能结合在一起。并且由于IPTV面向的是宽带用户，他们是最有消费能力、最接受新事物的群体，因此IPTV的发展会分流一部分数字电视用户，从客观上对数字电视推广有一定冲击。然而数字电视在高清质量广播电视图像上占有绝对优势。而IPTV作为一个新兴业务，无论在技术、政策、市场和用户群都还不十分成熟，在一段时期内不会对数字电视产生大规模影响。相反IPTV的发展会盘活数字电视节目源，使之得到再利用。3.7 小结IPTV是一个新兴的领域，因此实际中还面临很多问题。对IPTV的概念和内涵理解还存在很大的差异。在政策方面，存在多头监管问题严重，各部门之间缺乏合理有效的分工；TV业务准入控制严格，其他业务准入制度不明等问题。在运营方面，存在运营模式还不清晰，运营主体不明确，运营网络能力不强，内容不够丰富，资费政策不明晰，风险较大等问题。在技术方面，存在服务质量不容易保证，传统CDN的改造，组播支持，终端形态和安全等问题。在标准方面，存在编解码标准不统一，系统间互联互通困难等障碍。在产业链方面，产业链需要进一步磨合，盈利模式不成熟，主要环节力量薄弱，各个环节需要进一步磨合等问题。第四章 EPON技术在IPTV系统中的应用IPTV的电视业务需要将一个源节点产生的数据流送到多个目的节点，即点对多点的通信。目前对点对多点的通信最有效的解决方案是组播技术。EPON在IPTV点播中发挥着重要的作用，它直接管理用户对节目的点播和观看，并分发业务到达各个终端用户，因此在EPON上实现组播以及组播的性能尤为关键。EPON中，动态可控组播协议的核心思想是OLT对基于IGMP控制报文携带的用户标识信息进行用户鉴权，并通过扩展OAM消息实现ONU对组播数据报文的转发控制。4.1 设计方案（1）外部模型在本方案中，整个控制管理模块分为两个组成部分：OLT盘上的中央控制模块和ONU上的信息采集和命令执行模块。其中OLT盘负责收集和处理ONU发送的端口信息，可以接收网管命令发送给ONU，对各个端口进行控制；而ONU上的控制模块则负责上报端口的加入和离开某个组播组的信息，并可以根据OLT盘的配置列表对数据流进行转发或丢弃。整个控制模块与IGMP组播模块基本独立，并不影响组播的运行方式。（2）内部模型OLT控制模块模型主要有组播组信息表、组播配置认证表和收发模块三部分。其中，组播组信息表以组地址为索引，记录当前组播组信息，包括组播组地址、组播成员、成员状态等信息。组播配置认证表以配置组地址为索引，记录组播组的配置认证信息，包括认证组的组地址、认证成员、认证成员的权限、预览参数等内容。收发模块负责与ONU的控制模块进行通信。ONU控制模块模型主要有端口信息表、配置控制表和收发模块三部分。端口信息表类似OLT交换模块的组播组信息表，记录业务盘上的组播信息，以端口为索引。配置控制表类似OLT盘模块的组配置认证表，存储着组配置和认证信息，此表由OLT盘下载来维护。收发模块与OLT盘控制模块通信，发送join与leave消息，并接收配置命令消息。IP机顶盒图4.1 IPTV在用户家里的应用4.2 控制与管理的实现组播系列协议中缺乏对组播源可靠性的控制机制，导致网络中存在组播节目冲突，以及非法组播源传播等威胁，因此设计人员需要解决用户认证、节目源安全性等问题。4.2.1用户权限管理对IPTV用户而言，每个用户都有预先定义好的频道收看权限，不同的频道收费也有所不同，这就要求用户每进入一个频道，都要先通过认证才能接收相应的组播内容。EPON系统可以对用户进行权限管理。对于用户加入的每个组播组，权限可以分为三种：允许、禁止、预览。当该用户对该频道的访问权限为“允许”时，OLT通过一个扩展的组播控制OAM报文通知ONU增加一个组播转发表项，来表明该用户端口对该频道的访问权限为“允许”。当OLT查表结果表明该用户对该频道的访问权限为“禁止”时，OLT不做任何其它操作，ONU也不做任何操作。当用户在一定时间内没有收到任何IGMP消息和组播业务流时，会结束该申请。当OLT查表表明该用户对该频道的访问权限为“预览”时，OLT通过一个扩展的组播控制OAM报文通知ONU增加一个（临时的）组播转发表项。4.2.2组播源管理设计人员将组播源与EPON指定的上联口进行绑定，来实现对组播源的管理。在同一个EPON系统中可能会接入多个业务提供商，但组播网段的资源又是有限的，每个业务提供商分配一段组播地址，通过对组播源的管理，将组播地址与指定的上联口绑定，还可以防止非法节目源在网络中发布组播业务。要实现对节目源的控制，可以通过建立一张由组播地址与上联端口对应的源地址表实现。OLT盘IGMPProxy的Host模块在转发Join报文到组播路由器时，会检查这张表，将Join报文转发到指定的上联口，而不是在上联口广播。这样只有表中允许的组播Join报文可以转发到组播路由器，否则不能加入相应的组播组，也就无法接收组业务流量。4.2.3组播信息显示组播信息的详细显示是一项很重要的组播控制功能。在用户加入或离开组播组时，ONU会将这个信息上报OLT，OLT再将其存储到组播信息表里。必要时维护人员可以通过网管命令查询这张信息表，显示组播组的详细信息。图4.2 EPON可控组播在IPTV中的应用节目源用户1用户2中央电视台允许禁止安徽电视台允许禁止凤凰卫视预览允许表2 用户权限配置表如图4.2和表1所示，假设用户1想收看中央电视台，用户的机顶盒将申请特定组播频道业务。它会向上行发送IGMPJoin报文，ONU接收到上行的IGMPJoin报文后，打上标识用户的单播VLAN/CVLAN。对于NUO下挂以太网交换机（以太网交换机可能带有多个用户，即多个用户通过一个ONU的UNI接口实现接入)的情况，ONU的UNI支持VLANTrunk，并通过透传用户VLAN或者通过VLANTranslation方法保证每个用户的IGMP报文具有不同的单播VLAN/CVLAN。OLT接收到IGMPJoin报文后，根据用户标识、该Join报文的组播IP地址以及源IP地址（仅用于IGMPV3，可选）查询该用户对该频道的访问权限及其参数。由表1可知，用户1的访问权限为“允许”，OLT则通过一个扩展的组播控制OAM报文通知ONU增加一个组播转发表项，以表明该用户端口对该频道的访问权“允许”。中央电视台的组播业务流只能从17号上联口出来。如果用户1申请凤凰卫视的组播频道业务，它的权限为“预览”，OLT通过一个扩展的组播控制OAM报文通知ONU增加一个（临时的）组播转发表项。在OLT给ONU传送业务流的同时，OLT启动一个定时器和计数器，用于控制用户的预览时长、预览次数、预览间隔时长等参数。凤凰卫视的组播业务流只能从19号上联口出来。如果用户2申请湖北电视台的组播频道业务，他的权限为“禁止”，OLT和ONU不做任何操作，用户无法收到业务流。第五章 IPTV系统的发展趋势5.1 近两年来IPTV的发展5.1.1 2014年IPTV用户将达1.02亿2010年中国市场IPTV-STB出货量将比2009年大增136.8%，从190万台上升到450万台。iS