基于廣播電視IP承載網(wǎng)絡(luò)的組播技術(shù)應(yīng)用探討

王 凱

中國廣電內(nèi)蒙古網(wǎng)絡(luò)有限公司 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010010

1 引 言

傳統(tǒng)廣播電視網(wǎng)絡(luò)為用戶提供電視直播業(yè)務(wù)時(shí)往往采用前端系統(tǒng)+HFC（混合光纖同軸電纜網(wǎng)）分配網(wǎng)，利用頻譜資源調(diào)制后的帶寬承載了所有節(jié)目內(nèi)容，并按照用戶需求進(jìn)行側(cè)解調(diào)完成節(jié)目接收。隨著電視清晰度的提升以及節(jié)目頻道的增加，這種模式對于調(diào)制帶寬的要求越來越高，有限的頻譜資源不僅制約了高清、超高清節(jié)目的數(shù)量，也無法滿足用戶日益增加的需求，難以跟上信息變革的步伐。

隨著承載網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用場景的豐富，使高清晰內(nèi)容的傳輸逐漸擁有擺脫傳統(tǒng)廣播電視HFC網(wǎng)絡(luò)頻譜資源制約的可能性。承載網(wǎng)技術(shù)具有基于路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)、帶寬易于擴(kuò)容等特點(diǎn)，采用“以帶寬置換分辨率”的模式，為用戶提供大量節(jié)目內(nèi)容，其中最為常見的形式是視頻點(diǎn)播。然而，在視頻點(diǎn)播過程中，內(nèi)容平臺會依據(jù)用戶訪問量建立相同數(shù)量的數(shù)據(jù)流，即使訪問的是同一內(nèi)容，也會按照用戶數(shù)量提供數(shù)據(jù)流，為平臺存儲資源和干線帶寬資源帶來較大壓力，只適用于小規(guī)模內(nèi)容并發(fā)。

采用一種即像傳統(tǒng)電視節(jié)目能夠方便用戶隨取隨用，又能有效節(jié)省網(wǎng)絡(luò)干線資源的技術(shù)模式，在廣播電視業(yè)務(wù)發(fā)展中就顯得尤為重要，而網(wǎng)絡(luò)組播技術(shù)剛好有助于解決以上兩個(gè)難點(diǎn)。下面圍繞廣播電視承載網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)組播技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行探討。

2 組播技術(shù)

組播業(yè)務(wù)流不同于單播一對一（點(diǎn)對點(diǎn)），它是一對多（點(diǎn)對多點(diǎn)）的通訊方式，同時(shí)有一個(gè)發(fā)送者和多個(gè)接收者，中間的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)接收者的需要，有選擇性地對數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)，滿足同一需求群體的請求，如圖1所示。

圖1 單播與組播業(yè)務(wù)流

在網(wǎng)絡(luò)組播協(xié)議運(yùn)行過程的特定組中，服務(wù)組根據(jù)特定組成員發(fā)起的需求供給本組內(nèi)多個(gè)成員的同一份數(shù)據(jù)流，在就近的組播節(jié)點(diǎn)完成復(fù)制并按需分發(fā)。這樣，在組播節(jié)點(diǎn)之前就只存在一份數(shù)據(jù)流，節(jié)約上游網(wǎng)絡(luò)鏈路帶寬資源，極大地減輕了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，服務(wù)了多個(gè)組成員。組播的四個(gè)要素如下：

2.1 組播源

組播源，也就是組播信息的發(fā)送者，可以為多個(gè)組播組提供組播數(shù)據(jù)，同理，多個(gè)組播源也可以為多個(gè)組播組提供組播數(shù)據(jù)。

2.2 組播組

以IP組播地址為基礎(chǔ)的一個(gè)類別標(biāo)識，用戶可以通過加入“組”來獲取“組”中轉(zhuǎn)發(fā)的信息，同時(shí)“組”也可以用作區(qū)別用戶想要獲取的信息流標(biāo)識。

2.3 組播組成員

通過加入組播組來獲取信息的主機(jī)被稱為“組播組成員”。作為成員可以在任意時(shí)間、任意位置、不受限制地加入或者離開網(wǎng)絡(luò)中所提供的任何組播組。

2.4 組播網(wǎng)絡(luò)

一般是由路由器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠運(yùn)行PIM（個(gè)人信息管理）、IGMP（網(wǎng)際組管理協(xié)議）等組播網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。組播網(wǎng)絡(luò)連接組播源、組播組成員，并通過建立組播組來服務(wù)于二者。

3 典型組播結(jié)構(gòu)

組播源提供節(jié)目內(nèi)容，根據(jù)內(nèi)容與組播組地址匹配對應(yīng)關(guān)系，向網(wǎng)絡(luò)單向提供組播源內(nèi)容，形成組播組的基礎(chǔ)，如圖2所示。

圖2 組播內(nèi)容與組播組地址對應(yīng)

組播網(wǎng)絡(luò)中，組播接收者的數(shù)量非常巨大，越是靠近組播源的節(jié)點(diǎn)，其組播接收者越多。如果將大量組播接受者都在組播轉(zhuǎn)發(fā)列表中羅列出來，再逐一去匹配，那會導(dǎo)致工作量劇增，不大可能實(shí)現(xiàn)。為此，誕生了“組播組”，“組播組”用來表示一群組播接收者，即組播接收者的集合。組播組并不代表網(wǎng)絡(luò)上的具體主機(jī)，僅僅代表相應(yīng)的接收者組成的集合，只用于組播報(bào)文從組播源往接收者方向發(fā)送，是單向的，如圖3所示。

圖3 組播流邏輯

組播路由器運(yùn)行PIM以及IGMP組播協(xié)議，PIM協(xié)議根據(jù)路由器出接口等信息完善組播組信息，并通知到加入?yún)f(xié)議的各組播路由器；IGMP協(xié)議完成組播組成員加入或離開組播組，就近用戶則查詢是否有請求的組播組存在：如果請求組不存在，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)PIM協(xié)議會在用戶就近組播路由器建立新的組播組提供給組播組成員；如果用戶請求組播組已存在，需要把組播組成員根據(jù)就近原則加入組播路由器已有的組播組，最終將復(fù)制后的組播流送到組播接受者終端，如圖4所示。

圖4 組播網(wǎng)絡(luò)模型

4 組播技術(shù)在廣播電視承載網(wǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢

傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目傳輸承載于HFC網(wǎng)絡(luò)，而頻道內(nèi)容需要電信號調(diào)制后的帶寬進(jìn)行承載。以現(xiàn)有技術(shù)，在保障用戶體驗(yàn)的前提下，1套普通高清節(jié)目需要10Mbps左右調(diào)制帶寬，單頻點(diǎn)調(diào)制后可以容納3套普通高清節(jié)目內(nèi)容；1套4K高清節(jié)目需要32Mbps調(diào)制帶寬，單頻點(diǎn)調(diào)制后，可以容納1套4K高清節(jié)目內(nèi)容。在實(shí)際約900MHz的可供調(diào)制的頻點(diǎn)范圍內(nèi)，需容納大量普通高清節(jié)目，還要不斷新增4K節(jié)目內(nèi)容，導(dǎo)致頻點(diǎn)資源捉襟見肘，不滿足下一階段發(fā)展需求。

雖然現(xiàn)有IP承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟、靈活度高，可以搭載豐富的資源平臺為用戶提供更好的、甚至是定制化服務(wù)，但是如果采用IP承載網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播方式，匯聚層的數(shù)據(jù)流量在每戶業(yè)務(wù)內(nèi)容的帶寬開銷相加之后將成為一個(gè)龐大的數(shù)字，進(jìn)而會對骨干網(wǎng)絡(luò)造成極大沖擊，對承載網(wǎng)的投入成本帶來巨大影響，不利于用戶大規(guī)模發(fā)展。

承載網(wǎng)在使用網(wǎng)絡(luò)組播技術(shù)之后，按照網(wǎng)絡(luò)特性，不需要頻點(diǎn)進(jìn)行帶寬調(diào)制，只需要保證以太網(wǎng)帶寬。按照組播特性，直播采用組播技術(shù)，數(shù)據(jù)流按需在就近用戶側(cè)的組播節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行復(fù)制，用戶訪問數(shù)量的增加不會對平臺和網(wǎng)絡(luò)資源造成沖擊，支持較大規(guī)模并發(fā)。形成了一種既能夠方便用戶隨取隨用，又能有效節(jié)省網(wǎng)絡(luò)干線資源的技術(shù)模式。

5 總 結(jié)

在廣播電視承載網(wǎng)中采用組播技術(shù)可以說是具備天然優(yōu)勢，可以解決目前面臨的種種問題，為行業(yè)技術(shù)發(fā)展提供了較好的參考思路。但是在具體的實(shí)施過程中也存在著一些難點(diǎn)，例如內(nèi)容平臺的IP化改造是否完成、IP承載網(wǎng)的結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定、輔助平臺是否對接完成、用戶IP收視終端的發(fā)展是否成熟等，除了以上這些難點(diǎn)，還需要著重考量在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下組播網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)容平臺的安全性部署等等問題。