基于ICN的IPTV傳輸和監測技術分析

付樹平

（中國聯合網絡通信有限公司 吉林省分公司，吉林 長春 130000）

0 引 言

IP承載網是交互式網絡電視（Internet Protocol Television，IPTV）業務傳輸的重要基礎設施，對該網絡運行狀況進行監測是實現網絡正常功能的重要保障，通過將IP數據包轉發到相應位置進行安全檢查和確認，保證數據不會被篡改和丟失。通過網絡檢測系統對各端口數據進行實時監測，以發現錯誤、糾正錯誤。信息中心網絡（Information-Centric Networking，ICN）通過網絡中多個控制器（網關）來實現對不同設備與網關之間數據路由的選擇，確保數據的可靠與安全。IPTV業務傳輸以IP協議技術為基礎，可以實現多媒體數據、視頻會議、圖像瀏覽、電子商務以及遠程教育等應用服務。隨著IPTV業務的發展，其服務種類也越來越多，涉及通信、多媒體技術等多個領域。在監測網絡狀態時，可以使用IP協議及相關通信協議來分析與監控相關網絡的數據傳輸狀態[1-5]。

1 基于ICN的IPTV傳輸方式與特點

IPTV是基于IP協議的業務數據傳輸，由于多個控制服務器之間需要進行通信，并通過交換協議對IP信息進行轉發，因此IPTV傳輸網絡中的網關設備較多。網絡中各個控制器都需要通過路由器選擇來實現操作，選擇過程主要包括路由的建立和撤銷、路由的刪除以及路由重選與重用等。IPTV傳輸所涉及的設備都是以IP協議為基礎，當各設備連接到一起時，相互之間的數據傳輸和信息交換都不會受到干擾[6]。IPTV傳輸網絡拓撲結構如圖1所示。

圖1 IPTV傳輸網絡拓撲結構

傳輸控制協議/網際協議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）是一種應用層協議，其核心任務是使不同的計算機建立連接，并實現IP信息傳輸。TCP/IP使用用戶/服務器（Client/Server，C/S）模型工作，需要客戶端提供一個鏈接到服務器的地址，并在其中加入一個或多個服務器。TCP/IP協議使用域/路徑模型來建立連接并分配主機所在的網絡資源，為網絡內的數據傳輸提供保障，通過特定的方法來實現業務流與用戶組之間的雙向通信[7]。

在IP網絡中，通過在每個IP分組和ICN網關之間建立隧道，可以使各個分組能夠獨立訪問ICN網關。由于IP網絡中的每個網絡設備都有一個自己獨立的IP地址包，如果某個分組到達某個子網時發生丟失，就會使分組無法在ICN網關上建立路由。因此，可以通過將所有數據包封裝到同一個數據集來增加分組可讀性。將每個子網的IP地址封裝成一個地址串并命名為一個IP包，則ICN網關上的所有分組都可以被訪問[8]。當子網IP分組到達其對應的子網時，按照其對應關系查找所指向網關下的所有相關子網，無須重復發送每個數據包和查找隧道。

從IPTV業務平臺的角度來看，用戶在傳送網中接入視頻流時，由于IPTV業務平臺中的每個用戶終端都是獨立的，傳輸時應該選擇專線傳送，同時還要確保每一個用戶終端都是在本地接入。IPTV業務平臺是將視頻流轉發到用戶終端上的橋梁，需要保證視頻數據信息的安全性和可靠性。對于傳送網而言，一般通過以太網交換機實現數據傳輸，可以很好地控制傳輸速率和數據可靠性。但是這種方式無法實現實時視頻傳輸，不能保證用戶接收數據信息的實時性，對網絡維護和管理提出了很高的要求[9]。

2 視頻流與圖像數據在ICN網絡中的傳輸方式

根據用戶終端和業務平臺的需求，視頻流和圖像數據在ICN網絡中通過ICN節點傳輸至IP層，再由IP層傳送至應用層。IPTV網絡為用戶提供了多種接入方式，根據不同業務平臺的需求選擇不同的接入方式，通過IP協議對視頻流進行編碼處理后傳送到ICN。由于視頻碼流比較大，為了提高傳輸速率并保證圖像質量，可以采用幀間緩沖的方式實現預處理。

幀間緩沖技術可以將較大的圖像數據壓縮成一個幀緩沖數據流，在網絡上不進行任何處理即可發送。在IP層和應用層之間使用MPEG-2/H.264格式視頻壓縮算法，實現對視頻信號進行壓縮。采用視頻壓縮算法時必須進行解碼處理，并在傳送前進行預編碼[10]。在IPTV傳輸中，應用MPEG-4視頻編碼技術具有明顯的優勢。

3 IPTV業務平臺視頻流傳輸方式

在IPTV業務平臺中，為了呈現不同類型的節目，需要傳輸不同類型的數據。目前，主要采用以下2種方式實現視頻流傳輸。

（1）內容提供者與用戶之間的點對點數據傳輸。用戶與服務提供商、網絡運營商之間缺乏互動機制，這種方式只能進行單向點對點傳輸，如圖2所示。

圖2 點對點傳輸

（2）通過內容提供商和用戶雙向連接。這種方式只需2臺計算機，通過對網絡進行優化管理，傳送的視頻流質量將大大提高[11]。

4 IPTV監測技術

對于網絡設備而言，從監測系統輸出的數據可以了解其狀態，通過監測技術可以對網絡中存在的故障進行定位、隔離以及修復。對于自動監測，可以通過監控系統從外部獲取網絡資源和外部相關資料，分析其運行狀態，確定異常情況并及時處理。此外，利用路由器上提供的相關資料與已有的數據分析技術對IPTV平臺運行狀況進行分析，通過分析找到異常節點和異常設備所處的位置。利用恢復系統從外部獲取相關資料，通過與已有數據進行對比分析，實現對設備異常的實時監測和定位。此外，還可以利用現有系統與相應的平臺進行連接，對其運行狀況進行測試等，從而準確定位故障。

5 結 論

為了滿足IPTV在日益增長且快速變化的市場環境下對數據網絡傳輸業務的需求，需要建立一套完善、可靠、可持續運行的網絡監測系統，實現各應用在接入層、控制層、管理層等多個層面上的數據采集傳輸，完成各個數據包與源IP地址之間的轉發控制等多項功能。通過對各類業務網絡運行狀況進行實時監測，自動對各種異常情況進行報警，并提供相應的處理意見。