充分利用城域网承载IPTV组播业务

充分利用城域网承载IPTV组播业务
姜希军
【摘要】分析了IPTV组播业务的特点和开展组播业务的关键技术，在此基础上，结合青岛城域网的现状，提出了在城域网中合理部署组播协议，并规划网络结构。

本文的观点为在城域网中开展IPTV业务提供了重要实际参考。

【期刊名称】《广东通信技术》
【年(卷),期】2012(000)006
【总页数】5页(P35-39)
【关键词】IPTV;组播;DHCP;IPoE;业务路由器;宽带接入服务器;组播源;RP
【作者】姜希军
【作者单位】中国联通青岛分公司网络维护中心
【正文语种】中文
姜希军
南京邮电大学，硕士，现工作于中国联通青岛分公司网络维护中心，主要从事城域网的维护和建设。

2010年1月13日国务院办公厅公布了三网融合整体方案，三网融合进入试点准备阶段；6月8日，国家三网融合协调小组会议通过了试点方案第六稿，明确指出电信运营商可以为IPTV集成播控平台与用户端之间、手机电视集成播控平台与用户端之间提供信号传输和相应的技术保障；允许电信制作非时政节目，提供部分节目源和EPG节目单；7月1日，国务院办公厅发布了第一批三网融合试点地区(城
市)名单：北京市、辽宁省大连市、黑龙江省哈尔滨市、上海市、江苏省南京市、
浙江省杭州市、福建省厦门市、山东省青岛市、湖北省武汉市、湖南省长株潭地区、广东省深圳市、四川省绵阳市。

虽然IPTV的某些政策规定尚不够明确，但是全国IPTV的用户已经如火如荼地发展起来。

据统计至2011年底，全国试点地区IPTV 用户数超过350万。

作为IPTV试点城市之一的青岛市目前拥有宽带用户数早已超过百万，IPTV用户的发展前景非常广阔。

另外，IPTV作为一种新的数字媒体播控方式，它丰富的直播内容，随意操控的时
移电视，海量的点播节目，很好地融合了互联网和广播电视的特点，正在越来越多地引起了用户的关注。

需求创造价值，IPTV业务的发展必将给电信运营商带来新
的业务发展契机。

国际电信联盟对IPTV进行了定义：“IPTV是一种多媒体业务，例如电视、视频、文本、图形和数据等，是在具有一定的QoS/QoE、安全、交互性和可靠性可管理的IP网络上传送的。

” 定义主要包含了以下两个方面的内容：
第一，IPTV是一种多媒体的业务，电视、视频、语音、文本、图像、数据等业务
都是IPTV的一种表现形式；
第二，IPTV承载在可管理的IP网络上，此IP网络是一个可管理的网络，能够提
供所需要的服务质量、质量体验、安全性、可交互性和可靠性等级。

IPTV的典型业务应用主要有4个方面：互联网电视IPTV，数字互动高清电视HDTV，手机电视Mobile TV，网络电话VoIP。

这些典型的业务应用，对于促进
信息和文化产业发展，提高国民经济和社会信息化水平，满足人民群众日益多样的生产、生活服务需求，拉动国内消费，形成新的经济增长点，具有重要意义。

对于网络运营商而言，IPTV业务的开展既可以充分利用自己的网络优势，又可以响应
国家发展战略，为宽带用户提供一种全新的服务。

IPTV的数据流量可以分为直播节目流量、点播节目流量和其他增值类业务的流量。

对于点播流量和其他增值类业务流量，它们在IP网络中的传播方式就是单播(unicast)，而对于直播类的流量，它在IP网络中的传输方式是组播(multicast)。

如果组播流量在IP网络中传输也采用单播协议，当用户较多时将会极大地占用网
络带宽，并对流媒体服务器的性能带来很大的影响。

鉴于目前IP网络的带宽还不
是很丰富，开展IPTV业务需要在IP网络中部署组播协议,这样一方面可以减少用
户对整个网络带宽的需求，另一方面可以降低对流媒体服务器的压力，而且用户流量的增长也不会对网络带宽和流媒体服务器带来影响。

宽带上网用户采用的认证方式是点到点连接认证协议，配合客户端内置拨号软件方式获取互联网IP地址,使用简单数据信息‘口令与密码’方式进行客户的身份识别，也就是通常所说的PPPoE的认证方式。

随着IP网技术向通信业务承载网方向的演进，像IPTV这样的新业务，它具有不
同于普通宽带上网的业务特点：大带宽、终端为非智能设备、需要网络通路信息、24小时永远在线等，这些业务特点使得PPPoE认证机制有所欠缺.由此，一种新
的认证方式IPoE便产生了。

它既保持了现有RADIUS用户控制架构不变（兼容PPPoE业务），又采用DHCP‘动态主机配置机制’技术进行IP地址的集中管理与分配，用户的线路信息情况可以通过插入Option82提供用户的位置信息认证，终端设备的MAC地址可以提供用户的身份识别和鉴权。

下表列出了两种认证方式的比较：
为了能够更好地在城域网中开展组播业务，用户的认证方式选择IPoE的方式更为合适。

IPoE有两种实现方式：session级的IPoE和非session级的IPoE。

非session级的IPoE认证，它的特点是：在DHCP服务器上开发相应的接口与后台认证系统交互，进行用户接入认证，但不具备用户session管理能力；session级的IPoE认证，它的特点是：用户接入认证通过后分配地址，业务接入控制层设备集中管理，
具备用户session管理能力。

目前在青岛城域网的业务终结层面，除了原有提供PPPoE上网业务的BAS，还增加了与之对等的业务路由器（SR），主要作为针对大客户的专线接入网关、MPLS VPN PE设备等，基本网络结构如图1所示：
如果在现在的网络上开展IPTV业务，将会存在以下问题：
宽带接入汇聚网络（包括ATM、以太、MSTP/RPR)等普遍存在带宽资源短缺的情况，ADSL线路受传输距离、外部环境等影响，对一些距离端局较远的用户没法提供IPTV业务所需带宽。

解决这一问题需要对接入网络进行大规模的改造，用FTTx的方式大幅度提高用户带宽接入能力，同时给用户很优惠的资费甚至是免费提高用户的接入速率，这就需要对接入网络进行大规模的改造，这个工程目前正在进行中。

在现有的情况下，可以考虑在接入条件比较好的小区先行开通IPTV业务，随着网络改造的不断进行逐渐扩大IPTV业务的覆盖范围。

现网没有提供针对业务的QoS保证，瞬时拥塞也会影响到IPTV用户的接收体验；部分设备开启QoS功能后，会影响其CPU利用率等性能。

汇聚层以上的设备，QoS的业务保障能力基本没有问题，大二层的汇聚交换机通
过更换为新的ES类型的板卡也可以提供QoS支持，接入层的设备由于类型复杂，版本多样，对QoS的支持不一，给QoS的部署带来困难，这个困难的克服也有
待于接入网络的逐步改造。

可以对选定为开通IPTV业务的小区优先进行设备改造并部署QoS。

不同厂家设备对协议互通性的要求可能不同，开通组播协议会影响设备的性能；大部分DSLAM不支持组播功能；BAS支持组播能力不一。

开通IPTV业务必然要部署组播协议，首先可以选择接入设备支持组播能力强的小区先行开通IPTV业务。

IPTV用户通过DHCP获得IP地址，同时为了网络安全和用户认证需求，要求城
域网中的设备支持DHCP Snooping，DHCP Snooping option 82，DAI （Dynamic ARP Inspection）技术。

理想情况下，IPTV用户采用每用户每vlan的规划，但是现网中vlan的使用和规
划可能不能完全满足每个IPTV用户采用不同的业务vlan，在这种情况下，启用IGMP Snooping功能就是必不可少的了。

一般的二层网络设备是可以支持IGMP Snooping功能的，它保证了在同一IPTV
业务vlan中有多个用户时，某用户只有在自己请求了IPTV节目后才收到IPTV组播流量，在未发送请求之前，不会受到同一VLAN中其他用户的干扰。

为节约网络带宽和服务器资源，不同用户如果接收同一个组播流，服务器只需发送一份数据，网络只需在用户的分支点进行复制，在分支点以上的网络只需传送一份数据流。

由于IPTV用户属于不同VLAN，所以要求网络设备支持跨VLAN组播复制。

基于以上几个方面的考虑，城域网中开展IPTV业务需要部署一组DHCP server，它负责为IPTV机顶盒分配IP地址；核心节点下部署中心服务器CS，是整个城域网IPTV业务的内容提供者，它的节目来源可以是通过与广电部门合作，也可以通过IP骨干网或单独的专线由省一级网络或部门提供；边缘节点部署边缘服务器ES，作为片区用户的组播源。

为了更好地承载IPTV业务，如果投资允许，可以考虑建设专门的SR，网络结构组织图如下：
这样城域网中的业务就通过接入汇聚设备进行了分流，将基于PPPoE的普通上网
业务通过BAS接入，将视频电话、IPTV等业务通过SR接入，如下图所示：
合理选择组播复制点很重要，组播复制点靠上，组播部署相对简单，对接入设备的要求较低，但是对于接入网段的带宽占用比较严重；组播复制点靠下，组播部署相对复杂，对接入设备的要求较高，但是可以有效节省接入网段的带宽。

合适地选择
组播复制点可以兼顾各个方面的因素。

部署组播复制点的方案可以有三个选择：
5.1.1 选择BAS/SR作为复制点
它的特点就是有多少IPTV用户，在汇聚层和接入层网络就会存在多少份的组播流量，这将严重占用城域网带宽资源。

但是这种情况对接入层和汇聚层的设备要求不高，只要透传业务vlan即可。

这种方式适合于用户PPPoE方式接入，并且用户数量较少的情况。

5.1.2 选择汇聚大二层交换机作为复制点
它的特点就是有多少IPTV用户，在接入层网络就会存在多少份组播流量，这将占用汇聚交换机到用户驻地的带宽资源。

汇聚层设备只要支持组播vlan和IGMP snooping，接入层设备只需透传vlan即可。

这种方式适合于用户IPoE方式接入，小区接入设备不支持组播vlan及跨vlan组播复制的情况。

5.1.3 选择园区汇聚交换机、OLT、DSLAM作为复制点
它的特点就是可以有效分配带宽资源，IPTV用户的增加不会影响OLT/DSLAM到BAS/SR的网络带宽。

对于汇聚层和接入层设备要求都支持组播vlan和IGMP snooping。

当用户采用IPoE方式接入，接入设备又具备组播能力的时候可以选
择这种方式，它适于大规模直播业务的部署。

根据青岛城域网的现状和用户发展情况，选择第5.1.3 中的方式是最合适的。

组播复制点选择在DSLAM、OLT、二层汇聚交换机上，相应地IGMP Snooping
或者IGMP proxy功能和组播VLAN功能也在这里启用。

如果启用IGMP proxy
功能，二层接入设备将终结STB的IGMP报文；如果启用IGMP Snooping，则
二层接入设备将IGMP报文透传给组播路由器。

之后该二层设备将组播VLAN的IPTV直播业务按接入端口或VLAN进行组播复制。

在SR上启用DHCP relay，使得IPTV用户可以通过SR去DHCP server上取得
地址。

而启用PIM-SM可以使得IPTV用户能够找到组播源。

此外，通过SR静态指定RP,既能够简化业务的实现方式，还可以实现用户的组播权限控制。

因为跨域的组播问题比较多，目前的组播域一般使用二层链路将全省连接为一个组播域，地市建立区域中心作为单独的组播源。

在应用层，IPTV服务器自身利用CDN系统进行组播，在网络层，边缘服务器再进行组播。

可以指定核心路由器作为RP，两台核心路由器之间运行MSDP，组建Anycast RP。

当然也可以采用新建路由器作为专用的RP,但是那样就增加了网络建设的费用。

在不单独建设IPTV承载网的情况下，可以充分利用城域网的设备开展IPTV组播业务。

本文根据对城域网的现状分析，指出了开展组播业务时存在的问题，并提出了相应的解决方案。

对于部署组播的关键技术进行了研究，认为部署组播协议，合理选择组播复制点，采用IPOE的认证方式是开通IPTV业务的关键所在。

1 中国联合网络通信集团有限公司，《三网融合试点城市网络改造原则》，2010年4月。

2 刘多，ITU-T IPTV最新标准化情况介绍，《中国数字电视》2008年第01期，60-63页。

3 聂祥，浅析现阶段IPTV 业务的应用及运营，《电信科学》,2005年第5期，43-46页。

【相关文献】
4 Juniper Networks White Paper, 《Introduction to IGMP for IPTV Networks》,Part Number:200188-003 Oct 2007.
5 许永明，谢质文，欧阳春, 《IPTV 技术与应用实践》，北京，电子工业出版社，2006年，79-86页。

6 ITU，ITU-TY.1901，Requirements for the support of IPTV services，January，2009。