基于ICN 的IPTV 傳輸和監測技術研究

◆才宏

（中國電信股份有限公司天津分公司 天津 300385）

IPTV 也就是交互式網絡電視，這是一種先進的電視業務，IPTV為受眾傳送內容主要是借助IP，最終的展示終端包括電視、計算機等。IPTV 技術集成了交互性、創新性的特點，作為視頻音頻服務的集合能夠最大范圍的整合互聯網、流媒體播放、視頻編碼、數字通信等技術手段，實現數字多媒體的有效發展。

1 IPTV 技術

1.1 IPTV 組播技術

當電視用戶收看IPTV 提供的節目時，終端會與視頻服務器建立一個較為具體的鏈接。如果存在大量用戶去同時收看IPTV 提供的節目時，為了可以有效滿足收看需求則要求視頻服務器建立起大量的網絡連接，才能夠滿足具體需要。選擇這種服務模式的局限性在于如果遇到了較大文件，則傳輸會受到一定影響，從而增大視頻服務器壓力。因此，為了能夠將服務器壓力有效緩解，則可以借助IPTV 組播技術來讓用戶終端進行身份驗證，身份驗證通過以后用戶被加入播放組中從而有效避免增加太大壓力。用戶量越大則越能夠將組播技術優勢充分體現出來，越能夠體現出其價值。

對于IPTV 服務器所制造出的視頻/音頻流（電視頻道）有要求，其要求每個流要具備單獨IP 組播地址，地址發送要在IPTV 的核心網絡落實。利用應用協議獨立組播（PIM）這一技術手段，能夠有效實現各個核心路由器之間IPTV 核心網絡視頻數據流傳輸有效性。借助視頻流，用戶能夠接收到IPTV 核心網絡，聯網以后可以利用Internet 組管理協議（IGMP）實現各個用戶組信號接收，最后信號被機頂盒解碼并最終在屏幕顯示出來。電視用戶控制機頂盒設備的手段為遙控器，利用遙控器可以發送指令，主要指令包括“連接”和“離開”，接收方為機頂盒。

為了能夠有效避免所有組向所有客戶轉發這種情況，借助IGMP窺探技術可以讓IPTV 核心網絡交換機進行數據包頭讀取并對IGMP消息進行檢測。交換機如果沒有IGMP 窺探會造成其向每個端口進行組播數據包的注入，這樣會有可能導致網絡風暴。所以，使用IGMP窺探技術以后，交換機可以實現“偵聽”功能，能夠將路由器和終端主機之間的IGMP 實現消息交換，能夠搭建列表針對請求特定組播組的所有端口。“join”消息經由IGMP 發送并傳送在端口以后，在端口上流實現轉發；“leave”消息經由IGMP 發送以后，則停止被轉發活動。利用IGMP 窺探技術，能夠實現每一個通道限制一個流實現每個交換機經過，交換機進行負責工作并復制流，與此同時轉發所需要的端口。因此，利用IPTV 核心路由器作為根，利用機頂盒等用戶接收終端設備作為葉，通過組成組播樹來實現各個IPTV 流傳送工作。

1.2 基于CDN 的IPTV 技術

通常來講，IPTV 所能提供的視頻點播服務主要借助CDN 技術來完成，CDN 技術是Content Delivery Network（內容分發網絡）的縮寫。這一技術手段的原理是通過CDN 將視頻流數據進行分發，分發到網絡邊緣比用戶距離近的“邊緣服務器”，再向用戶機頂盒傳輸，最后實現“邊下載邊播放”的功能。

1.3 IPTV 視頻流編碼傳輸技術

當前IPTV 視頻流數據壓縮編碼主要有兩種廣泛的傳輸方式，這兩種方式分別是ISMA、MPEG-2 TS。ISMA 也就是互聯網流媒體聯盟，其英文全稱為Internet Streaming Media Alliance；MPEG-2 TS 是傳送流，其英文全稱為Transport Stream。ISMA 模式為S/C，屬于傳統形式，借助RTSP 協議封裝在傳輸層，對于這種模式則是以RTP協議為基礎監測傳輸信號；MPEG-2 TS 方式屬于當前廣泛應用視頻壓縮解碼方式，但隨著當前越來越多方式出現，且壓縮效率更高，則逐漸淘汰了這種方式。

借助ISMA 方式，可以利用ISMA 方式來實現音頻信號、視頻信號相互同步，然后再用QOS 實現質量控制，這個程序是確保IPTV節目信號傳輸質量監測的核心技術點。

2 IPTV 發展現狀

截止到2018 年底，廣電總局通過調研了解當前覆蓋全國的IPTV數量，根據調研結果了解到當前全國用戶總量已經達到了2 億，而且每年呈現出逐年上升的趨勢，與之相對應的則是有線電視用戶數量呈現出逐年下降的趨勢。

現階段IPTV主要運營的業務有三類，這三類分別是電視類業務、通信類業務、增值業務。其中電視類業務包括廣播電視、點播電視、個人視頻錄制等；通信類業務包括基于IP 的語音業務、即時通信服務、電視短信等；增值業務則包括電視購物、互動廣告、在線游戲、遠程教育等等。

從現階段的IPTV 運營情況來看還存在一些問題，在內容集成以及信息傳輸方面還存在與政策方針、具體要求不相符的情況。為了改善這些問題，《國家廣播電視總局關于開展IPTV 專項治理的通知（廣發[2019]45 號）》中明確提出要從六個方面進行治理：第一，對違反IPTV 內容審查的問題重點治理，播出管理規定問題也同樣重點治理；第二，對違反境外電視節目管理規定重點治理，對于境外電視節目變相落地問題也同樣重點治理；第三，對違反電視頻道管理規定問題進行重點治理；第四，沒有取得IPTV 內容服務許可就直接將節目推出這種違規行為，要重點治理；第五，違規進行IPTV 連接公網問題，需要重點進行治理；第六，其他違背IPTV 管理規定的問題，重點進行治理。

3 基于ICN 的IPTV 核心網絡技術

對于IPTV 解決方案，其解決方法主要技術基礎為組播技術，組播技術通過利用ICN 和IGMP 技術作為基礎來建立組播通道。ICN通信上所用到的IP 組播，IGMP 控制（C）和IP 組播數據（D）信道兩個子名，以及下面的控制和數據信道共同組成平面名稱空間。對于發送IP 組播組的，能夠當做相應控制通道訂閱者，這樣能夠方便相關連接信息告知且做好信息預留。再有就是，對于接收IP 組播組信息的，能夠當做相應數據信道訂閱者，做好數據包接收任務。對于接收端，落實連接發送以及消息離開時，要發布通道并做好轉換，與此同時要將數據通道開展隱式訂閱或者取消訂閱。

發送IGMP 成員報告。收到信息以后，cNAP 要進行檢查，通過確認來了解是否收到了該組信息。檢查過程中如果發現沒有收到，就安排cNAP 發送隱式訂閱消息，將消息發送給相應控制信道；這是由于代表相應IP 組播發送方開展信道訂閱活動，sNAP 屬于接收方。對于sNAP，要通過及時檢查來確認其是否已經接收到這個組。如果接收到以后，就可以將信息作為副本進行忽略，如果不是就可以將cNAP 添加到組的收件人中。如果出現了這種情況變化，底層ICN 系統可以進行自動重新計算，重新計算組播樹的FID，允許IP 數據包借助本機組播進行正確的c NAP 傳遞。

對于IPTV 服務器來講，數據包發送任務主要交與NAP 來進行，利用NAP 向IP 組播組進行發送。數據包被發送過去以后檢查工作交與sNAP，其興趣程度主要是通過檢查是否存在cNAP。如表示有興趣，數據包會由sNAP 發布到IP 地址對應的組名之下。cNAP 接收工作主要是利用常規IP 組播來進行，有效實現本地網絡信息轉發任務。組別不同，用到的sNAP 也是不盡相同的，可以將其作為網絡進入的切入點，通過落實sNAP 配置工作進行相應控制通道展開活動，其稱之為訂閱活動。控制通道進入以后，由sNAP 接收cNAP 然后做出相對應的處理活動。

現階段，網絡故障形式多種多樣，經常出現的故障包括鏈路故障、交換機故障、路由器故障。因此，為了有效避免因為故障問題造成的服務器中斷，可以考慮選擇冗余鏈路和節點構建網絡。現階段IPTV網絡中，各個交換機會包含多條路徑，這樣能夠創建生成樹到拓撲上去，也可以選擇禁用一些鏈路，這樣不會出現循環問題。借助IGMP窺探交換機，查看IGMP 內部消息的本質是學習樹中位置，也就是考慮IP 組播消息從哪里來（IPTV 服務器的端口），還有就是考慮要去哪里（機頂盒的端口）。

針對生成樹上的鏈接，如果鏈接出現錯誤導致失敗問題發生時就會對生成樹進行重新計算。但是，因為網絡拓撲會有一定程度變化，因此導致部分由IGMP 窺探交換機所收集到的組播轉發樹出現無效信息。為了應對這種情況，要求立刻停止交換機流量轉發工作，需要等待一會兒能夠重新接收新的IGMP 消息后再安排交換機開展組播樹的重新創建。對于鏈路故障問題發生且轉移的時間過程中，服務中斷時間要以秒為單位順序進行預計，一直到生成樹被重新創建，交換機報告接收工作要從所有活動機頂盒來進行。兩個交換機的中間出現主鏈路故障問題時，要對入口交換機進行故障檢測工作，自動將流量切換到主接口配置的輔助接口，這樣的做法能夠有效避免重新進行組播樹或者FID 的計算。以ICN 技術為基礎的IPTV 網絡與傳統網絡相比傳輸質量可以得到有效保證，丟包率和服務中斷故障率相對來講都是非常低的。

4 IPTV 未來發展趨勢

作為一種高新技術傳輸服務形式，IPTV 能夠有效改善傳統模式存在的局限，而且IPTV 自身具備非常強的交互性能，具有非常高的靈活性，能夠促進當前相關產業的多元化發展。同時，IPTV 關鍵技術在諸多領域都可以實現有效應用，比如當前酒店智能化IPTV系統。IPTV 技術引導下，能夠較大程度、方便快捷的實現各類功能，比如實時點播、在線付費等等，還能夠實現個性化預約、私人訂制節目菜單等功能，為用戶提供非常良好、快捷的體驗。還有就是，社會其他專業領域都可以用到IPTV 系統，其能夠為社會整體運行提供助力特別是基礎保障，能夠促進信息化以及技術化的整體發展。當前IPTV系統在未來發展過程中，考慮的核心內容還是核心承載網絡構架問題，而且未來IPTV 用戶數量會成倍數增加，因此必須要保證核心構架網絡的穩定性和可靠性。最后，要充分注重網絡傳輸的速度，確保網絡傳輸畫面具備高清晰度，及時快速的解決寬帶延伸等問題，充分保證IPTV 系統的運行工作效率。

總而言之，對于傳統電視行業來講IPTV 技術是一次非常成功的變革，也是運營商轉戰視頻服務行業的重要標志。當前互聯網、移動通信網絡有了非常快速的發展，相應的信號傳輸帶寬、傳輸速率也有了較大的增加，因為網速導致IPTV 業務無法有效開展的問題也得到了很好地解決。因此，要加強基于ICN 的IPTV 傳輸和監測技術研究工作，促進IPTV 進步和發展。