基于IPTV的休閑農(nóng)場(chǎng)觀光平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)

姜大慶，顧衛(wèi)兵

(南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，江蘇 南通 226007)

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)休閑已成為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代在世界各國(guó)出現(xiàn)的一種新的休閑方式。而作為“三網(wǎng)融合”最具代表性的業(yè)務(wù)——交互式網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，有效地將電視網(wǎng)、電話網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)3個(gè)領(lǐng)域結(jié)合在一起，又使休閑平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化成為今后休閑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級(jí)的趨勢(shì)。

IPTV又稱ITV，即交互式網(wǎng)絡(luò)電視(Interactive Television)，是集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等多種技術(shù)為一體的嶄新業(yè)務(wù)集合體。它基于TCP/IP協(xié)議和流媒體技術(shù)，利用ADSL或以太網(wǎng)等接入寬帶網(wǎng)，通過聚合服務(wù)提供商(SP)的各種流媒體服務(wù)內(nèi)容和增值應(yīng)用來進(jìn)行單播、廣播或組播視頻業(yè)務(wù)，提供包括數(shù)字電視節(jié)目、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、電子郵件以及在線娛樂、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)上購物等多種交互式媒體服務(wù)［1］。IPTV系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括承載網(wǎng)技術(shù)、流媒體技術(shù)、編解碼技術(shù)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)CDN技術(shù)、數(shù)字版權(quán)管理DRM技術(shù)、IPTV機(jī)頂盒與電子節(jié)目向?qū)PG技術(shù)、業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)技術(shù)等［2］。

本文研究并設(shè)計(jì)了一個(gè)基于IPTV的集影音互動(dòng)平臺(tái)、教育平臺(tái)和購物平臺(tái)于一體的休閑農(nóng)場(chǎng)觀光系統(tǒng)，可以通過互聯(lián)網(wǎng)向世界各地的IPTV和網(wǎng)絡(luò)用戶傳送休閑農(nóng)莊的產(chǎn)品、銷售信息及遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)音視頻數(shù)據(jù)，提供以互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)或計(jì)算機(jī)為播放媒介的IPTV增值服務(wù)。

1 休閑農(nóng)場(chǎng)觀光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

休閑農(nóng)場(chǎng)觀光系統(tǒng)的用戶主要面向廣大中小學(xué)生、白領(lǐng)階層和城市居民，針對(duì)這類消費(fèi)群體，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括影音互動(dòng)、在線教育和在線交易三大部分，由互動(dòng)多媒體影音管理子系統(tǒng)、在線教育子系統(tǒng)、在線交易子系統(tǒng)、會(huì)員管理子系統(tǒng)和安全認(rèn)證子系統(tǒng)等5個(gè)功能模塊組成，具體功能如圖1所示。

系統(tǒng)實(shí)行會(huì)員制運(yùn)營(yíng)。運(yùn)營(yíng)時(shí)，休閑農(nóng)場(chǎng)將在智能大棚內(nèi)外選取若干控制點(diǎn)安裝IP攝像機(jī)，對(duì)整個(gè)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將監(jiān)控圖像、農(nóng)作物產(chǎn)品以及銷售信息等放在網(wǎng)上供注冊(cè)會(huì)員隨時(shí)隨地參觀瀏覽，開展休閑娛樂活動(dòng)或互動(dòng)式交流。會(huì)員們可到現(xiàn)場(chǎng)選擇一塊自己滿意的地，種植自己需要的瓜果蔬菜，培育花卉等，系統(tǒng)可提供24 h遠(yuǎn)程監(jiān)控，會(huì)員可隨時(shí)通過互聯(lián)網(wǎng)查看自己種植的蔬果生長(zhǎng)情況，以滿足因距離、交通等原因無法親身體驗(yàn)的網(wǎng)民親近農(nóng)事、回歸自然的需要。會(huì)員可以通過IPTV購買農(nóng)場(chǎng)的產(chǎn)品，系統(tǒng)的在線支付和物流配送功能可以將農(nóng)場(chǎng)的產(chǎn)品送到會(huì)員家中，這可以作為現(xiàn)實(shí)休閑農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)模式的一個(gè)有益的補(bǔ)充。同時(shí)，系統(tǒng)提供了在線教育功能，可利用休閑農(nóng)場(chǎng)的動(dòng)植物資源對(duì)中小學(xué)生進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和自然科學(xué)知識(shí)的教育和培訓(xùn)。

圖1 系統(tǒng)的功能模塊

1.2 系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，休閑農(nóng)場(chǎng)觀光平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)由運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)、觀光平臺(tái)業(yè)務(wù)門戶、觀光平臺(tái)業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)以及各種業(yè)務(wù)能力系統(tǒng)組成［3－4］，如圖2所示。

圖2 休閑農(nóng)場(chǎng)觀光平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2.1 運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)

本系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)提供統(tǒng)一單點(diǎn)認(rèn)證、統(tǒng)一計(jì)費(fèi)、統(tǒng)一門戶等功能。主要包括農(nóng)場(chǎng)影音內(nèi)容管理、會(huì)員管理、業(yè)務(wù)處理、終端管理、認(rèn)證授權(quán)、計(jì)費(fèi)結(jié)算、門戶服務(wù)、統(tǒng)計(jì)分析等功能模塊。

1.2.2 觀光平臺(tái)業(yè)務(wù)門戶

觀光平臺(tái)業(yè)務(wù)門戶為IPTV終端用戶提供休閑農(nóng)場(chǎng)觀光業(yè)務(wù)的展現(xiàn)，引導(dǎo)用戶使用本系統(tǒng)提供的各項(xiàng)增值業(yè)務(wù)，是用戶選擇本系統(tǒng)的入口。為方便用戶使用，本系統(tǒng)與運(yùn)營(yíng)商的基本業(yè)務(wù)系統(tǒng)相互對(duì)接，即在基本業(yè)務(wù)系統(tǒng)的EPG中提供指向本系統(tǒng)業(yè)務(wù)的鏈接，同時(shí)在本系統(tǒng)業(yè)務(wù)的EPG中也提供了指向基本業(yè)務(wù)系統(tǒng)的鏈接。

1.2.3 觀光平臺(tái)業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)

觀光平臺(tái)業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)場(chǎng)觀光服務(wù)業(yè)務(wù)接入的功能實(shí)體，提供對(duì)服務(wù)的接入鑒權(quán)控制以及與觀光平臺(tái)業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)的適配。本系統(tǒng)的接入網(wǎng)關(guān)由多個(gè)模塊組成，每個(gè)模塊有各自的對(duì)外通用接口，負(fù)責(zé)一類業(yè)務(wù)的適配。

1.2.4 觀光平臺(tái)業(yè)務(wù)能力系統(tǒng)

各個(gè)業(yè)務(wù)能力系統(tǒng)是分別實(shí)現(xiàn)各個(gè)業(yè)務(wù)能力的功能實(shí)體，包括各業(yè)務(wù)能力的認(rèn)證觸發(fā)、計(jì)費(fèi)觸發(fā)和業(yè)務(wù)處理。本系統(tǒng)提供了流媒體、信息服務(wù)(含瀏覽、檢索及推送)、下載、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等多種業(yè)務(wù)能力系統(tǒng)，以供不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行組合應(yīng)用(如遠(yuǎn)程教育業(yè)務(wù))，需要使用流媒體、多點(diǎn)視頻會(huì)議、即時(shí)消息等業(yè)務(wù)能力。在線交易業(yè)務(wù)，需要使用信息服務(wù)、視頻通信、在線支付等業(yè)務(wù)能力。同時(shí)，本系統(tǒng)的業(yè)務(wù)能力系統(tǒng)還可隨著業(yè)務(wù)需求的擴(kuò)展而擴(kuò)展。

1.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

基于上文描述的系統(tǒng)功能特點(diǎn)及總體架構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)和部署平臺(tái)的過程中，采用了如下一些關(guān)鍵技術(shù)。

1.3.1 富客戶端技術(shù)

目前的IPTV增值業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)一般都基于通用瀏覽器，采用被稱為“瘦客戶端”的B/S技術(shù)開發(fā)。但是傳統(tǒng)的B/S架構(gòu)客戶端技術(shù)存在以下不足:用戶界面不夠豐富友善，部分功能實(shí)現(xiàn)的流程較復(fù)雜;“瘦客戶端”過于依賴網(wǎng)絡(luò)連接，請(qǐng)求/應(yīng)答的模式使交互速度受到限制，例如，很多游戲都無法通過B/S方式實(shí)現(xiàn)。為使系統(tǒng)具有強(qiáng)大的交互性和豐富的界面效果，本系統(tǒng)采用新興的“富客戶端”技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“瘦客戶端”技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。在比較、權(quán)衡了 Adobe Flash/Flex，Avalon，SilverLight等多項(xiàng)“富客戶端”開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)上，選擇了較為成熟的基于微軟.NET平臺(tái)的Smart Client(智能客戶端)技術(shù)。Smart Client擁有自動(dòng)更新、離線狀態(tài)下的數(shù)據(jù)處理和可以使用本地資源等特征，運(yùn)用該技術(shù)開發(fā)和部署的IPTV休閑農(nóng)場(chǎng)觀光系統(tǒng)集“桌面應(yīng)用程序”的最佳交互性與“Web應(yīng)用程序”的易部署、易升級(jí)特性于一體，同時(shí)支持高效率的網(wǎng)絡(luò)傳輸，例如IPTV機(jī)頂盒與平臺(tái)系統(tǒng)之間的交互主要采用XML來描述數(shù)據(jù)，以SOAP傳遞方法與參數(shù)，并以HTTP進(jìn)行承載，從而為用戶提供一個(gè)更高和更全方位的網(wǎng)絡(luò)休閑體驗(yàn)，很好地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1.3.2 業(yè)務(wù)的認(rèn)證和授權(quán)機(jī)制

本系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)實(shí)行會(huì)員制。會(huì)員分為普通會(huì)員和VIP會(huì)員兩種類型，不同類型的會(huì)員可以訪問不同的業(yè)務(wù)集，如普通會(huì)員僅可以進(jìn)行休閑農(nóng)場(chǎng)的游覽和在線學(xué)習(xí)，而VIP會(huì)員除具有普通會(huì)員的權(quán)限外還可進(jìn)行在線購物和體驗(yàn)農(nóng)事。因此系統(tǒng)的統(tǒng)一認(rèn)證功能應(yīng)保證應(yīng)用認(rèn)證的安全性，防止用戶認(rèn)證信息被盜用，并能通過嚴(yán)格的訪問控制策略來對(duì)合法用戶進(jìn)行授權(quán)。

業(yè)務(wù)認(rèn)證和授權(quán)的基本需求包括:保證只有被認(rèn)證和授權(quán)的用戶才能接入并使用相應(yīng)的業(yè)務(wù);保護(hù)用戶上傳的身份認(rèn)證信息不會(huì)被非法竊取和重置。本系統(tǒng)中業(yè)務(wù)的授權(quán)由專門的授權(quán)模塊執(zhí)行，業(yè)務(wù)的認(rèn)證采用以下安全機(jī)制［4－5］:

1)兩級(jí)密鑰機(jī)制。將用戶上傳的所有認(rèn)證信息用“業(yè)務(wù)密鑰”加密，而業(yè)務(wù)密鑰本身的傳送由“終端密鑰”加密。

2)業(yè)務(wù)密鑰傳送中增加時(shí)間戳，使業(yè)務(wù)密鑰具有時(shí)效性。

3)業(yè)務(wù)密鑰與IPTV終端的惟一標(biāo)識(shí)一一對(duì)應(yīng)，以驗(yàn)證終端合法性。

4)終端密鑰存儲(chǔ)在機(jī)頂盒的專用Flash芯片中，增強(qiáng)其保密性能。

1.3.3 農(nóng)場(chǎng)視頻流遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸與控制技術(shù)

為滿足網(wǎng)絡(luò)用戶租用農(nóng)場(chǎng)土地認(rèn)養(yǎng)(認(rèn)種)農(nóng)場(chǎng)動(dòng)、植物，實(shí)時(shí)監(jiān)控農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)狀況的需要，本系統(tǒng)需要構(gòu)建基于Web技術(shù)和IP寬帶網(wǎng)絡(luò)，覆蓋農(nóng)場(chǎng)主要生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)區(qū)域的遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠提供現(xiàn)場(chǎng)視頻的采集、編碼壓縮、傳送和云臺(tái)控制等功能，遠(yuǎn)程用戶經(jīng)過身份驗(yàn)證后可以通過瀏覽器請(qǐng)求捕捉和控制當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)圖像。

以NVR(Network Video Recorder)為核心的第三代網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，正成為當(dāng)前監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的主流。根據(jù)該系統(tǒng)的總體需求，采用內(nèi)置Web服務(wù)器的NVR設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IPC)來構(gòu)建視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、觀賞區(qū)域選取若干控制點(diǎn)，安裝具有高速云臺(tái)控制功能的高速球型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和紅外防水網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行數(shù)字化視頻數(shù)據(jù)的采集和編碼，經(jīng)農(nóng)場(chǎng)Intranet網(wǎng)傳送到農(nóng)場(chǎng)主機(jī)房中的NVR設(shè)備中進(jìn)行管理和存儲(chǔ)，IPTV用戶經(jīng)過認(rèn)證，可以直接用機(jī)頂盒和電視機(jī)觀看NVR設(shè)備上的實(shí)時(shí)高清視頻圖像，授權(quán)用戶(會(huì)員)還可以實(shí)現(xiàn)錄像和回放、PTZ控制，進(jìn)一步增強(qiáng)了本系統(tǒng)的娛樂功能。

對(duì)于多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用戶對(duì)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性要求很高，因此本系統(tǒng)運(yùn)用支持網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸服務(wù)的RTP/RTCP(Realtime Transport Protocol/Realtime Transport Control Protoco1)協(xié)議來進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸。同時(shí)，由于多個(gè)用戶的同一視頻請(qǐng)求會(huì)占用大量前端IP攝像頭網(wǎng)絡(luò)帶寬，易造成視頻在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)出現(xiàn)頻繁抖動(dòng)，最終影響視頻傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量(QoS)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用組播技術(shù)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸。NVR設(shè)備收集的多路視頻數(shù)據(jù)按多個(gè)不同的組播地址發(fā)送出去，并且可以同時(shí)存儲(chǔ)為錄像資料，以備今后查詢。客戶端有選擇性地加入一個(gè)或多個(gè)組，接收視頻數(shù)據(jù)流并播放出來，以達(dá)到遠(yuǎn)程瀏覽和監(jiān)控的目的。

2 系統(tǒng)部署與應(yīng)用

一個(gè)完整的IPTV系統(tǒng)分為3個(gè)子系統(tǒng):服務(wù)端系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和用戶端系統(tǒng)。其中，服務(wù)端系統(tǒng)是影響IPTV系統(tǒng)運(yùn)行效果的關(guān)鍵因素。服務(wù)端系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)包括內(nèi)容分發(fā)方式、流媒體并發(fā)性能、系統(tǒng)管理功能及互連接口、系統(tǒng)監(jiān)控及容災(zāi)能力等［6－7］，在IPTV系統(tǒng)中對(duì)于服務(wù)器的供應(yīng)和部署、監(jiān)測(cè)和排錯(cuò)、變更和配置、備份和恢復(fù)等都至關(guān)重要。

休閑農(nóng)場(chǎng)觀光系統(tǒng)部署于農(nóng)場(chǎng)主控機(jī)房和IDC電信機(jī)房中。在IDC機(jī)房中部署2臺(tái)AP服務(wù)器，用于系統(tǒng)的賬務(wù)管理、會(huì)員管理和DRM授權(quán)管理;1臺(tái)VOD點(diǎn)播服務(wù)器，用于農(nóng)場(chǎng)多媒體音視頻和遠(yuǎn)程教育流服務(wù);1臺(tái)終端服務(wù)器，為用戶提供增值應(yīng)用服務(wù)，如新聞發(fā)布、在線交易等;2臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用于存儲(chǔ)服務(wù)和農(nóng)場(chǎng)音視頻數(shù)據(jù)并配置成集群作容錯(cuò)。農(nóng)場(chǎng)主控機(jī)房部署數(shù)據(jù)庫服務(wù)器1臺(tái)，主要用于收集農(nóng)場(chǎng)的影音數(shù)據(jù)、產(chǎn)品信息等。農(nóng)場(chǎng)局域網(wǎng)主干為1 000 Mbit/s，采用兩個(gè)100 Mbit/s帶寬的雙出口，分別接入電信網(wǎng)和教育網(wǎng)并配置策略路由。該設(shè)計(jì)在用戶量大的情況下，從功能和用戶體驗(yàn)角度來看，不僅滿足了高QoS保證需求、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的廣播流需求、大量的系統(tǒng)資源需求、巨大的并發(fā)服務(wù)/業(yè)務(wù)數(shù)需求等，而且該系統(tǒng)也具有很好的安全性和穩(wěn)定性。具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

3 結(jié)束語

隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，基于IP網(wǎng)絡(luò)的IPTV將走入千家萬戶。本文在分析IPTV相關(guān)技術(shù)和業(yè)務(wù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一個(gè)完整的基于IPTV的休閑農(nóng)場(chǎng)觀光平臺(tái)的解決方案。系統(tǒng)使用基于微軟.NET框架的Smart Client技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，技術(shù)架構(gòu)先進(jìn)、實(shí)用，經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，取得較好的應(yīng)用效果，為廣大IPTV用戶提供在網(wǎng)上觀光、互動(dòng)、接受教育和在線交易的寬帶增值業(yè)務(wù)，作為現(xiàn)實(shí)休閑農(nóng)場(chǎng)的經(jīng)營(yíng)模式的一個(gè)有益的補(bǔ)充，彌補(bǔ)淡季游客量的不足，為農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者帶來額外的豐厚利潤(rùn)。

圖3 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

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