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優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備，突破IPTV發(fā)展瓶頸

Nitin Tomar 2008/04/08

　　全球?qū)拵I(yè)務(wù)的快速發(fā)展和新興的語音、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)“三網(wǎng)合一”融合趨勢將有望幫助網(wǎng)絡(luò)運營商解決傳統(tǒng)固定電話業(yè)務(wù)收入下降的問題。網(wǎng)絡(luò)運營商希望能夠利用一種獨特且創(chuàng)新的方法來綁定語音、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，藉此突出自己與傳統(tǒng)的及新近競爭對手的差異性。其中最讓人感興趣的是向全I(xiàn)P(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變和IPTV的部署，它們將有助于運營商提供范圍寬泛的、令人心動的各種新業(yè)務(wù)，進(jìn)一步增加收入來源。

　　但值得注意的是，IPTV與傳統(tǒng)的電纜/衛(wèi)星電視業(yè)務(wù)有很大的區(qū)別，它們對電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)提出了全新的要求。例如在電纜/衛(wèi)星系統(tǒng)中，觀眾只能收看到服務(wù)提供商提供的那些頻道。而IPTV讓用戶不僅能擁有大得多的頻道選擇范圍，而且可以隨時收看他們想看的內(nèi)容。

　　IPTV采用了與已經(jīng)用于互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、即時消息、電子郵件和其他通信功能的相同的傳輸機制，第一次讓運營商能夠提供真正的交互式環(huán)境。這種交互環(huán)境充分整合了高清電視(HDTV)、視頻點播(VoD)、網(wǎng)絡(luò)個人視頻錄像機(PVR)、視頻電話、互聯(lián)網(wǎng)訪問和其他多種功能。對于目前這一代習(xí)慣于同時處理多項任務(wù)的“前沖型”用戶而言，在收看節(jié)目的同時可通過電視機向朋友發(fā)送短信的功能具有強大的吸引力，這是“寬帶PC”和電纜/衛(wèi)星電視所無法比擬的。

　　機遇與挑戰(zhàn)

　　服務(wù)提供商在IPTV成功實現(xiàn)方面面臨的最大挑戰(zhàn)是傳輸網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀。就目前結(jié)構(gòu)來說，傳輸網(wǎng)絡(luò)支持互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、IP電話(VoIP)和互聯(lián)網(wǎng)視頻，但這些業(yè)務(wù)的體驗質(zhì)量(QoE)都不是很高。影響用戶QoE主要有兩大因素：接入網(wǎng)提供的帶寬以及網(wǎng)絡(luò)邊緣采用的流量管理機制。目前IPTV的任何實現(xiàn)都被迫與點到點(P2P)文件共享等無人管理流量共享相同的IP網(wǎng)絡(luò)，因此這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不可避免會導(dǎo)致帶寬沖突和瓶頸問題。

　　要想使IPTV成功，運營商和服務(wù)提供商必須提供等于或好于目前電纜/衛(wèi)星電視所能提供的QoE。實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是開發(fā)“內(nèi)容感知(content-aware)”的網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備，這些設(shè)備應(yīng)能跟蹤、管理流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)邊緣的多個信號流，并對它們給予優(yōu)先級管理。


　　圖1：用戶可以一邊看“美國偶像”，一邊通過電視機向朋友發(fā)送短信，同時還研究最新競爭對手的背景。

　　公共平臺

　　IPTV面臨的第二大挑戰(zhàn)是開發(fā)用于提供IPTV業(yè)務(wù)的公共平臺。這種平臺必須具有低的操作成本、出色的可擴(kuò)展能力，且維護(hù)簡單、保證與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施兼容，并能快速投入大批量生產(chǎn)。由于IPTV網(wǎng)絡(luò)必須提供眾多不斷演進(jìn)的特性和功能，故該平臺必須采用高度模塊化的方式，以確保運營商的巨資投入“未來有保障”，亦即在未來需求或標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生變化時，也能滿足要求。

　　IPTV邊緣設(shè)備還必須支持用于正常廣播頻道的組播流以及用于VoD內(nèi)容的單播流。組播功能需要特定的資源。對于專門的廣播頻道來說，IPTV組播流可以使用從頭端到IP邊緣的預(yù)先保留資源。在IP網(wǎng)絡(luò)邊緣，需要利用動態(tài)資源(媒體流)將這些專門頻道播送到數(shù)字用戶線接入復(fù)用器(DSLAM)和/或無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)聚合器，再由這些設(shè)備負(fù)責(zé)將IPTV數(shù)據(jù)流送到用戶家中。

　　管理這種不斷增加的帶寬以及保證QoS的關(guān)鍵是開發(fā)如下描述的網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備：它們能夠利用特別快速的數(shù)據(jù)包處理技術(shù)實現(xiàn)線速率達(dá)10Gbit/s的深度包檢測(DPI)。這些功能不僅能讓服務(wù)提供商過濾掉帶寬需求較大的應(yīng)用(如P2P文件共享)和壓縮過的數(shù)據(jù)流，而且在安排與VoD、高清頻道和體育盛事等重要內(nèi)容相關(guān)的帶寬的優(yōu)先級時可以發(fā)揮重要作用。

　　IPTV網(wǎng)絡(luò)中的IP邊緣設(shè)備需要負(fù)責(zé)聚合、頻道切換、邊緣路由、擁塞管理和流量整形等功能，以便向IPTV用戶提供QoE。這些新的邊緣設(shè)備必須具有較高的帶寬效率，能夠同時管理廣播視頻(組播流)和VoD內(nèi)容(單播流)。他們還必須(通過DPI)優(yōu)先響應(yīng)來自接入網(wǎng)的IGMP消息要求，安排它們在邊緣設(shè)備上被處理的優(yōu)先級，從而實現(xiàn)更快的頻道切換。

　　“時移”收看是IPTV的一個與眾不同的特點，它允許觀眾“搬移”整個頻道節(jié)目的廣播時序。這也給服務(wù)提供商提供了在廣播數(shù)據(jù)中插入時間敏感且內(nèi)容相關(guān)的廣告的機會。另外，運營商可以根據(jù)用戶的喜好提供針對特定人群和長度可變的廣告。這種功能可以在嵌入進(jìn)IP邊緣設(shè)備中的DPI功能基礎(chǔ)上利用內(nèi)容插入軟件實現(xiàn)，從而在IP邊緣設(shè)備中將當(dāng)?shù)貜V播頻道和廣告內(nèi)容送進(jìn)IPTV網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　內(nèi)容分發(fā)

　　電信公司還不確定究竟如何應(yīng)對P2P視頻流量(如YouTube)等內(nèi)容的客戶和提供商，因為它們需要一種能夠應(yīng)用于商業(yè)環(huán)境和娛樂消費的不同策略。服務(wù)提供商需要使用DPI來確定他們的IP網(wǎng)絡(luò)上在傳輸什么樣的內(nèi)容；然后利用這些信息修改他們的傳送策略，進(jìn)而從P2P電視中獲得新的收入來源。IP邊緣設(shè)備需要具有高度的靈活性和可擴(kuò)展存儲能力，以便滿足用戶不斷變化的口味以及內(nèi)容流行性的波動。

　　一些經(jīng)常用到的功能，如電子節(jié)目指南(EPG)、數(shù)字版權(quán)管理(DRM)服務(wù)器和用戶電子郵件等，還是需要保留在網(wǎng)絡(luò)邊緣。為了提供這些服務(wù)，運營商需要集成應(yīng)用服務(wù)器，并將之升級入IP邊緣平臺。

　　另外，為了在IPTV網(wǎng)絡(luò)中支持新興的IMS服務(wù)，電信公司需要具有足夠可擴(kuò)展性的IP邊緣平臺來適應(yīng)軟硬件的發(fā)展。服務(wù)提供商可能要求IP邊緣設(shè)備建立在經(jīng)實際驗證的、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件架構(gòu)中，如高級電信計算架構(gòu)(ATCA)，這種架構(gòu)被普遍認(rèn)為是下一代運營級標(biāo)準(zhǔn)電信基礎(chǔ)架構(gòu)。

　　為了達(dá)到廣播級電視質(zhì)量水平，這些IP邊緣設(shè)備還必須提供帶寬優(yōu)先等級劃分功能，以確保良好的QoS。高清VoD服務(wù)器需要多路大容量單播流到DSLAM。為了提供這個等級的服務(wù)，邊緣設(shè)備需要整合當(dāng)前ATCA多處理器運算刀片服務(wù)器中常見的通用處理能力和ATCA包處理器刀片服務(wù)器提供的高速包處理能力。通過采用ATCA標(biāo)準(zhǔn)，IPTV提供商在用戶群增長時可利用即插即用的ATCA兼容刀片服務(wù)器來擴(kuò)展他們的節(jié)點。預(yù)先集成的平臺可以幫助服務(wù)提供商在很短的開發(fā)時間內(nèi)滿足對日益復(fù)雜的系統(tǒng)的需求，并降低集成與兼容風(fēng)險。

圖2：ATCA刀片服務(wù)器可在用戶群增長時擴(kuò)展節(jié)點。預(yù)集成平臺能夠幫助縮短開發(fā)周期

　　管理安全性

　　網(wǎng)絡(luò)安全是IPTV運營商考慮的另一個主要因素。入侵者可以利用無保護(hù)節(jié)點以各種方式欺騙或偽造數(shù)據(jù)，如未授權(quán)的頻道切換請求、NPVR請求、VoD請求等等。隨著這些互聯(lián)網(wǎng)安全威脅的逐漸增強，急需一個穩(wěn)健的安全機制，網(wǎng)絡(luò)提供商不能依靠簡單的防火墻或其他傳統(tǒng)的安全措施，因為它們很容易被黑客老手突破。

　　在IPTV網(wǎng)絡(luò)中，提供商要求設(shè)備能夠在第4層到第7層執(zhí)行線路速率為10Gbits/s的DPI，以便分析威脅信號的復(fù)雜模式。隨著時間的推移，這些復(fù)雜的模式也可能會演變，對付這些威脅的唯一方法是使用整合了這樣的硬件和軟件DPI(如下描述)的網(wǎng)絡(luò)邊緣平臺：其線路速率不僅能阻止DDOS(分布式拒絕服務(wù))攻擊，而且能在網(wǎng)絡(luò)邊緣隔離和阻止最新蠕蟲和病毒。最理想的解決方案是在ATCA平臺上整合高速包處理刀片服務(wù)器和流量工程功能。

　　為了支持采用SDV(交換式數(shù)字視頻)技術(shù)的多個頻道，IPTV網(wǎng)絡(luò)還要求10Gbits/s左右的高速切換功能，以支持快速(并因此)令人滿意的頻道切換體驗。為了將高速內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)連接到接入網(wǎng)中的DSLAM/PON，服務(wù)提供商還需要邊緣設(shè)備提供以太網(wǎng)交換功能。一個基于ATCA的10Gb以太網(wǎng)(GbE)交換機即可以滿足這種交換要求。

　　對IPTV邊緣設(shè)備的軟件要求也很高。這些節(jié)點要求單播流處理、組播流處理、基于SLA的QoS和用戶管理功能。理想情況下，這些設(shè)備應(yīng)放在基于靈活開放標(biāo)準(zhǔn)的平臺上以簡化功能集成并降低成本。

　　此外，這類平臺應(yīng)還應(yīng)具有可擴(kuò)展性和高可靠性，并充分集成軟件功能，這樣服務(wù)提供商就可以專注于開發(fā)他們獨特的應(yīng)用內(nèi)容。

　　作者：Nitin Tomar 技術(shù)營銷工程師 Continuous Computing公司

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