雙網融合可視電話業務模式分析與架構設計*

廖永紅

（廣東輕工職業技術學院計算機工程系 廣州 510300）

雙網融合可視電話業務模式分析與架構設計*

廖永紅

（廣東輕工職業技術學院計算機工程系 廣州 510300）

基于多媒體電話的智能網關是數字家庭的一種優選解決方案，其承載業務從基礎的可視通信業務，擴展到互動電視、多媒體娛樂服務、數字家居、遠程監控、泛業務應用等增值業務，本文探討其多贏的商業模式，提出雙網融合（PSTN+ADSL/IP）通信及其應用方案，著眼于雙網協作、融合，分析其特點與優勢，并給出項目策略及技術線路，設計基于雙網融合協作通信交換體系的業務服務架構及SaaS實現模式、多媒體可視電話媒體傳播架構及P2P關鍵技術方案。

多媒體視訊；雙網融合通信；PSTN+ADSL/IP；數字家庭

* “2007廣東省重點工業攻關計劃”基金資助項目（No.0711020400060）

1 引言

隨著互聯網及網絡融合技術的發展，廣電網、電信網、互聯網相互滲透，數字家庭產業前景被看好，但存在制約產業發展的兩個問題：標準問題（技術體系）及商業模式問題（產業價值鏈）[1]?；跀底蛛娨暋C頂盒的數字家庭技術是當前一種普及性的解決方案。以廣州大學城數字家庭孵化中心為產業研發基地的廣東數字家庭產業聯盟，業界稱之為“廣聯”，提出了“基于數字電視系統，將安防、家電遠程控制、互動娛樂等功能集成為一體的解決方案”，并制定了相關標準。廣聯在廣州大學城設立了國家數字家庭應用示范產業基地，啟動了以數字電視互動應用為基礎的“數字家庭行動計劃”，利用大學城產學研的優勢，以建設數字家庭大平臺為契機，發展以“新媒體、新服務、新產業”為標志的數字家庭文化產業，以數字家庭的推廣應用來推動國民生活信息化。

數字家庭是多媒體可視電話的業務發展方向，采用雙網協作（分組交換+電路交換）的融合通信技術、以多媒體可視電話為網關中心的數字家庭解決方案，能充分利用現有電信網的軟、硬資源，得到電信運營商的大力支持，同時，它采用電路輔助業務認證技術，以大眾悉知的電話號碼為業務定位IP地址，以電話概念(有線固話、移動固話)的低終端成本及易操作性作為切入點，推廣入戶，易于規模普及，特別適合于在農村、社區信息化中的應用。相對于電視機機頂盒數字家庭技術方案，它是一種競爭的數字家庭互聯方案，其經濟易用性、大眾標識性、精準分眾性、傳統兼容性、P2P互動性，使它更易實現局部、分步推廣，可以按行業、社區、企業、協會等逐群推廣。

雙網融合多媒體可視電話的增值業務特色在于精準互動性，可以按分眾精準的思想，向用戶提供需求個性化的媒體內容服務，個性化的媒體內容傳播可精準到點到戶，即“分眾需求，精準傳播”。因此，可先以精準傳媒業務為商業模式的著力點，逐漸向數字家庭方案演進。

2 雙網融合可視電話及特色

數字家庭網關是為用戶提供多種業務統一接口的智能接入設備，是運營商延伸到用戶家中的控制中心，是數字家庭業務的切入點，對固網運營商的業務轉型尤其具有重要意義[2]。我們通過分析可視電話技術及數字家庭業務特點，從產業價值鏈出發，設計了雙網融合（PSTN+ADSL/IP）的可視電話方案，并基于多媒體可視電話實現數字家庭網關功能，向數字家庭業務方向推進。雙網多媒體可視電話項目以可視通信作為市場推廣切入點，以基于可視電話的綜合視訊、媒體/服務推送、數字家庭中心、泛業務應用等增值業務作為市場的盈利面，著眼于雙網融合，開發并集成數字家庭業務應用的框架體系[3]。

雙網融合方案為盈利商業模式奠定了技術基礎。雙網融合可視電話的語音走PSTN，視頻、數據走IP，雙網融合能充分地發揮電信網優勢，一方面，它盤活了電信網冗余資源，獲得了高質語音的可視通信；另一方面，可以實現電路交換輔助的業務認證，并創造性地使用“電話號碼”為業務定位地址。傳統號碼是一種價值無量的優勢資源，它的大眾熟悉性、精確性、易用性、穩定性，是其他形式的地址無法比擬的。

基于數字電視、數字機頂盒的數字家庭技術方案以有線電視網絡為主通道，以互動服務為導向，以數字電視為中心，實現3C融合在家庭。基于多媒體可視電話的數字家庭解決方案以互聯網接入為通道，以多媒體可視電話智能網關設備為中心，延伸至數字電視大屏幕，以精準互動媒體為主要運營業務，向數字家庭多業務發展。

3 軟件服務化業務服務模式

多媒體可視電話用戶數量龐雜，用戶個性需求多樣化，多媒體可視電話增值業務在不斷發展，特別是數字家庭業務還處于市場發育期，因此必須多方建設、融合實施，業務服務模式要求技術實現標準化、系統使用家電化、運營服務個性化，因此，引入 SaaS（software-as-a-service，軟件即服務）作為業務服務的技術架構?？蛻糍徺I了多媒體可視電話的系列服務產品，即獲得全程、自動的產品服務，插件式功能定制、在線安裝升級、后臺監控與維護、計費繳費、服務提醒等功能，都構建于SaaS架構中。

多媒體可視電話數字家庭方案由3部分組成：（1）多媒體可視電話智能終端，遵循3C融合的數字家庭核心概念及主流技術標準，承擔數字家庭網關中心、媒體中心、控制中心的功能[3]；（2）數字家庭 H2H（home to home）多業務交換及運營支撐體系，采用區域鏈路集中傳播策略及二層運營管控的邏輯架構，構建業務交換及基礎服務平臺，提供電信運營級的H2H業務定位與交換、信息采集與計費、業務認證與數字版權（DMR）控制、H2H信任機制、知識管理與搜索、業務運營支撐等基礎服務[5]；（3）數字家庭軟件服務化（SaaS）平臺，提供數字家庭多種業務應用服務。

基于SaaS模式的多媒體可視電話數字家庭業務服務平臺工作原理解釋如下：

·電信運營商或代理商構建多媒體可視電話數字家庭H2H多業務交換與運營支撐平臺，向業務內容提供商提供基礎服務（H2H業務定位與交換、信息采集與計費、業務認證與數字版權控制等）及運營支撐服務；

·業務內容提供商可以專心于業務應用，依據數字家庭業務接口標準及H2H多業務交換與運營支撐平臺的公開接口標準，開發軟件化的業務服務程序，發布到SaaS的業務服務平臺；

·數字家庭用戶向SaaS的業務服務平臺查詢業務服務，申請所選的業務服務（軟件），下載到數字家庭環境（設備）中，由平臺授權運行，接受業務服務；

·在多媒體可視電話智能終端中運行的業務服務（軟件），依據數字家庭相關接口標準及H2H多業務交換與運營支撐平臺公開標準，與H2H多業務交換與運營支撐平臺進行交互，直接調用其提供的基礎服務，并向運營支撐平臺提供業務數據，用于控制、統計、決算。

通過SaaS技術，實現業務運營與業務內容建設的分離，家庭用戶面對的是相對單一的運營商，業務經營規范、高效，因此，服務質量、商業信譽也較有保障。業務運營商向業務內容提供商提供基礎服務 （H2H業務定位與交換、信息采集與計費、業務認證與數字版權控制等）及運營支撐服務，這樣，業務內容提供商可以專心于業務應用，其在經營上也只面對運營商，不必面對廣大的用戶，減少成本。運營商、業務內容提供商利用平臺采集的數據統計來計算利益分配。

4 多媒體可視電話媒體傳播架構設計

視頻電話會議、電視直播、視頻點播、媒體廣告等業務是多媒體可視電話的重要增值業務[4]，涉及在SIP協議棧上設計和實現P2P流媒體廣播的技術。實現流媒體廣播的三大技術有：數據分發網絡（CDN）、IP組播、P2P技術。其中，P2P技術可以充分利用廣泛分布、結構一致、遠程可控的多媒體可視電話資源。

4.1 P2P媒體服務傳播系統

考慮到雙網協作可視通信系統的特點，在多媒體可視電話上嵌入媒體服務廣播組件，基于電信交換架構生成的信息資源，由節目排播服務器進行分眾調度，以改進的PeerCast技術實現媒體P2P傳播，如圖1所示。

業務交換服務器是整個可視電話傳媒業務的紐帶，其主要功能是：（1）從前臺業務支撐系統查取用戶信息，對終端進行登錄認證；（2）接收終端的定時心跳包，維持服務器與終端間的內外網通路，記憶所轄終端的通信及業務狀態信息，為各業務服務器和廣大終端提供通信及業務即時信息查詢；（3）按電話號碼進行終端的標識與定位，分析電話號碼，動態地映射到IP地址，為通信方提供終端的內外網IP/端口/掩碼信息，實現通信中介交換功能；（4）傳送業務事件信息到業務統計/計費服務器。在P2P媒體服務廣播應用中，業務交換服務器主要輔助媒體推送服務器和媒體節目排播服務器對終端進行認證與定位。

從終端對流媒體服務的申請有3種方法：（1）用戶在終端上操作，如：點播視頻；（2）從排播服務器分發到終端的媒體服務申請命令；（3）從排播服務器分發到終端的媒體節目排播表，根據計劃按時申請媒體播放服務。圖1中的媒體節目排播服務器的任務是：根據電話用戶的屬性分類，綜合各媒體客戶的播放時段、受眾要求，生成各終端的媒體排播表，并在通信/業務交換服務器的協助下，分發到各終端執行。

4.2 P2P流媒體分組傳播的協議過程

適用于媒體數據傳輸的P2P數據分發基礎協議有：基于樹狀拓撲的協議及擴展和基于Gossip的協議。多媒體可視電話終端規模廣大，有統一的交換體系與服務端管理系統，可以及時獲知它們的在線網元信息及終端資源信息。設計多媒體可視電話P2P媒體廣播的協議過程時，采用PeerCast生成樹作為基本模型，在雙網協作可視通信交換服務系統的協助下，基于網絡物理拓撲形成超級樹節點，并在超級樹節點內采用了Gossip協議的技術特點，超級節點內的終端之間是動態的對等伙伴關系，每終端定期取得伙伴的上下行帶寬及流媒體數據片信息，伙伴間相互交流傳輸流媒體數據片。其設計特征在于：（1）以電話號碼標識終端，從通信業務交換服務器進行認證，并且查詢交換數據庫，根據在線終端的內外網信息，選擇在同一個內網中的伙伴；（2）終端請求服務時首先查詢是否存在樹節點伙伴，優先加入由相同內網伙伴組成的超級節點，當不存在所屬超級節點時，才向流媒體服務器提出入樹請求；（3）設計了多播樹的性能調優過程，性能越好的終端越靠近流媒體數據源；（4）在可視電話終端上采用二級緩存技術，一級緩存的內容無序，用于節點/伙伴間數據交換，二級緩存的內容有序，用于流媒體的播放，設計有一級緩存的映射BM，緩存映射BM隨心跳包發送給關系節點/伙伴。關鍵協議過程如下。

（1）節點加入，終端請求媒體服務，加入多播樹的過程

· 用戶點播、定時排播、遠程現時播放命令等觸發媒體服務請求，可視電話終端N向媒體推送服務器提出服務請求包[電話號碼、機身ID、節目ID、認證信息、網終類型、帶寬]。

·媒體推送服務器向通信業務交換服務器轉發服務請求包，由交換服務器進行終端N的認證與伙伴查詢（外網IP相同、內網IP與掩碼確定的內網段相同的終端為伙伴），返回給媒體推送服務器伙伴信息包[電話號碼、機身ID、節目ID、認證結果、伙伴信息（內外網IP/電話號碼/機身ID）列表]。

· 媒體推送服務器向終端N返回服務請求許可包[電話號碼、機身 ID、節目 ID、節目授權串、伙伴信息（內外網 IP/電話號碼/機身 ID）列表]。

· 終端N收到服務請求許可包，從包中取出伙伴信息列表，向伙伴終端發送節目詢問包[電話號碼、機身ID、節目ID、節目授權串]，詢問是否有伙伴已加入多播樹、接收數據片狀態、上行剩余帶寬。如果滿足這樣的伙伴終端條件：發現已加入多播樹的樹節點伙伴、有最近數據片、有足夠上行帶寬，則標識終端N為已加入多播樹。定時（2 s）向已加入多播樹的伙伴發送通告包[電話號碼、機身ID、節目ID、節目授權串、數據片位圖、上行剩余帶寬]，并接收其他伙伴發來的通告包，保存其他伙伴的通信及數據片狀態，發現并選擇有更新數據片的帶寬最優伙伴，進行媒體數據片的拉操作。此步驟逐漸建立與擴大超級節點，伙伴間相互通報與傳播媒體數據。

·在上一步中，如果沒有發現已加入多播樹的伙伴，則向媒體推送服務器發送入樹請求包 [電話號碼、機身ID、節目ID、節目授權串、上下行帶寬]。推送服務器收到入樹請求包，如果有足夠的資源，則向此終端N直接提供媒體服務，否則把此終端N的請求轉發給其某個直接的子節點（輪詢選?。?。如果子節點有伙伴，選擇有足夠的資源的伙伴，把此入樹請求轉發給它處理，否則子節點自己處理。子節點或伙伴根據自己的資源情況判斷是否給終端N提供媒體服務，以此類推，直到N找到一個父節點。如果被請求節點沒有足夠的資源，需要把終端N的請求重定向到服務器的其他子節點。此步驟逐漸構建了多播樹，多播樹中每個節點維護自己的父節點和直接的子節點的信息。

（2）節點離開，終端正常和非正常離開多播樹的過程

終端是多任務的，當A任務與媒體廣播任務并發時，如果媒體廣播任務優先級高于A任務（例如：正在以媒體廣播的方式播報臺風緊急通知，任務優先級很高），媒體廣播任務優先擁有帶寬與CPU資源；如果媒體廣播任務優先級低于A任務（例如：在流媒體廣播時，用戶撥打可視通話），可預見帶寬與CPU資源不足，此時發生終端正常離開多播樹。

終端正常離開多播樹時，通知父節點收回資源，并且重定向子節點的數據傳輸，通知直接子節點重新請求入樹。非正常離開是通過檢測節點發現的，每個節點需要周期性（2 s）地向它們的父節點（或樹節點伙伴）和子節點發送心跳包[電話號碼、機身ID、節目ID、節目授權串、數據片位圖、帶寬]，說明自己工作正常。如果某個節點在3個周期內都沒有收到子節點正常的消息，則認為子節點己經非正常離開，將回收服務該子節點的資源。同樣子節點在3個周期內都沒有收到父節點正常的消息，則認為父節點（或樹節點伙伴）己經非正常離開，該節點重新請求加入多播樹。

（3）節點調整，終端節點性能不同的原因，調整多播樹的過程

·終端N向媒體推送服務器請求加入多播樹，服務器本身沒有足夠的服務資源，將任務交給一個輪詢選取的子節點，如果終端N的帶寬性能優于選中的直接子節點，則終端N替代此直接子節點，接管其節點任務，原直接子節點重新請求入樹。

·終端N的入樹請求被轉發給某個被父節點選中的子節點時，如果終端N的帶寬性能優于選中的節點，則終端N替代此節點，接管其節點任務，原節點重新請求入樹。

·終端檢測或判斷到帶寬的較大變化時，帶寬性能數據隨心跳包通知父節點或樹節點伙伴，父節點收到子節點的心跳包，樹節點伙伴收到其他伙伴的心跳包，從而獲得子節點或伙伴的帶寬性能數據，按公式 Bn=0.9×Bn-1+0.1×B （其中 Bn為收到第 n個心跳的帶寬時段值，B為從第n個心跳包中取到的子節點帶寬值）統計節點的帶寬時段值，某子節點（或伙伴）的帶寬時段值超過父節點 （或樹節點伙伴）的20%，則協商對換子節點（或伙伴）和父節點（或樹節點伙伴）在樹中的位置。

4.3 P2P流媒體二級緩存技術

終端的P2P媒體廣播本質上就是一種存儲轉發技術，數據緩沖及其管理的關鍵模塊之一，決定著數據分發的性能。緩存策略使用了兩級緩存機制，根據調度策略采取非順序接收數據包，保存在一級緩存里。一級緩存采用LRU（最近最少使用）替換策略，替換固定時間內訪問次數最少的媒體塊包。一級緩存負責數據包存儲轉發，二級緩存對一級緩沖數據進行有序化，負責提供給本地播放。二級緩存采用先進先出策略替換。在每個周期，節點/伙伴會將Bmap（本地數據緩沖狀況）寫入一張表內，表中記錄了每個片段在該節點本地保存的情況，節點之間就是通過這張表的傳遞互相感知對方數據存儲的情況。數據的調度是根據節點/伙伴的Bmap信息，從節點/伙伴上獲取媒體數據。

節點的伙伴及伙伴之間數據的傳輸方向并不固定，伙伴之間根據各自緩存的數據情況進行數據交換，所以節點和伙伴需要相互知道所緩存數據的內容。媒體數據流可被分割成相同大小的片斷，片斷是否在緩存區內存在可以用一個緩存映射BM（buffer map）來表示。伙伴間通過不斷交換BM來了解相互間的緩存情況。在具體實現中，每個片斷包含1 s的數據，用一個滑動窗口（sliding window）來代表BM，大小為120個片斷，對應BM中120 bit，每個比特代表一個數據片斷，比特的值為l表示有這個片斷，0表示沒有這個片段。

系統的調度算法采用了以下規則：（1）規定每個包的有效時間（Deadline）為30 s，即每個包在源節點產生之后，必須在30 s內到達其他節點，否則視為無效。在向伙伴節點獲取某個數據包之前，節點會依照當前的時間、該包的時間戳以及必要的網絡延遲來決定該包是否還有獲取的必要。（2）稀少數據優先策略，在系統中，如果某個片段的提供者越少，就越難滿足播放時間Deadline的要求，因此，系統在每個數據調度周期會適當地優先考慮獲取提供者數目較少的片段。此外，在有多個數據片段提供者時，在可以保證Deadline的前提下，系統會選擇帶寬或者網絡狀況最好的提供者。（3）緩沖播放窗口滑動，系統定義了一定大小的播放窗口，在每個數據調度周期來臨時，節點會根據當前的數據流速度移動滑動窗口。當在滑動窗口內還存在沒有收到的包時，將優先請求這些數據。

5 結束語

實踐證明：在實現平臺基本功能的前提下，要形成基于多媒體可視電話的數字家庭運營模式，關鍵是終端的普及落地與內容體系的建設。在技術上，終端普及落地問題就是如何對產品的精簡優化，內容體系建設必須是開放標準、多方參與、業務可控，其中，數字版權控制是技術難點之一。

1 孫常清，趙英濤.數字家庭網絡發展分析.電信科學，2007，23（6）：23～27

2 韓軍，劉昕.家庭網關網絡部署及業務發展思路的探討，http://www.hcdc.com.cn/txqk，2010-6-20

3 廖永紅，李洛等．構建嵌入式多媒體電話的泛應用框架.計算機工程與設計，2008，34（12）：27～34

4 廖永紅，李洛等．高離散P2P會議模型帶權基因衍生算法.計算機工程與應用，2008，34（20）：124～128

5 廖永紅，李洛等．雙網融合可視電話的業務尋址與交換設計.計算機工程，2009，36（2）

6 徐寶民，彭峻.社區綜合信息服務商業模式實踐.廣東通信技術，2007，27（6）：19～21

7 劉文超，萬象等.大寬帶背景下的家庭網絡應用技術研究及發展探討.電信科學，2010，26（2）：5～9

Dual-Network Collaborative Communications Business Model and Architecture Design

Liao Yonghong
（Department of Computer Technology,Guangdong Industry Technical College,Guangzhou 510300,China)

Intelligent gateway based on multimedia phone is an optimal solution for the digital home.Based on the video-communications business,expanding into interactive TV,multi-media video services,digital home,remote monitoring,the multi-business applications,and other value-added services,research the multi-win business model,the project of dual-network collaborative (PSTN+ADSL/IP)communications and its multi-business applications is proposed,focus on the dual-network integration,analysis of its characteristics and advantages is down,and the project strategy and technical route is introduced.Based on the dual-network integration switch system,the business services architecture and implementation with SaaS(software-as-a-service)mode is designed,the media transport architecture and P2P technology by multi-media video telephone is given.

multi-media videophone,dual-network collaborative communication,PSTN+ADSL/IP,digital home

2010-05-19）

廖永紅，碩士，廣東輕工職業技術學院副教授，主要研究方向為嵌入式應用、計算機網絡與安全。