基于組播技術的IPTV承載網部署研究

摘 要：文章從IPTV業務特性及其承載網結構出發，通過對IPTV業務特性與承載網結構的分析，論述了單播與組播兩種IPTV業務部署方式的差異，并結合實際經驗總結出IPTV承載網組播部署的要點及方法。

關鍵詞：IPTV；承載網；組播技術

中圖分類號：TN949.292 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）15-0063-02

隨著網絡技術的不斷發展，多業務運營與綜合信息服務已經成為運營商未來的發展方向。1999年，英國Video Networks公司首次推出IPTV（Internet Protocol Based Television，交互式網絡電視）業務，并迅速引導了相關市場的高速發展。IPTV基于網絡技術和媒體編碼技術的應用，可為用戶提供包括電視廣播、時移電視、視頻點播、視頻通信、互動游戲、短訊消息、遠程教育、互聯網瀏覽等在內的多種服務。截止2012年底，我國的IPTV用戶已經突破2 000萬，并實現了覆蓋地區數量、規模的快速發展。

未來，IPTV業務的大規模部署與快速發展將帶來巨大的網絡帶寬流量壓力。為了進一步推廣IPTV業務并奠定基礎，廣大電信運營商應選擇適宜的組播技術承載網絡，并建設支持大規模組播業務的綜合網絡。本次研究分析了IPTV的業務特性及其承載網結構，并在比對單播與組播兩種IPTV業務部署方式的基礎上，對IPTV承載網組播部署要點及方法進行了系統論述。文章對于持續推進IPTV業務在我國的應用具有較強的實際意義。

1 IPTV業務特性與承載網結構分析

1.1 IPTV業務的特性

基于網絡承載技術的角度，IPTV業務可分為直播和點播兩類，其各自特性如下所示：

①業務可用性。由于電視節目不能出現中斷或停頓，因此要求網絡必須能夠快速實現故障檢測、故障恢復、網絡巡檢等功能。為了保障用戶的滿意度，突發的網元故障不應對用戶正在進行的業務造成影響，或影響時間低于用戶可感知到的時間。

②網絡帶寬要求。選取的視頻壓縮編碼技術標準對IPTV業務用戶的帶寬提出了要求。用戶接入的網絡帶寬應高于標清3 Mbps、高清8.5 Mbps的技術標準，如果上網和IPTV同時進行，則需要帶寬至少大于4 M。

③支持組播與業務的可擴展性。為了降低帶寬的壓力，承載網需要支持IP組播技術。考慮到未來IPTV應用的不斷推廣，承載網應具備支持大規模部署IPTV用戶的能力。

④更高的安全性。對使用特定業務的用戶賦予相關權限，同時采取有效措施來避免用戶的惡意攻擊、非法發送和接收組播等。

1.2 承載網與IPTV網絡結構分析

各省運營商的承載網均可分為城域網和省網兩種。城域網以地、市為區域獨立建設，并分為核心層、業務控制層和接入網。為了實現業務負載分擔及冗余備份，城域網核心層通常配置兩臺路由器，并以“口字形”上聯省網核心路由器。

業務控制層配置BAS和SR設備，并負責區域內的業務匯聚和控制等工作。接入層包括大二層匯聚交換機、園區交換機、接入交換機、PON等，通過二層VLAN實現大客戶、公眾客戶、VPN企業客戶等的接入。為了完成IPTV業務的地方快速轉發，每個地區可建設一到兩個省級中心平臺，并在周圍建設區域中心HMS和邊緣節點EMS。

1.3 IPTV業務部署與組播技術

在IPTV業務部署初期，可以采用PPPoE方式開通用戶，并用BAS方式控制業務。通過IPTV平臺的單播數據傳輸模式，來實現用戶的廣播業務和其他服務需求。但由于PPPoE承載網絡中繼帶寬需求大，并受IPTV業務平臺自身容量的限制，所以當IPTV業務量發展到一定程度，承載網需要從原來的單播模式進化為組播模式。

不同于點對點的單播連接傳輸，組播技術允許一個或多個發送者（組播源）來發送一個數據包到多個接收者。為了提高數據的傳輸效率，降低網絡帶寬消耗。當用戶數量成倍增加時，組播網絡的主干帶寬增量只有很小，以此來減輕對城域光纖資源的壓力，降低投資成本。

2 IPTV承載網組播部署

2.1 部署要點

為了最大限度地降低網絡的流量壓力，實現保障IPTV直播業務，核心層、業務控制層和寬帶接入層均應具有相應的組播能力。在IPTV剛剛開始發展的初期階段，PPPoE認證僅限于在BAS設備實現組播復制，很難減輕網絡帶寬的高流量壓力。隨著IPTV核心技術的持續發展，目前可用新增SR設備割接IPTV業務的方式來消除IPTV業務和其他業務之間的影響，并滿足IPTV業務的高流量需求。

承載網絡包括核心網絡和接入網絡兩部分。其中核心網絡由核心層和業務控制層設備組成，主要功能為負責骨干路由和數據轉發。由于核心網絡支持三層組播，因此可部署三層組播協議。接入網絡包括各種交換機和無源光網絡接入設備，以兩層代理模式承擔業務，通常部署二層組播協議。

2.2 RP和SR組播的部署

RP節點的建立包括靜態配置、AutoRP、BSR的Bootstrap方法等。鑒于承載網絡核心和業務控制層的設備數量約為幾十臺，因此可使用靜態RP網絡配置。由IPTV區域中心平臺的兩個出口路由器手動指定RP地址，并通過Anycast-RP實現RP冗余和負載共享，從而保證數據通信服務平臺的穩定工作。

承載網SR采用兩臺主備方式部署，并通過VRRP協議實現保護。匯聚交換機雙聯兩個SR，并通過鏈路聚合分擔負載。正常情況下使用主用SR發送IPTV業務，當主用SR突發故障時啟用備用SR，從而防止單點SR故障引起業務中斷。還可以部署BFD和組播協議的聯合技術，來加快SR故障時的服務切換。

2.3 組播控制

IP組播技術實現了IP網絡單點對多點的高速數據傳輸，在節省網絡帶寬、降低服務器性能消耗的同時，大大提高了IPTV業務的通信效率。然而，現階段組播技術用戶身份認證、組播源的擴散安全性等問題還需要進一步探索。未來研究可從組播源控制、接受者控制、組播范圍控制等方面全面綜合開展。

3 結 語

作為一種集網絡、電視、娛樂等功能為一體的新型業務，IPTV代表著三網融合的發展方向，具有十分樂觀的發展前景和極大的業務拓展空間。為了解決IPTV業務用戶快速增長帶來的網絡帶寬流量壓力，廣大電信運營商應選擇適宜的組播技術優化改造承載網絡，并同步建設支持大規模組播業務的綜合性網絡。本次研究從IPTV業務特性及其承載網結構出發，對比了單播與組播兩種方式部署IPTV業務的差異，并論述了在IPTV承載網上進行組播部署的要點及方法。文章認為：基于組播技術的優良特性，以組播方式進行承載網的優化改造是未來大規模部署IPTV業務的主要趨勢。

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