優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )邊緣設備，突破IPTV發(fā)展瓶頸
Nitin Tomar 2008/04/08
全球寬帶業(yè)務(wù)的快速發(fā)展和新興的語(yǔ)音、視頻和數據業(yè)務(wù)“三網(wǎng)合一”融合趨勢將有望幫助網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商解決傳統固定電話(huà)業(yè)務(wù)收入下降的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商希望能夠利用一種獨特且創(chuàng )新的方法來(lái)綁定語(yǔ)音、視頻和數據業(yè)務(wù)，藉此突出自己與傳統的及新近競爭對手的差異性。其中最讓人感興趣的是向全IP(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)網(wǎng)絡(luò )的轉變和IPTV的部署，它們將有助于運營(yíng)商提供范圍寬泛的、令人心動(dòng)的各種新業(yè)務(wù)，進(jìn)一步增加收入來(lái)源。
但值得注意的是，IPTV與傳統的電纜/衛星電視業(yè)務(wù)有很大的區別，它們對電信網(wǎng)絡(luò )基礎架構提出了全新的要求。例如在電纜/衛星系統中，觀(guān)眾只能收看到服務(wù)提供商提供的那些頻道。而IPTV讓用戶(hù)不僅能擁有大得多的頻道選擇范圍，而且可以隨時(shí)收看他們想看的內容。
IPTV采用了與已經(jīng)用于互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、即時(shí)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(yíng)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(diǎn)播(VoD)、網(wǎng)絡(luò )個(gè)人視頻錄像機(PVR)、視頻電話(huà)、互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)和其他多種功能。對于目前這一代習慣于同時(shí)處理多項任務(wù)的“前沖型”用戶(hù)而言，在收看節目的同時(shí)可通過(guò)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/衛星電視所無(wú)法比擬的。
機遇與挑戰
服務(wù)提供商在IPTV成功實(shí)現方面面臨的最大挑戰是傳輸網(wǎng)絡(luò )的現狀。就目前結構來(lái)說(shuō)，傳輸網(wǎng)絡(luò )支持互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、IP電話(huà)(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(hù)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(shí)現都被迫與點(diǎn)到點(diǎn)(P2P)文件共享等無(wú)人管理流量共享相同的IP網(wǎng)絡(luò )，因此這種網(wǎng)絡(luò )架構不可避免會(huì )導致帶寬沖突和瓶頸問(wèn)題。
要想使IPTV成功，運營(yíng)商和服務(wù)提供商必須提供等于或好于目前電纜/衛星電視所能提供的QoE。實(shí)現這一目標的關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)“內容感知(content-aware)”的網(wǎng)絡(luò )邊緣設備，這些設備應能跟蹤、管理流經(jīng)網(wǎng)絡(luò )邊緣的多個(gè)信號流，并對它們給予優(yōu)先級管理。
圖1：用戶(hù)可以一邊看“美國偶像”，一邊通過(guò)電視機向朋友發(fā)送短信，同時(shí)還研究最新競爭對手的背景。
公共平臺
IPTV面臨的第二大挑戰是開(kāi)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、出色的可擴展能力，且維護簡(jiǎn)單、保證與現有基礎設施兼容，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(yíng)商的巨資投入“未來(lái)有保障”，亦即在未來(lái)需求或標準發(fā)生變化時(shí)，也能滿(mǎn)足要求。
IPTV邊緣設備還必須支持用于正常廣播頻道的組播流以及用于VoD內容的單播流。組播功能需要特定的資源。對于專(zhuān)門(mén)的廣播頻道來(lái)說(shuō)，IPTV組播流可以使用從頭端到IP邊緣的預先保留資源。在IP網(wǎng)絡(luò )邊緣，需要利用動(dòng)態(tài)資源(媒體流)將這些專(zhuān)門(mén)頻道播送到數字用戶(hù)線(xiàn)接入復用器(DSLAM)和/或無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )(PON)聚合器，再由這些設備負責將IPTV數據流送到用戶(hù)家中。
管理這種不斷增加的帶寬以及保證QoS的關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)如下描述的網(wǎng)絡(luò )邊緣設備：它們能夠利用特別快速的數據包處理技術(shù)實(shí)現線(xiàn)速率達10Gbit/s的深度包檢測(DPI)。這些功能不僅能讓服務(wù)提供商過(guò)濾掉帶寬需求較大的應用(如P2P文件共享)和壓縮過(guò)的數據流，而且在安排與VoD、高清頻道和體育盛事等重要內容相關(guān)的帶寬的優(yōu)先級時(shí)可以發(fā)揮重要作用。
IPTV網(wǎng)絡(luò )中的IP邊緣設備需要負責聚合、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(hù)提供QoE。這些新的邊緣設備必須具有較高的帶寬效率，能夠同時(shí)管理廣播視頻(組播流)和VoD內容(單播流)。他們還必須(通過(guò)DPI)優(yōu)先響應來(lái)自接入網(wǎng)的IGMP消息要求，安排它們在邊緣設備上被處理的優(yōu)先級，從而實(shí)現更快的頻道切換。
“時(shí)移”收看是IPTV的一個(gè)與眾不同的特點(diǎn)，它允許觀(guān)眾“搬移”整個(gè)頻道節目的廣播時(shí)序。這也給服務(wù)提供商提供了在廣播數據中插入時(shí)間敏感且內容相關(guān)的廣告的機會(huì )。另外，運營(yíng)商可以根據用戶(hù)的喜好提供針對特定人群和長(cháng)度可變的廣告。這種功能可以在嵌入進(jìn)IP邊緣設備中的DPI功能基礎上利用內容插入軟件實(shí)現，從而在IP邊緣設備中將當地廣播頻道和廣告內容送進(jìn)IPTV網(wǎng)絡(luò )。
內容分發(fā)
電信公司還不確定究竟如何應對P2P視頻流量(如YouTube)等內容的客戶(hù)和提供商，因為它們需要一種能夠應用于商業(yè)環(huán)境和娛樂(lè )消費的不同策略。服務(wù)提供商需要使用DPI來(lái)確定他們的IP網(wǎng)絡(luò )上在傳輸什么樣的內容；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(lái)源。IP邊緣設備需要具有高度的靈活性和可擴展存儲能力，以便滿(mǎn)足用戶(hù)不斷變化的口味以及內容流行性的波動(dòng)。
一些經(jīng)常用到的功能，如電子節目指南(EPG)、數字版權管理(DRM)服務(wù)器和用戶(hù)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(yíng)商需要集成應用服務(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展性的IP邊緣平臺來(lái)適應軟硬件的發(fā)展。服務(wù)提供商可能要求IP邊緣設備建立在經(jīng)實(shí)際驗證的、標準化的硬件架構中，如高級電信計算架構(ATCA)，這種架構被普遍認為是下一代運營(yíng)級標準電信基礎架構。
為了達到廣播級電視質(zhì)量水平，這些IP邊緣設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(gè)等級的服務(wù)，邊緣設備需要整合當前ATCA多處理器運算刀片服務(wù)器中常見(jiàn)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(guò)采用ATCA標準，IPTV提供商在用戶(hù)群增長(cháng)時(shí)可利用即插即用的ATCA兼容刀片服務(wù)器來(lái)擴展他們的節點(diǎn)。預先集成的平臺可以幫助服務(wù)提供商在很短的開(kāi)發(fā)時(shí)間內滿(mǎn)足對日益復雜的系統的需求，并降低集成與兼容風(fēng)險。
圖2：ATCA刀片服務(wù)器可在用戶(hù)群增長(cháng)時(shí)擴展節點(diǎn)。預集成平臺能夠幫助縮短開(kāi)發(fā)周期
管理安全性
網(wǎng)絡(luò )安全是IPTV運營(yíng)商考慮的另一個(gè)主要因素。入侵者可以利用無(wú)保護節點(diǎn)以各種方式欺騙或偽造數據，如未授權的頻道切換請求、NPVR請求、VoD請求等等。隨著(zhù)這些互聯(lián)網(wǎng)安全威脅的逐漸增強，急需一個(gè)穩健的安全機制，網(wǎng)絡(luò )提供商不能依靠簡(jiǎn)單的防火墻或其他傳統的安全措施，因為它們很容易被黑客老手突破。
在IPTV網(wǎng)絡(luò )中，提供商要求設備能夠在第4層到第7層執行線(xiàn)路速率為10Gbits/s的DPI，以便分析威脅信號的復雜模式。隨著(zhù)時(shí)間的推移，這些復雜的模式也可能會(huì )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(xiàn)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(chóng)和病毒。最理想的解決方案是在A(yíng)TCA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(交換式數字視頻)技術(shù)的多個(gè)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(mǎn)意的頻道切換體驗。為了將高速內核網(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備提供以太網(wǎng)交換功能。一個(gè)基于A(yíng)TCA的10Gb以太網(wǎng)(GbE)交換機即可以滿(mǎn)足這種交換要求。
對IPTV邊緣設備的軟件要求也很高。這些節點(diǎn)要求單播流處理、組播流處理、基于SLA的QoS和用戶(hù)管理功能。理想情況下，這些設備應放在基于靈活開(kāi)放標準的平臺上以簡(jiǎn)化功能集成并降低成本。
此外，這類(lèi)平臺應還應具有可擴展性和高可靠性，并充分集成軟件功能，這樣服務(wù)提供商就可以專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)他們獨特的應用內容。
作者：Nitin Tomar 技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)工程師 Continuous Computing公司
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