IPTV架构最新技术及标准化进展

IPTV架构最新技术及标准化进展
李海花
摘要：本文主要从体系架构的角度，对ITU-T FG IPTV和ETSI TISPAN关于IPTV 系统架构的最新研究进展和标准化情况进行了介绍。

1 概述
IPTV目前在全球范围内迅速发展。

据统计，截至2006年6月30日，全球IPTV 用户数达到300万，是2005年同期的两倍，其中欧洲用户数最多，并且在2006年发展最快，其中法国电信、意大利电信、英国电信都提供了IPTV业务；另外从相关咨询机构对IPTV的预测来看，IPTV业务的发展前景非常乐观。

但是由于缺少标准方面的支持，IPTV在发展过程中受到了一定程度的限制，当然还包含用户的使用习惯和内容缺乏等方面的限制。

为了推进IPTV的标准化，适应IPTV快速推进迅速发展的需求，目前电信领域两大国际标准组织ITU-T FG IPTV和ETSI TISPAN都在加紧对IPTV相关标准的研究工作。

本文主要从IPTV架构出发，对两个标准组织的最新研究情况进行了介绍。

对于IPTV的架构，两个标准组织都从两个方面进行了研究，一种是基于非NGN的IPTV 架构（也称为non-NGN-based IPTV），另一种是基于NGN的IPTV架构（也称为NGN-based IPTV）。

对于基于NGN的IPTV架构，是根据是否重用IMS相关功能部件而分成基于IMS的IPTV架构（也称为IMS-based IPTV）和基于非IMS的IPTV架构（也称为non-IMS-based IPTV）。

2 FG IPTV最新标准化进展
2.1 概述
ITU-T IPTV焦点工作组（简称为FG IPTV）于2006年4月在瑞士日内瓦宣布成立，主要职责是协调和促进全球各标准化组织、论坛、协会以及ITU-T相关研究组的IPTV标准化活动，每三个月举行一次会议。

到目前为止已经召开了四次会议， 目前FG IPTV下设六个工作组，具体组成和分工如表1所示。

IPTV的功能架构在WG1进行研究，根据FG IPTV第二次会议的讨论，确定了分别开发基于NGN（ITU-T Rec.Y.2012）和非NGN环境下的IPTV体系架构工作思路。

NGN环境下的NGN又存在两种实现方式，即利用IMS（或其扩展）实现IPTV，以及利用其他非IMS的NGN业务组件实现IPTV。

目前相关的工作文档为“IPTV Architecture”，下面针对该文档简单介绍一下FG IPTV上次会议的主要输出成果。

2.2 FG IPTV 关于IPTV 架构方面的最新研究进展
2.2.1 IPTV 通用架构
FG IPTV 在IPTV 架构研究中，首先给出了IPTV 通用架构，如图1 所示：
■内容提供
负责提供与IPTV 相关的内容，包括对IPTV 进行一些预处理，如格式转换、根据版权管理的要求对内容加密等。

■ IPTV 控制
提供对IPTV 业务的预处理和业务提供处理，预处理包括向内容提供请求内容、生成内容分发策略、通过EPG 部件发布业务信息；业务提供处理包括向用户分发业务信息，根据用户的定制信息提供内容授权信息，同时至少维护三类信息，包括内容清单、业务清单和用户清单。

■ 内容分发
在提供IPTV 业务之前或提供IPTV 业务过程中，要将内容信息传送给内容分发部分，同时为了实现内容的有效传送，内容分发还提供对内容的存储/缓存功能。

当用户请求内容时，由IPTV 控制指示内容分发功能获取相关的内容。

内容分发支持和用户之间的直接交互，如播放、暂停控制等，并控制IP 承载网实现资源预留。

■ 端系统
对应IPTV 业务用户终端需要提供的相关功能，包括采集用户的相关控制命令，和IPTV 控制功能进行交互获得业务信息（如EPG）、内容授权信息和加密密钥。

还包括内容获取、内容解密和内容解码能力。

■ IPTV 系统管理和安全
负责对整个系统的状态监测、配置和安全。

2.2.2 基于非NGN（Non-NGN-based）的IPTV 架构
基于非NGN 的IPTV 架构如图2 所示。

■ 用户端系统包含的功能
1）IPTV 设备功能（IPTV Device）
客户端控制功能（Control Client）：和IPTV 网络控制部分进行交互，协商建立相关的IP 连接。

应用客户端（Application Client）：用户终端和IPTV 应用服务器之间的接口。

媒体客户端（Media Client）：提供媒体流的接收和控制功能。

2）客户端系统传送功能（Customer Transport Functions）
提供客户端设备和外部网络之间的连通性。

包括对IP 连通性的管理、获取IP 地址、配置客户端IPTV 设备。

■ 网络功能（Network Functions）
包括接入网、边节点功能、核心传送、鉴权和IP 地址分配、资源控制功能。

网络功能分成传送功能和控制功能。

■ 业务部件（Service Component）
提供IPTV 控制（IPTV Control），负责建立和维护网络资源，以便支持媒体流的传送。

包括：
1）分发、发布广播和VoD（Distribution & Delivery Broadcast & VoD）：提供对广播&VoD 相关内容信息的分发及发布控制。

2）用户清单功能（User Profile Functions）：提供用户清单的存储和管理。

3）IPTV 控制（IPTV Control）：提供建立和维护网络资源的相关控制功能。

■ 应用部件（Application Component）
包含各种IPTV 应用部件，用户能够通过IPTV 终端来选择或购买相关的内容，
同时提供内容保护相关功能。

包括：
1）IPTV 应用（IPTV Application）：通常提供IPTV 业务选择、IPTV 内容预览和选择功能。

例如：向客户终端提供相关内容的URL 信息。

2）IPTV 用户管理（IPTV Subscriber Management）：提供对用户的应用级管理。

2.2.3 基于NGN 且基于非IMS（Non-IMS-based）的IPTV 架构
基于非IMS 的IPTV 架构如图3 所示：
NGN-Based IPTV 架构和Non-NGN-Based IPTV 之间的区别在于，在网络控制部分利用了NGN 中定义的NACF（网络附着控制功能）和RACF（资源接纳控制功能）两个子系统。

2.2.4 基于NGN 且基于IMS（IMS-based）的IPTV 架构
基于IMS 的IPTV 架构如图4 所示。

除用了NGN 中定义的NACF（网络附着控制功能）和RACF（资源接纳控制功能）两个子系统外，还基于IMS 的IPTV架构在IPTV 控制部分利用了IMS 提供的会话控制功能，其中用户清单功能包含3GPP 定义的HSS 全部功能。

客户端系统和IMS 核心控制部分利用SIP 协议进行交互。

2.2.5 基于NGN(NGN-based)的IPTV架构
两种基于NGN的架构可以共存，如图5所示，并且图5对上述架构进行了扩展，给出了内容提供商以及OSS/BSS相关的功能部件。

其中：
1）DRM客户端、DRM服务器和DRM&版权源：主要用来提供对内容版权的描述和保护，通常情况下，内容提供商负责提供IPTV业务内容源，并定义相应的版权；DRM 服务器对内容实施保护，DRM客户端必须获取相应的密钥才能够接入到相应的内容。

2）IPG客户端、IPG服务器和IPG数据源：主要用来提供和分发描述IPTV业务和相关内容的元数据。

3）OSS/BSS：运营支撑系统。

3 TISPAN最新标准化进展
3.1 概述
TISPAN全称是Telecommunication and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking，于2003年9月成立，专门对NGN进行研究
和标准化工作。

TISPAN分为八个工作组分别负责业务、体系、协议、号码与路由、
家庭网络、测试、安全、网络管理方面的研究和标准化工作，IPTV是TISPAN R2阶段研究热点之一，目前关于IPTV的需求分析快要进入尾声，有可能在2007年6月25日至29日在法国Sophia Antipolis召开的14bis会议上通过。

IPTV架构主要在TISPAN WG2进行研究，由于最近两次会议研究进展不大，相关架构还不稳定，所以相关协议实现细节方面的研究还没有展开。

在TIPSAN，IPTV架构也分成三个项目展开研究，分别是：
■WI2047 IPTV公共架构（IPTV architecture：Common architectural aspects）；
■WI2048 IMS-based IPTV架构（IPTV Architecture；IPTV functions supported by the IMS subsystem）；
■WI2049 IPTV架构特定子系统（IPTV architecture：Dedicated subsystem for IPTV functions in NGN）。

也可以分别对应到ITU FG IPTV提出的三种架构，即基于非NGN的架构、基于IMS的架构和基于非IMS的架构。

下面简单介绍一下这三个方面的最新研究情况。

3.2 TISPAN关于IPTV架构方面的最新研究进展
3.2.1 IPTV公共架构
IPTV公共架构拟包含的主要研究内容有：IPTV应包含的功能以及所提供的能力、IPTV公共功能部件（包括和已有公共NGN部件之间的交互，和RACS之间的交互，和NASS之间的交互，公共传送功能，公共的用户终端部分，其他IPTV特定的公共部件）、安全、计费、管理、信息交互流程、和其他网络之间的交互。

目前对IPTV公共架构的研究还处于刚刚起步阶段，目前该项目最新输出文
档只给出了IPTV需要提供的公共部件，包括：
■ 计费和记账功能：负责管理用户的计费和业务定制；
■ 用户业务清单功能（UPSF，User Profile Serving Function）；
■ 业务策略决策功能（SPDF，Service Policy Decision Function）；
■ 接入—资源接纳控制功能（A-RACF，Access - Resource Admission Control Function）；
■ 资源控制执行功能（RCEF，Resource Control Enforcement Function）；
■ 边界网关功能（BGF，Border Gateway Function）。

3.2.2 基于IMS的 IPTV架构
基于IMS的IPTV架构将重用NGN IMS架构和相关特征，可能重用的IMS
特征包括：
■ 用户和网络双向鉴权；
■ IMS信任模型；
■ 能力交互；
■ 多媒体会话控制；
■ 计费；
■ 用户清单；
■ 和其他NGN业务之间的交互。

3.2.2.1 基于IMS的IPTV高级功能架构
该研究项目给出了基于IMS的IPTV高级功能架构图，如图6所示。

其中：
■ 用户设备（UE）
终止IPTV控制和媒体信令，将相应的详细信息显示给用户，用户通过UE可以选择节目、内容、业务描述。

■ IPTV业务支持功能（IPTV Service Supporting Function）
为各种IPTV业务和应用提供相应的支持功能，并为IPTV业务和应用提供相应的能力，如内容管理、业务选择和发现、EPG等。

■ IPTV应用（IPTV Application）
执行IPTV业务控制功能，向用户提供各种IPTV业务。

■ 用户业务清单功能（UPSF）
存储和提供与用户相关的业务清单功能。

■ 计费（Charging）
提供计费相关功能
■ TISPAN IMS核心（TISPAN Core-IMS）
提供鉴权、授权，以及与业务提供和内容分发相关的信令处理。

它负责将信令消息路由到相应的应用服务器，或根据UPSF中信息执行业务触发，同时和RACS（资源接纳控制子系统）进行交互完成资源预留和接纳控制。

■ 传送控制（Transport Control）
主要包括RACS和NASS相关功能。

■ 传送处理功能（Transport Process Functions）
指接入网和IP承载网。

■ 媒体分发、发布和存储（Media Delivery, Distribution and Storing） 媒体分发和发布功能接收和保存从内容提供商进入到IPTV系统中的直播信息和媒体流，主要提供媒体处理、分发、存储和发布功能，所有的功能在IPTV业务以及相关的控制之下完成。

3.2.2.2 基于IMS的IPTV功能架构
基于IMS的IPTV功能架构如图7所示：
每类IPTV业务都包含一对IPTV业务控制和IPTV媒体功能。

其中IPTV业务控制功能（SCF—Service Control Function）主要提供会话初始阶段的业务认证、根据用户的IPTV业务清单确定是否允许用户使用相关的业务、信用控制、选择相应的IPTV媒体功能，可以看作是NGN架构中的SIP应用服务器，SCF和IMS核心之间通过ISC接口进行交互。

UE和SCF通过IMS核心网进行会话相关的信息交互，UE也可以通过Ut接口进行业务清单配置。

IPTV媒体功能负责控制和分发媒体流，包括媒体控制功能（MCF—Media Control Functions）和媒体分发功能（MDF—Media Delivery Functions）。

MCF提供媒体流的控制功能，对MDF的状态进行监控，管理和UE之间的交互（如IGMP命令或播放等控制命令），当MCF控制多个MDF时负责选择一个MDF，跟踪不同MDF的状态和内容发布情况，产生计费信息；MDF提供媒体流的分发，向MCF发送状态报告（如：报告IPTV媒体流的建立）。

MCF和UE通过Xc’接口执行媒体控制，MDF和UE通过Xc’接口执行媒体分发。

UPSF保存IMS用户清单以及IPTV特定的用户清单数据，并通过Sh接口和SCF 进行交互，通过Cx接口和IMS核心交互。

当有多个UPSF时，IMS核心和SCF也可以使用SLF（Subscription Locator Function，签约定位器功能）获取UPSF的地址。

SISF(Service discovery and selection Information Serving Function，业务发现和选择信息服务功能)向UE提供相应的信息以便选择IPTV业务。

SISF支持
的程序包含两步：首先SISF向UE提供业务附着信息，包括地址信息（如：URI或IP地址），如EPG服务器地址、CoD SCP地址。

随后向UE提供可用业务的列表，UE 预览或进行业务选择。

3.2.3 IPTV特定子系统的功能架构
IPTV特定子系统的功能架构如图8所示：
■ NGN应用（NGN Applications）
向用户提供多媒体应用，同时还向运营商提供集中的NGN管理接口，以便进行内容管理、计费、和IMS业务的交互等等。

■ IPTV应用（IPTV Applications）
提供各种IPTV应用，使用户能够获得IPTV应用，和其他NGN应用进行交互，以及管理IPTV子系统。

其中面向客户的IPTV应用（Customer facing IPTV applications）提供业务提供、业务选择和鉴权功能；面向运营商的IPTV应用（Operator facing IPTV applications）提供对NGN中IPTV子系统的运营控制和管理、内容预处理、内容授权管理、用户管理、IPTV分发管理、用户清单管理功能；面向业务的IPTV应用（Server side IPTV applications）和NGN业务进行交互。

■ IPTV业务控制和分发（IPTV Service delivery and control）
主要功能包括媒体获取和发布、媒体分发单元的选择、证书和版权管理、IPTV 会话控制和管理、与其他NGN部件之间的交互（如接纳控制和资源分配）。

■ 传送（Transport）
包含NGN公共部件RACS和NASS，提供策略控制、资源预留、接纳控制以及IP 地址提供、网络级用户鉴权、接入网配置等功能。

■ 用户传送（Customer transport）
提供到接入网和家庭网络的连接。

■ 媒体管理（Media Management）
使NGN运营商能够通过集中管理点管理NGN中的多媒体，多媒体管理可以包括工作流管理、版权获取和发布、元数据的获取和发布等。

■ 计费（Charging）
■ 用户终端UE
提供和用户的交互功能，以及对IPTV和其他NGN业务的控制。

IPTV终端处理业务相关的多媒体信息，并转换成适当的格式呈现给用户。

用户交互包括业务发现、选择和授权。

4 综述
本文介绍了ITU FG IPTV和TISPAN对IPTV功能架构方面的最新研究进展， 从目前的研究进度看，最晚在2007年底之前有可能形成较稳定的IPTV架构。

两大标准组织都同时从三个角度开展了对IPTV架构的研究，从FG IPTV
的情况来看，三种架构基本在同步推进，但从会议讨论情况来看，基于IMS的 IPTV架构讨论得相对激烈一些，TISPAN参会代表对三种架构的热衷程度表现的 比较明显，大部分文稿都针对基于IMS的IPTV。

这三种架构针对不同的适用场
景和应用部署，三种架构的关系和发展还有待深入探讨。