博士后研究工作報告 摘要 本報告描述了下一代網絡的體系架構 闡明了下一代網絡承載與業務分離的設計思 想 系統地介紹了孫r 系統和業務的基本概念 研究了i f i n 業務系統與網絡體系架 構 提出了i p t v 業務提供的技術需求 研究了i f r v 業務保障問題 提出了從承載網 絡 內容傳送網絡和業務體驗三個方面保障用戶業務體驗的架構 研究了i f r v 業務提供 的接納控制方案 結合公司的產品現狀提出了一個接納控制機制的實施方案 重點研究了 基于p 2 p 技術的i p t v 業務提供關鍵技術 分析了f 2 p 技術在i f r v 業務提供中的作用 研究了基于p 2 p 技術的i f r v 系統的基本架構 提出了一種新的用于1 2 p 流媒體系統的內 容調度算法 我們認為 用戶業務體驗保障對i p t v 業務提供成功的關鍵 接納控制機制 是保障用戶業務體驗質量的基本手段 由于p 2 p 技術具有良好可擴展性和經濟性 p 2 p 可 以直接應用到 業務提供系統設計或作為其它技術的補充 關鍵詞 業務提供p 2 p 業務保障接納控制下一代網絡 a b s t r a c t 1 k sr e p o r td e s c r i b e st h ea r c h i t e c t u r eo fn e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k so i g d e m p h a s i z i n gt h e i d e ao f s e p a r a t i n gt r a n s p o r ta n ds e r v i c ei nng n p r e s e n tt h eb a s i cc o n c e p t so f r r vs y s t e ma n d s e r v i c e si ns o m ed e t a i la n ds u m m a r i z et h et e c h n i c a lr e q u i r e m e n t so f t vs e r v i c ep r o v i d i n g b a s e d0 1 1t h es t u d yo f t vs y s t e ma n dn e t w o r ka r c h i t e c t u r e i n v e s t i g a t ei s s u e so f t vs e r v i c e a s s u i a n c ea n dp r o p o s eaf r a m e w o r ko f 皿t vs e r v i c eb s s u a l l c 詹f r o mt r a n s p o r tn e t w o r k s c o n t e n t d e l i v e r yn e t w o r k sa n du s e rs e r v i c ee x p e r i e n c e s t u d yt h ea d m i s s i 0 1 1c o n t r o im e c h a n i s mi n r r v s a v i c cp r o v i d i n g a n dd e s i g nap r a c t i c a la d m i s s i o nc o n t r o ls o l u t i o nw i t hp r o d u c t sa v a i l a b l ei n a l c a t e l l u c e n t a n o t h e rp a r ti nt h i sr e p o r ti sa b o u tt h ep 2 pb a s e d t vs i f t v i c ep r o v i d i n g t h e v a l u eo f p 2 pt e c h n i q u ef o r 剛i sa n a l y s i s e d a n dt h ea r c h i t e c t u r eo f l 2 pb a s e d 剛s y s t e mi s s t u d i e da n dan o v a lc o n t e n ts c h e d u l i n ga l g o r i t h mf o rp 2 pm e d i as t r e a m i n gi sp r e s e n t e x li no u i o p i n i s u s e rs e r v i c ee x p e r i e n c ei sc r i t i c a lt ot h e 馴瞄船o f 亞t vs e r v i c ep r o v i d i n ga n d a d m i s s i o nc o m r o lc a nt a k eak c yr o l ei ng u a r a n t e e i n g 碰m s e r v i c ee x l 材i e n c e p 2 1 t e c h n i q u e c 蠲b ee m p l o y e df o r t vs y b t e l nd e s i g nd i r e c t l yo ra sc o i l 聯l l s a t i o nd u et oi t sg o o ds c a i a b i l i t y a n dl o wc o s t k e yw o r d s i p t v s e r v i c ep r o v i d i n g 1 2 p s e r v i c ea s m n a n c e a d m i s s i o nc o n t r o l n e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k s 下一代阿絡中i f r v 業務提供關鍵技術研究 i l l 博士后研究工作報告 第1 章引言 電信行業的發展正面臨嚴峻的挑戰 傳統的電信業以話音業務為主 由于其壟斷的市 場地位帶來了豐厚的利潤 i n t e m e t 的出現改變了這種壟斷局面 v o i p 即時通信等作為 替代技術和應用以其低使用成本吸引了一部分用戶 更為嚴重的是大大壓縮話音服務的利 潤空間 除了i n t e m e t 帶來的影響 話音業務向移動轉移的趨勢對于固網運營商而言更是 雪上加霜 a r p u 值不斷下降 用戶離網率高是全世界的電信運營商都需要解決的問題 為了擺脫當前的困境 電信運營商需要進一步降低運營成本 同時開發新業務 尋找新的 業務增長點 建設下一代網絡 提供視頻業務并加強多業務綁定 b u n d l i n g 是目前公認 的有效辦法之一 下一代網絡 n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k s n g n 是基于分組技術的多業務網絡 能夠 提供包括傳統電信業務在內的多種業務 從而有效地降低過去為每種業務建立一個專用網 絡的建設和運維成本 現階段 以話音業務為主固網電信運營商正在經歷用戶a r p u 值降 低 贏利能力下降的困擾 為了增加運營收入 需要提供新的業務通過業務綁定提高用戶 忠誠度 i p t v 正是被寄予厚望的n g n 業務 提供融合的家庭業務 即在電視機 臺式計算機 電話和移動設備等各種終端上提供 交互式業務 代表了電信運營商的未來發展方向 i p t v 是當前最熱門技術領域之一 主 要的電信服務提供商都在努力推出自己的妒t v 業務 簡單而言 印t v 是指在通信網絡基 礎設施上使用口協議提供數字電視業務的系統 的優勢包括傳統電視技術所不具備 的雙向能力 它使業務提供商能夠提供用戶所需的視頻廣播和點播 v i d e oo l ld e m a n d v o d 及其它增值服務 廣播業務可以節約帶寬以提供更多的內容 點播業務則可以滿足 用戶的互動需求 i f r v 產業廣闊的發展前景和巨大的市場空間正是電信運營商所期待的新業務 國外 的電信運營商大多以發展f i a t v 入手 提供語音視頻數據捆綁的三重播放 t r i p l ep l a y d k 務 促進a r p u 的增長 鑒于國外的經驗 中國的兩大固網電信運營商都在積極開展 i p t v 業務的網絡試驗 力求摸索出理想的網絡架構和商業模型 正是電信運營商對口t v 業務的巨大需求 才推動了i p t v 的商業發展進程 隨著中國市場經濟的發展 內容提供商同樣面臨產品市場化的問題 傳統單一的內容 發行模式 容易造成內容的滯銷 一般內容產品的生產前期投入巨大 如果沒有廣泛的發 售渠道 很難形成良性發展的產業結構 內容提供商為了自身發展一直在努力尋找更多的 發行渠道 延長內容產品的生命周期 i p t v 業務的出現為內容提供商提供了一個新的展 現和利用內容的平臺 因此 無論是電信運營商還是內容提供商 都可以從i f l n 業務提 供中獲益 對全球的電信運營商而言 i p t v 都是個全新的業務 不僅沒有相關的運營經驗可以 借鑒 由于需要建設 個新的業務系統 還面臨著很大的風險 國內的電信運營商也不例 外 甚至情況更加嚴重 首先 在政策層面 電信和廣電分業經營的基本政策沒有改變 短期內也不大可能有大的變化 另外 國內的內容監管比較嚴格 上述兩個方面增加了內 容與通信整合的困難 其次 在市場層面 由于產業鏈環境高度復雜 商業模式融合比較 下一代孵絡中i p t v 業務提供關鍵技術研究 l 博士后研究工作報告 困難 廣電領域和i n t e r a c t 的低資費傳統使i p t v 的潛在用戶對資費很敏感 當前較高的機 頂盒價格也限制了業務發展 具有差異化的業務和運營模式需要開發和檢驗 缺乏吸引新 興用戶的節目內容也是當前i f r v 發展的障礙 即便是政策和商業的問題都得到了妥善解 決 i p t v 業務提供還需要解決技術方面的問題 和傳統的電信業務相比 口p 1 v 有很大的區別 其中最重要的區別是引入了視頻業 務 盡管視頻業務并不是一個新業務 但在一贏由廣電行業通過專網提供和運營 從技術 角度來看 視頻業務有以下幾個特點 1 帶寬要求高 標準清晰度視頻信號需要的2 m 帶寬 而在專網上提供每路話音業務需要6 4 k 帶寬 通過v o i p 提供話音所需帶寬更少 2 具有實時性要求 視頻業務不僅要提供大量的數字信號 還要求信號到達接收端時要 滿足嚴格的時間要求 否則將失去作用 3 支持交互性 交互性意味著廣播方式不能滿 足需要 從而大大提高了網絡容量要求 交互性還要求快速響應 對傳輸時延也有嚴格的 要求 盡管i n t e r a c t 上已經存在一些簡單的視頻業務 但由于商業模式的不同 i n t e r n e t 上 的視頻業務只提供盡力而為的質量保證 電信行業的目標是提供大規模高質量的視頻業 務 這為i f r v 業務提供帶來了很大的技術挑戰 i p t v 業務提供至少需要解決兩個層次的問題 首先建設和改造承載網絡 提供足夠 的網絡容量 當前 寬帶網絡設備已經存在 但網絡建設和維護的經驗相對缺乏 相對于 需求 容量的大小總是相對的 增加容量意味著增加建設成本 如何加強管理 合理地利 用網絡容量是降低成本的重要手段 其次 也是更加重要的方面 建設口r v 業務系統 為用戶提供良好的業務體驗 帶寬只是i f l w 業務提供最基本的要求 實現i f t v 業務提 供還涉及到內容的傳送管理以及業務運營管理系統 用戶的業務體驗是決定業務成敗的關 鍵 i f r v 的建設成本很高 運營失敗可能對電信運營商帶來致命性的打擊 因此需要充 分發揮各種資源的作用保障用戶的業務使用體驗 1 1 報告的內容安捧 本報告針對在下一代網絡中提供i p t v 業務存在的問題 研究了i p t v 業務提供相關 的關鍵技術 特別是基于p 2 p 技術的i p t v 業務提供關鍵技術 報告的研究內容安排如 下 第2 章描述了下一代網絡的體系架構 闡明了下一代弼絡承載與業務分離的設計思 想 第3 章較為系統地介紹了口t v 系統和業務的基本概念 研究了i p t v 業務系統與網絡 體系架構 在此基礎上提出了i p t v 業務提供的技術需求 第4 章研究了i p t v 業務保障問 題 提出了從個承載網絡 內容傳送鼴絡和業務體驗三個方面保障用戶業務體驗的架構 為后續的研究規劃了方向 第5 章研究了i p t v 業務提供的接納控制方案 接納控制是避 免網絡擁塞的重要手段 本章結合公司的產品現狀提出了一個接納控鋁5 機制的實施方案 對彤 網絡建設有一定的參考價值 第6 章和第7 章重點研究了基于p 2 p 技術的i f r v 業務提供關鍵技術 第6 章比較了i f r v 業務的提供方式 分析了p 2 p 技術在彤r v 業務 提供中的價值 然后研究了基于p 2 p 技術的i f t v 系統的基本架構 最后針對運營商對 f 2 p 流量的顧慮提出了p 2 p 流量管理與控制的基本策略 第7 章研究了基于p 2 p 的i f r v 系統的內容調度 提出一種新的用于p 2 p 流媒體系統的內容調度算法 并通過仿真實驗進 行了驗證與分析 第8 章對報告進行了簡單的總結 指出了進一步研究的方向 下一代網絡中i p r v 業務提供關鍵技術研究 2 博士后研究工作報告 第2 章下一代網絡體系架構概述 第一代分組網絡的設計迄今已有數十年的歷史 n g n 中新的應用和部署需求帶來了 一些在第一代分組網絡設計時難以考慮到的新需求 近年來 玎u t 一直努力致力于n g n 的標準化工作 u t 推薦標準y 2 0 0 1 1 n 凋確了n g n 中必須考慮的一些特征 此外 u t 推薦標準y 2 0 1 1 2 提供了一個體系結構基礎以滿足這些特征的實現要求 一般認為 傳統電信服務與n g n 之間的主要區別在于從應用特定的垂直集成網絡遷 移至可以承載任意和所有服務的單一網絡 對于電話業務 這種遷移包括了從電路交換基 礎設施轉換到分組交換基礎設施 當前n g n 研究的目標是確保下一代基于口的網絡能夠 滿足通常部署于公用電話網的服務標準 不僅是基本的電話服務 還包括現在和將來的各 種可能的多媒體應用 鑒于i n t c m e t 的通用特性和現存的相關基礎設施 包括地址規劃 地址分配以及域名 解析系統等 以及諸如電子郵件 文件傳輸 f t p 和w w w 應用 基于口的通信系統 將構成下一代網絡 n e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k n g n 的基礎 然而 從商業角度來看 由 于電信與i n t e m e t 的商業模型有很大的不同 對通信網絡的技術需求也有一定的差異 因 此 可以認為n g n 是經過增強的滿足電信業務需要的口網絡 另一方面 隨著競爭環境 的變化 用戶對業務多樣性的需求更加迫切 網絡在電信業中的重要性逐漸下降 n g n 不僅關心承載網絡技術 還需要考慮如何更加高效地開發和部署新的業務 2 1i t u t 推薦標準y 2 0 0 1 n g n 概述 y 2 0 1 1 的主要目的是給n g n 下一個通用的定義 如下文 下一代網絡 n g n 能夠支持電信服務分組網絡 該網絡能夠利用各種具有q o s 保證的寬帶傳送技術 其中與服務相關的功能獨立于底層傳輸相關的技術 它使用戶可以 根據自己的選擇自由地接入或訪問網絡 具有競爭關系的服務提供商和服務 它支持一般 移動性 能夠對用戶提供一致的無所不在的服務 上述定義中明確地表明服務與承載的分離原則 并提出在口承載網絡中增加q o s 能 力 第二句包含了創新的服務提供能力 允許服務提供商自由地創建 用戶自由地選擇服 務 最后一句包含了在移動與固網之間以及適當條件下固網之間的移動擴展 y 2 0 0 1 還進一步定義了n g n 的基本特征 分組傳送 控制功能從承載 呼u q 會話 應用 業務中分離 服務提供與網絡傳送分離 提供開放接口 利用各基本的服務組成模塊 提供廣泛的服務和應用 包括實時 流式 非實時及多媒 體服務 具有端到端q o s q u a l i t yo f s e r v i c e 的寬帶傳送能力 通過開放的接口規范與傳統網絡實現互通 具有一般移動性 下一代網絡中i f r v 業務提供關鍵技術研究 3 博士后研究工作報告 允許用戶自由地接入不同服務提供商 支持多樣化的身份識別機制 用戶對同一種服務具有統一的服務特征感受 融合固定與移動服務 服務相關功能獨立于底層的傳送技術 支持各種最后一公里技術 適應各種監管需求 比如緊急通信 安全 隱私和合法監聽等 2 2 i m 推薦標準y 2 0 1 1 n g n 一般原則與參考模型 y 2 0 1 1 的主要目的是為開發n g n 服務功能模型提供基礎 首先 它指出n g n 分層 系統和由m 1 推薦標準x 2 0 0 定義的7 層開放系統互連基本參考模型 o s ib r m 的潛 在區別 例如 考慮編號和o s ib r m7 層系統的特征帶來的困難 在n g n 系統中 可能 遇到下面列出的部分或全部情形 層數可能不是7 層 個別層的功能可能與o s ib r m 不相互對應 某些在o s ib r m 中被確定或禁止的情形可能不再適用 涉及到的協議可能不是o s i 協議 顯著的例子是i p o s ib r m 的兼容性需求可能不再適用 y 2 0 1 l 的附錄詳細說明了o s i b r m 中適用于n g n 以及不適用于n g n 的條款 服務需要由功能來構建 因而服務和功能之間是相關的 可以方便地將全部n g n 功 能分為兩個不同的組或平面 一個包含全部控鋁4 功能 另一個包含全部管理功能 將同類 型的功能分組便于定義同一組內的功能相互關系和信息流 在功能分組的基礎上 y 2 0 1 1 進一步考慮了各功能部分的系統實現 特別的 它提出 了如圖2 1 所示的高層模型 圖中顯示了系統開發時各種功能的相互聯系 圖中的功能實 體可以進一步細分為子組以便于分組實現和分布式系統描述 下一代弼絡中i f f v 業務提供關鍵技術研究 4 博士后研究工作報告 田2 1n 州一般功能模型 y 2 0 1 1 2 3n g n 體系結構 本節描述i t uf g n g n f o c u sg r o u pf o rn e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k s 討論定義的n g n 體系結構 由于n g n 的標準化工作還在進行中 根據進一步的研究結果 最終的描述可 能有所變化 n g n 服務包括基于會話的服務和非會話服務 其中會話服務包括m 電話 視頻會 議 視頻聊天等 非會話服務則有視頻流化和廣播等 此外 n g n 支持p s t n i s d n 替換 i t u t 稱之為p s t n 仿真 m m l a t i o n 圖2 2 顯示了n g n 體系結構的概況 3 根據y 2 0 1 1 定義的框架 n o n 的功能被分為 服務層和傳送層 下一代同絡中i f i v 業務提供關鍵技術研究 s 博士后研究工作報告 圖2 2n 洲體系結構撅述 端用戶的功能通過用戶網絡接口 u n i 連接到n g n 網絡 網絡之間通過網絡網絡 接口 n n i 實現互連 清晰地區分u n i 和n n i 對于使用各種現成設備的同時保持n g n 環境中的商業邊界和分割點具有重要意義 對于第三方應用提供者 應用網絡接口 a n d 形成一個邊界 2 3 1 傳送層功能 傳送層為n g n 各組成部分和物理上分離的組成部分提供連接 口被認為最有希望成 為n g n 的承載技術 這樣 傳送層將為位于n g n 之外的用戶終端和位于n g n 之內的控 制與支持服務器提供i p 連接 傳送層需求提供端到端的q o s 保證能力 這是n g n 需要的 技術特征 傳送層分為接入網與核心網 兩者相互連接 接入功能 接入功能管理端用戶訪問網絡 接入功能與接入技術相關 如w c d m a 和數字用戶 線 x d s l 接入網包括和各種接入技術相關的功能 如c a b l e d s l 技術 無線技術 以太網技術和光接入技術等 下一代網絡中i f r v 業務提供關鍵技術研究 6 博士后研究工作報告 接入傳送功能 負責在接入網中傳送信息 接入傳送同樣需要q o s 控制機制直接處理用戶流量 包括 緩存管理 隊列管理 分組調度與過濾 流量分類 標記 監管及整形 網絡邊緣功能 用于在接入流量匯入核心網絡時進行適當的流量處理 核心傳送功能 負責確保信息穿過核心網絡 根據與傳送控制功能交互的結果 核心傳送提供差異化 的傳輸質量 核心傳送也提供直接處理用戶流量的q o s 機制 包括緩存管理 隊列管理 分組調度與過濾 流量分類 標記 監管及整形 連接控制和防火墻等 網絡附屬控制功能 負責接入層面的注冊和接入n o n 服務時的終端用戶初始化 提供網絡層面的身份識 別與認證 管理接入網絡的m 地址空間以及接入會話的認證 該功能向端用戶通告n o n 服務的接觸點和應用功能 鄞網絡附屬控制功能輔助用戶設備進行注冊并啟動服務 資源與接納控制功能 r f r a c f 提供接納控制與網絡控制功能 包括控制網絡地址與端口轉換 n a p t 和區 分服務域碼點 接納控制涉及到通過網絡附屬控制功能根據用戶特征數據 u s e rp r o f i l e 檢查認證 該功能還包括結合運營相關的策略規則和資源可用性進行基于用戶數據的認 證 檢查資源可用性意味著接納控制功能驗證在當前剩余資源的條件下 新的資源請求是 否可以被滿足 r a c f 與傳送功能交互控制一個或多個傳送層的功能 包括分組過濾 流 分類 標記與監管 帶寬預留與分配 n a p t i p 地址防偽造 a n t i s p o o f i n g n a p t f w 防火墻 穿越和用戶監測 傳送用戶描述功能 該功能模塊在傳送層將用戶和其它控制數據編輯成單獨的用戶特征數據 該功能可以 被規范和實現成一組協同工作的數據庫 并且可能在n g n 的任何一部分實現 圈關功能 網關功能提供與其它網絡互通的能力 包括各種現存的網絡 如p s t n i s d n 以及 n t e r n e t 這些功能還支持與不同管理者的n g n 相通 連接其它網絡的n n i 接口對控制層 和傳送層同樣適用 控制與傳送層可能直接進行交互也可能通過傳送控制功能實現 媒體處理功能 媒體處理系列功能為滿足服務提供需要進行媒體資源處理 如產生音調 t o n e 信 號 編碼轉換及會議橋接等 2 3 2 服務層功能 提供基于會話的非會話的服務 包括預訂 通告存在信息和即時消息傳遞方法 服務層 功能還提供所有和p s t n b s d n 服務相關的網絡功能及與舊式用戶設備相通的能力和接 口 下一代同絡中n e r v 業務提供關鍵技術研究 7 博士后研究工作報告 服務與控制功能 該功能包括會話控制功能 服務層的認證與授權功能 還包括專用媒體資源的控制功 能 服務用戶描述功能 該功能模塊在服務層將用戶和其它控制數據編輯成單獨的用戶特征數據 該功能可以 被規范和實現成一組協同工作的數據庫 并且可能在n g n 的任何一部分實現 應用功能 n g n 支持開放a p i 這樣第三方服務提供商可以利用n g n 的能力為n g n 用戶創建 增強的服務 所有應用功能 可信的和非可信的 和第三方服務提供商通過服務層的服務 器或網關獲取n g n 服務層的能力和資源 2 3 3 管理功能 時管支持是n g n 運營的基本要求 管理功能使n g n 運營商管理網絡并提供具有可 預期質量 安全和可靠性的n g n 服務 這些功能在各功能實體間 f e 以分布的方式分配 該功能與網元管理 網絡管理及 服務管理功能實體相互作用 管理功能包括計費和賬單功能 這些功能在n g n 中相互作用以在n g n 中獲取計帳信 息 為n g n 運營商提供資源使用數據從而對用戶進行合理計費與收費 計費與帳單功能 收集相關數據 支持后處理 離線計費 和與預付費服務的近似實時交互 在線計費 2 3 4 端用戶功能 如圖2 所示 面向端用戶的接口同時是物理和功能 控制 接口 對于可能接入 n g n 的各種用戶接口和網絡沒有做任何假設 n g n 支持所有的客戶設備種類 從單線的 老式電話到復雜的企業網絡 端用戶設備既可以是固定的也可以是移動的 2 4 小結 本章介紹了n u t 推薦標準中規范的下一代網絡 n g n 的基本原則和參考模型 文 中還檢查了n g n 功能體系結構的最新概念 它們正在成為i t u t 的推薦標準 和傳統的 電信網絡相比 n g n 最大的特點是實現了承載與業務分離 在統一的承載網絡上可以支 持多種業務 當前 口技術是承載網基本技術 基于m 承載網絡實現具有三重播放能力 的i p t v 業務是n g n 業務發展的重點 參考文獻 1 r r u tr e c y 2 0 0 1 g e n e r a lo v e r v i e wo f n g n 2 l n t u t r e c y 2 0 1 i g e n e r a l p r i n c i p l a n d g e n e r a l r c f c r 日l c e m o d e l f o r n e x t g e n e r a t i o n n e t w o r k 3 k k n i g h t s o n n m o r i t aa n dt t o w l e n g na r c h i t e c t u r e g e n e r i cp d n c i p l e s f u n c t i o n a la r c h i t e c t u r e a n di m p l e m e n t a t i o n i e e ec o m m m a g a z i n e 2 0 0 5 v 0 1 4 3 1 0 4 9 5 6 下一代網絡中 w 業務提供關鍵技術研究 8 博士后研究工作報告 第3 章i p t v 業務提供的技術需求分析 3 1i p t y 業務的定義 根據中國通信標準化委員會的定義 f i v 是指在m 網絡上傳送包含視頻 音頻和數 據 提供q o s q o e 安全 交互性和可靠性的可管理的多媒體業務 其表現形式可以是電 視 文本或圖形等 1 彤 業務具有以下特征 i r r v 業務用于向用戶提供有q o s 保障和安全保障機制的多媒體內容傳輸業務 這些內 容在最終用戶的終端上播放或顯示 i p t v 業務向用戶提供流式服務 主要用于傳輸音視頻媒體流 當然也可以攜帶傳輸文 本 數據 語音等 可以同時為眾多用戶提供業務支持 i p t v 業務能夠向用戶提供檢索能力和交互能力 交互表現形式為用戶能夠對i f y l 業 務所提供的音視頻節目進行主觀控制 i p r v 的承載網絡是l p 網絡 i p t v 業務網絡具備內容緩存 分發和存儲功能 向用戶呈現i p t v 業務的終端包括電視機 機項盒 p c 電腦 p d a 或手機等終端設 備 根據i f t v 的業務提供情況來看 i f r v 的業務參與者基本構成如圖3 1 所示 業務流 圖3 1i p l v 的業務參與者 業務參與者包括內容提供商 業務運營商 網絡運營商和最終用戶 其中業務 流是從內容提供商向下游最終用戶發送的 最終用戶通過s t b t v p c 手機或其他終端系統 設備 接入網絡 獲得 服 務 下一代同絡中 w 業務提供關鍵技術研究 9 博士后研究工作報告 網絡運營商主要負責利用自己的網絡將州業務運營商所提供的內容傳送到最終用 戶并獲取收益 網絡運營商包括基礎網絡運營商 接入網絡運營商 基礎網絡運營商包括 電信 廣電 衛星等 接入網絡運營商包括有線 無線等寬帶網絡接入服務的提供商 業務運營商負責內容的集成 管理 和運營 并在自己的i p l n 平臺上將各種內容集成 在一起 利用網絡運營商的網絡為用戶提供內容和應用 為了促進業務推廣 業務運營商 通常建設自己的接入網絡 內容提供商負責內容的制作 并將所制作的內容版權提供給業務運營商 在職r v 業 務產業鏈中 內容提供商是整個產業鏈的源頭 這里的內容提供商泛指向業務運營商提供 內容的各種機構或組織 這些機構或組織在某種程度上也進行內容運營 但不直接面對最 終用戶 政府監管部門主要對艫 業務在產生 集成 傳輸和消費等各個環節進行監控 控 制網上不良音視頻信息的傳播以及防止對正常節目的惡意破壞和篡改 3 2i p t v 的業務類型 目前 大部分i p r 業務解決方案可以提供基于m 網絡的直播電視 時移電視以及視 頻點播等基本業務 在基本業務之外還可以提供諸如h l t e m e t 瀏覽 在線游戲 視頻短 信 遠程教學 可視電話等增值業務 孵v 系統通常提供以下基本業務 直播電視 直播電視類似于廣播電視 衛星電視和有線電視所提供的服務 這是寬帶服務提供商 為與傳統電視運營商進行競爭的一種基礎服務 直播電視通過組播方式實現直播功能 時移電視 時移電視能夠讓用戶體驗到每天實時的電視節目 或是今天可以看到昨天的電視節 日 時移電視是基于網絡的個人存儲技術的應用 時移電視功能將用戶從傳統的節目時刻 表中解放出來 能夠讓用戶在收看節目的同時 實現對節目的暫停 后退操作 并能夠快 進到當前直播電視正在播放的時刻 視頻點播 口阿v 的視頻點播是真正意義上的v o d 服務 它能夠讓用戶在任何時間任何地點觀看 系統可提供的任何內容 通過簡單易用的遙控器 讓用戶有了充分支配自己觀看時間的權 利 這種新的視頻服務方式讓傳統的節目播出時刻表失去意義 使用戶在想看的時候立即 得到視頻服務的樂趣 準視頻點播 準視頻點播是服務提供商通過組播技術將相同的視頻內容通過時間交錯方式在一組虛 擬頻道上實現準視頻點播功能 通過增加組播頻道的數量 用戶可以在電子節耳單中選擇 同一內容的不同組播頻道 從而選擇當前要看的節目內容 酮n 系統具有三重播放的能力 且支持良好的交互性 因而能夠提供滿足用戶需求 的各種增值服務 典型應用包括 下一代兩絡中 嚇v 業務提供關鍵技術研究 i o 博士后研究工作報告 1 一i i i 網絡游戲 網絡游戲是指在互聯網上運行的游戲 分為服務器端和客戶端 用戶安裝客戶端軟件 后 需要登錄運營商服務器才可以進行游戲 網絡游戲是一種網絡服務 游戲者需要向運 營商繳納一定的費用才能進行網絡游戲 網絡游戲近幾年隨著互聯網技術和網絡帶寬的提高得到蓬勃發展 引起政府和社會各 界廣泛關注 國家對網游產業采取積極扶植和大力支持的態度 最近由國家新聞出版總署 公布了首批 中國民族網絡游戲出版工程 名單 這說明我國的網游產業正向著多元化 本 土化的方向發展 已成為一個健康向上的朝陽產業 網絡游戲在今后發展中必將成為一種 規范化 標準化 產業化的新興行業 是未來發展不可忽視的領域 網游產業發展壯大 將徹底改變人們生活娛樂方式 使我們的生活越來越豐富多彩 電視上兩 盡管目前個人電腦日益普及 但仍有相當一部分人認為電腦過于昂貴 太復雜 這個 群體的人們只是喜歡偶爾上上網 收發電子郵件 而不想費神去擁有或學習使用電腦 彤r v 業務的出現使他們的愿望得以實現 他們可以利用機頂盒的無線鍵盤或遙控器在電 視機上享受定制的互聯網服務 瀏覽網頁和收發電子郵件 享受高科技帶來的豐富的信息 資源 遠程教育 遠程教育是指通過音頻 視頻 直播或錄像 以及包括實時和非實時在內的課程通過計 算機 多媒體與遠程通訊技術相結合的網絡傳送到校園外的教育 口町v 所具有的點播功 能完全符合遠程教育的需求 是遠程教育課件點播很好的應用平臺 如今國內的砷 部署正處于初級階段 還存在許多不定的因素 特別是口t v 業務 被用戶接受和認可的程度將決定著口t v 的成敗 因此業務將是i p r r v 業務提供商需要著 重考慮的問題 特別是電信運營商 在部署口盯v 網絡的過程中 準確的界定一下口町v 所涉及的業務是非常重要的 事實上 口t v 不僅僅是p 視頻 電信運營商必須從這個角 度出發 考慮他們和傳統的電視運營商之間的區別 雖然所有針對于口阻v 的框架選擇和 基礎技術都集中在如何開展不同的廣播和點播業務 但是電信所擅長語音和高速數據業務 使得他們可以提供其他一些捆綁業務來作為整個i p r r v 業務的一部分 首先要部署的基礎業務毫無疑問是視頻廣播和點播業務 但是通過集成語音 通信 電視商務和廣告等業務來對基本業務進行增強的也應該考慮 事實上 業務肯定是在不斷 的演進的 無論是其定義還是涉獵的范圍 由于世界上大多數的電信運營商仍處在口p 1 v 部署的早期階段 所以許多口 業務的定義還不清晰 隨著基礎設施的建設到位和用戶 需求的進一步了解 這些業務的含義將會更加明確 3 3 p t y 業務系統體系架構 是一個全新的業務 在商業模型上有別于其它傳統的電信和廣電業務 i p r r v 的 產業鏈構成更加復雜 包括了內容提供商 業務提供商 網絡運營商和最終用戶等主要環 節 硼r v 業務需要產業鏈各個環節的支持才能構成完整的業務系統 從技術角度 系統可以分為三個組成部分 口 業務平臺 d 承載網絡和用戶終端 如圖3 2 所示 每 個組成部分由一些關鍵設備或軟件系統組成 完成相應的基本功能 下一代同絡中 1 r v 業務提供關鍵技術研究 1 1 博士后研究工作報告 3 3 1i p t v 業務平臺 圈3 2 口t v 系統體系架構 根據業務運營需要 i p r 業務平臺包括內容處理系統 內容分發網絡和運營管理平 臺 內容處理系統負責內容的數字化 壓縮編碼以及分布式存儲等 視頻內容信息極其豐 富 經過數字化后仍將需要大量的存儲空間 壓縮編碼技術可以減小視頻的存儲容量和傳 送帶寬需求 即便經過高度壓縮 數字化后的視頻文件仍然相當龐大 因此存儲系統必須 具備海量的特性 由于多媒體內容的高帶寬和實時性要求 底層的承載網絡通常難以滿足直接傳送視頻 內容的需求 而需要在承載網絡的基礎上建設專用的i p t v 內容分發網絡 廣義麗言 內 容分發網絡是在內容源和用戶終端之間進行內容分發的業務網絡 內容源包括提供組播和 點播服務的媒體服務器 它將存儲系統中經過數字化和壓縮處理的媒體內容以流化的形式 推送到網絡中 運營管理平臺包括用戶管理 業務網絡管理以及其它運營信息管理功能 其中用戶管 理包括對i p t v 業務用戶的認證 計費 授權等功能 以保證合法用戶可以得到安全高質 量的服務 3 3 2 咿承載網絡 彤 承載網絡是運行t c p i p 協議的網絡 包括骨干 城域網絡及寬帶接入網絡 骨干 城域網絡是各種業務共享的通信平臺 目前城域網絡主要采用千兆 萬兆以太網絡 而長 距離的骨干網絡則較多選用s d h 或d w d m 作為p 流量的傳送網絡 下一代網絡中i p t v 業務提供關鍵技術研究 1 2 博士后研究工作報告 寬帶接入網絡主要實現用戶到城域網絡的寬帶連接 目前常用的寬帶接入技術包括 x d s l l a n w l a n 和雙向h f c 等 可以為用戶提供數百k b p s 1 0 0 m b p s 的帶寬 3 3 3i p t v 用戶終端 i p t v 系統的用戶終端一般有三種類型 即p c 個人計算機 機頂盒 電視和智能移動 終端 p c 終端包括了各種臺式計算機和筆記本式計算機 此類設備的特點是自身集成了 較強的處理能力 不僅可以獨立完成視頻解碼回顯任務 還可以安裝其它軟件完成信息交 互 自動升級和遠程管理等功能 如瀏覽器和終端管理代理等 電視機一般僅具備顯示模擬和數字視頻信號的能力 而不具備交互通信能力 機項盒 主要作為數字視頻信號的接收和處理設備并通過網絡與媒體服務器進行交互 因此 目前 采用機頂盒 電視機的終端形式才能滿足全部的i p t v 業務要求 智能移動終端主要是指智能手機及個人數字助理 p d a 目前 市場上具有顯示動 態畫面功能的手機由于受網絡傳輸速率和視頻解碼處理能力的限制還無法提供流暢的視頻 信號 因此只有在無線寬帶接入網絡 如3 g 網絡投入運營并結合更高效的編碼方案后 移動終端才會逐步成為i i t v 的終端設備 3 4i f f v 網絡參考體系架構 和傳統的電信業務不同 r 業務的視頻內容主要來源于專業的內容提供者 服務 提供商通過網絡運營商的網絡把內容提供者與最終消費者聯系起來 在提供i p r 服務的 過程中 盡管通信網絡仍然是業務提供的基礎 內容已經成為不可缺少的組成部分 圖 3 3 所示為a t i s 定義的i f f v 網絡的參考體系架構 2 囝3 3i p t v 霸絡參考體系架構 下一代兩絡中州業務提供關鍵技術研究 1 3 博士后研究工作報告 圖3 3 所示的i p l 網絡參考架構包括了內容網絡和傳送網絡兩個層面 在內容網絡層 面分別定義了如下結點 超級頭端 s u p e rh e a de n d s h e 是國家級的廣播視頻獲取與匯聚點 也是插入 點播視頻的中心點 廣播視頻通常通過衛星接收并經過處理后分發到下游結點 點播 內容從各種渠道獲取并進行處理 s h e 是整個i p l 網絡的內容源 其任務包括視頻內 容的存儲及區域無關內容的傳送 視頻分發中心 v i d e oh u bo f f i c e v h o 是區域性的視頻分發點 它的目的是為本 地的i p r v 網絡提供內容 v h o 是區域性的廣播視頻源 負責存儲本地媒體內容 接 收上游的v h e 內容并為下游用戶提供連接 本地廣告的插入也在v h o 中執行 i p t 業務由v h o 通過匯聚 接入網絡提供給最終用戶 v o d 服務器和其它應用服務器通常 置于v h o 中 視頻服務中心 v i d e os e r v i c eo f f i c e v s o 也稱為中心機房 c e n t r a lo f f i c e c o 存放和管理用于將用戶連接到i p t v 網絡中的所有接入系統 此外 匯聚設備 可以使網絡連接更加高效 v s o 也是匯聚設備的存放點 傳送網關 d e l i v e r yn e t w o r kg a t e w a y d n g 專門服務于單個用戶 家庭 d n g 支 持連接運營商i p 丁v 網絡的接口和連接家庭網絡的l a n 接口 在網絡層面 端到端的視頻業務傳送路徑上的關鍵組成部分包括 核心網絡 包括寬帶業務路由器 b r o a d b a n ds e r v i c et o u t e r s b s r 位于視頻分 發中 l v h o 用以連接提供音視頻源的業務后端基礎設施s h e 和廣域i n t e m e t 城域 匯聚網絡 包括寬帶業務匯聚結點 b r o a d b a n ds e r v i c ea g g r e g a t o r s b s a 用于匯聚用戶流量并在城域范圍內為多個業務中心機房分發流量 b s a 一般位于v s o 中 接入網絡 包括寬帶業務接入結點 b r o a d b a n di n v i c ea c c e s sr o d e b s a n 在 業務中心機房 c o 提供用戶接入 家庭網絡部分 包括家庭網關 r g 和機頂盒 s t b 等 用以傳送音視頻信號到 終端設備 相對于話音和數據業務 視頻業務對網絡提出了更高的要求 為了滿足用戶對i p l 業 務的期望需要考慮以下的問題 設計一個良好的網絡架構 這個網絡架構內在具有支持b t v 和v o d 業務的可擴展性 可靠性和q o s 需求 同時可以優化業務提供成本并具有足夠的靈活性適應視頻業務的 變化和將來流量的變化 規劃和優化網絡的容量 q o s 機制和資源保護機制 使得在正常情況下端到端路徑上 網絡擁塞最小化 下一代同絡中州業務提供關鍵技術研究 1 4 博士后研究工作報告 在特殊情況下 為了避免網絡出現過載采用接納控制機制 測量和驗證用戶服務質量的s l a 滿足情況 如有必要采取相應的糾正行動 3 5i v 業務提供的技術需求 d 町v 也稱為網絡電視 確切地說 口阿v 是利用寬帶網絡作為基礎設旋 以家用電視 機或個人電腦作為主要顯示終端 利用一系列h i t 瞰戚協議承載和傳輸經過編碼壓縮的多 媒體數字信號 為家庭用戶提供包括電視節目在內的多種交互式數字多媒體服務以及各種 增值服務的技術 人們可以通過p c 個人電腦 機頂盒 電視機 智能移動終端等多種方式 享受f 服務 從用戶角度看 i f f v 業務可以提供具有個性化和實時交互特點的點播服 務和類似于傳統電視的菲交互式廣播服務 口t v 業務的突出特點是具有交互性和實時性 從而改變了傳統電視的被動收看模 式 實現了無論何時何地 按需觀看 的交互式電視功能 p t v 業務的實現過程對業務 網絡 口承載網 寬帶接入 終端 以及媒體編解碼 數字版權保護等一系列技術提出了 新的要求 特別是由于視頻的高帶寬和實時性要求 視頻內容存儲與分發是i p r 業務提 供的關鍵技術 礬r 是一種三重播放業務 需要同時支持視頻 語音和數據業務 其系統架構必須 要滿足各種復雜的技術需求 用戶需求是業務發展的基礎 提供良好的用戶業務體驗是 i f f v 系統的設計目標 對于一個新業務 用戶希望它在提供更加豐富的影視內容的同 時 還需要具有與傳統有線電視相比更加優良的特點 除了與有線電視節目相當的高質量 圖像效果 類似于遙控器的簡單操作方式 用戶還需要個性化節目定制 需要能夠在任何 時問和地點自由選擇觀看內容的全新業務體驗 為了滿足用戶的需求 f 業務對現有網絡技術 計算技術 多媒體技術等都提出 了很高的要求 對傳統的商業模型 網絡融合 安全機制等也提出了許多新的挑戰 口t v 業務的技術需求主要有以下幾點 承載網絡需求 為確保良好的服務質量 需要底層的坤承載網絡和接入網絡具有足夠的容量 并可 以靈活地管理和控制網絡資源 信源編解碼技術需求 要求在提供高質量圖像畫面的同時盡量降低編碼速率 為了減少傳輸差錯的影響 還 需要編碼具有一定的容錯能力 業務性能需求 口t v 系統需要提供明晰的節目單和業務導航能力以及大容量內容存儲 管理與分發 技術 口p 1 v 是以內容為中心的實時業務 用戶的使用目的多數是為了娛樂和消遣 因而 需要高質量保證 一數字安全保護需求 下一代網絡中 1 r v 業務提供關鍵技術研究 1 5 博士后研究工作報告 出于對內容提供商內容資源的保護 i p t v 系統要有良好的安全管理和版權保護措 施