宽带城域解决方案IPTV方案系列培训-IPTV-业务及系统概述

修订记录课程编码适用方案产品版本课程版本ISSUEDR103015宽带城域解决方案V3R21.00开发/优化者审核人开发类型（新开发/优化）2010.8.30新开发0IPTV业务及系统概述前言目前随着IPTV各方面运营环境日趋成熟，中国国内国家三网融合的政策推进，各地IPTV项目将规模开局应用。鉴于IPTV整套业务系统的业务类型，系统组成，业务流程等与传统数据网络和业务有较多不同之处，因此希望通过该概述课程，使学员从整体上了解IPTV业务的种类，系统部件组成和组网，业务流程等，并着重了解目前华为IPTV解决方案中的亮点，为后继其他详细的IPTV相关课程的进一步学习起到提纲挈领的作用。2目录IPTV的概念及业务种类简介IPTV系统的典型组成部件及功能简介IPTV组网典型网络结构简介IPTV端到端业务流程简介华为IPTV解决方案的特色4目录IPTV的概念及业务种类简介IPTV系统的典型组成部件及功能简介IPTV系统典型网络构架简介IPTV端到端业务流程简介华为IPTV解决方案的特色5基本概念：什么是IPTV系统IPTV（InternetProtocolTelevision）：解决了在观看电视节目时播放时间对人们的限制问题，满足了人们收看自由度方面的需求，提供了强大的交互功能，真正实现了媒体提供者和消费者之间实质性互动的功能。IPTV基于DVB（DigitalVideoBroadcasting）overIP（InternetProtocol）的技术框架，囊括了网络技术和媒体技术的优势，为电信业和电视业带来新的业务增长点。IPTV在给用户带来交互式电视节目的同时，还可以非常容易地与Internet服务、通信服务结合在一起，提供远程教育、信息服务、电视短信等增值业务。一个完整的IPTV系统不仅要提供业务发布、业务展示、业务控制、内容整合及管理、媒体服务等功能，还需要具备足够的开放性、可靠性、稳定性、大容量和高性能等特性，以满足IPTV系统商业应用的需求。IPTV系统是一个满足上述要求的、电信级、端到端的系统。6IPTV的业务种类—音视频业务IPTV系统提供的业务包括音视频业务和增值类业务。音视频业务主要包括：视频点播VOD（VideoOnDemand）直播电视BTV（BroadcastTelevision）即时时移电视TSTV（TimeShiftTV）菜单时移电视TVOD（TVOnDemand）轮播电视NVOD（NearVideoonDemand）cPVRDownload8IPTV的业务种类—增值类业务TVMS业务滚动消息交互业务消息广告业务游戏娱乐业务互联网业务多屏业务9IPTV业务分类IPTV业务中，主要分为组播类业务和单播类业务。各种业务按单播/组播/其他分类如下表所示：需要与前述业务类型对应或者增加部分该表格中业务描述10目录IPTV的涵义及业务种类简介IPTV系统的典型组成部件及功能简介IPTV组网典型网络结构简介IPTV端到端业务流程简介华为IPTV解决方案的特色12IPTV业务系统的组成IPTV系统主要包括IPTV网管、CMS（ContentManagementSystem）、BSS（BusinessSupportSystem）、MDN（MediaDeliveryNetwork）、MEM（MediaEntertainmentMiddleware）、IPTV报表和STB（SetTopBox）等子系统13IPTV业务系统的组成此外，IPTV系统可以集成SQM、TVMS等子系统，提供服务质量监控、电视消息管理等扩展功能，帮助用户开展丰富的增值业务。各扩展子系统的主要功能如下：SQMSQM（ServiceQualityMonitor）服务质量监控系统可以进行现网链路状态检测，为IPTV系统提供可靠的服务质量监控功能。为开通IPTV业务和业务运营提供参考数据，进行前期分析。对开通IPTV业务后的链路情况进行监控，协助定位故障。TVMSTVMS（TelevisionMessageSystem）消息管理系统实现电视消息统一管理。运营商发布电视消息，将消息推送到EPG页面，充分实现与用户的互动，增强用户体验。14IPTV业务整体部署架构省骨干网IPTV省中心M12000EPGCMSSTB升级中心本地NAS电视直播源IDCVNETM12000区域中心IP城域网NXGEPOP点NXGEIP城域网M12000区域中心POP点NXGEADSLMODEMDSLAMBRASADSLMODEMDSLAMBRAS点播80％点播20％直播/轮播点播直播组播16IPTV典型网络构架IPTV系统支持分层分级的网络架构，典型组网方式包括集中式组网、二级组网和三级组网。集中式组网设备集中部署在中心节点。二级组网设备分布式部署在中心节点、边缘节点。三级组网设备分布式部署在中心节点、骨干节点和边缘节点。作为IPTV核心部件的MDN、MEM都支持分层分级的分布式部署方式。MDN、MEM设备分布式部署在各级节点上，以便就近为用户提供服务。17IPTV典型网络构架18IPTV典型网络构架业务控制层业务控制层主要包括MDN子系统和MEM子系统。 在IPTV网络架构中，MEM、MDN采用分布式部署。位于中心节点和骨干节点的设备属于业务控制层，实现后台管理、控制和内容备份；位于边缘节点的设备属于服务网络层，提供EPG服务、流媒体服务和STB升级服务。网络服务层 网络服务层包括IPTV的边缘节点，如流媒体服务器HMS、EPG服务器、STB升级服务器（Upgrade）等。网络服务层在业务控制层的统一控制下，就近为用户提供流媒体服务、EPG服务和STB升级服务。此外，网络服务层还包括接入认证服务器、宽带接入服务器等网络设备，提供接入认证的功能。20IPTV典型网络构架终端展示层由接入设备和STB组成。接入设备接入设备负责为STB提供网络接入功能。STB

STB采用一体化的软硬件集成平台，内置通用浏览器、音视频解码模块、媒体播放器，使用电视机作为显示设备，为用户提供服务。 STB通过接入设备，与IPTV系统的各个上层平台进行交互后，通过电视机向用户展示EPG。用户通过EPG浏览节目信息、在线订购产品、播放音视频节目，并通过自助服务查询消费记录和帐单信息。21IPTV业务承载网络IPTV业务承载网包括家庭驻地网、接入网络、城域汇聚网络、业务POP点和骨干网络几个部分组成。IPTV内容数据流首先在骨干网络上承载。IP城域网的网络结构分为城域网与宽带接入网两个层面。核心层由核心路由器组成，负责对业务接入控制点设备进行汇接并提供IP城域网到骨干网的出口；业务接入控制层由宽带接入服务器（BRAS）与业务路由器（ServiceRouter）两种业务接入控制点设备组成，主要负责业务接入与控制。宽带接入网是层次上划分为汇聚层和接入层。典型IPTV业务承载网络如下图所示：22IPTV业务承载网络IPTV业务系统：一般采用中心系统、边缘系统二级分发架构，以降低部署成本以及对骨干网及城域核心层的带宽需求，主要包括BTV编解码器、VOD服务器、NVOD服务器、中间件、EPG服务器、CA、DHCP服务器、升级服务器等部件。IPTV业务系统采用1*10GE或2*10GE方式双归连接到VPE设备。AAA服务器：用于实现对终端的认证、授权和计费，全网部署一套POP点：包括MSCG、SIG和NPE，MSCG对PPPoE和IPoE（DHCP）接入终结。POP点通常部署在汇聚网和骨干网间，主要用来汇聚该区域所有的用户业务，根据部署规模和用户区域采用分布式结构进行部署规划，POP点包含了NPE（SR）和BRAS。汇聚网：由UPE/PEAGG成的IP/MPLS网络，网络拓扑是半环型汇聚网。24IPTV业务承载网络接入网：主要包括DSLAM，DSLAM支持ADSL2+、VDSL2和GPON等接入。一般网络的接入网主要包含MSAN、DSLAM和OLT等三种设备形态，其中MSAN和IPDSLAM采用ADSL接入方式，OLT采用GPON接入方式。家庭驻地网：主要分为宽带接入终端（HG）和业务终端（IAD/可视电话、STB、PC等）。宽带接入终端通过ADSL2+、VDSL2、GPON等技术接入AN。家庭网络指用户家庭中各业务终端的连接组网，包括了家庭网关和业务终端，其中家庭网关包括HG和ONT，业务终端主要指STB、PC和IAD等，目前沙特STC家庭网主要将会提供VOIP、IPTV和HSI三种业务。一般网络的家庭网络主要以ADSL和GPON两种接入方式为主，在某些国家业以Switch接入为主要的接入方式。文中HG主要是ADSL的家庭网关、ONT主要是PON的家庭网关。业务终端通常采用百兆以太网接入家庭网关。25组播控制点和复制点的部署方案根据用户和设备的支持情况选择BRAS、DSLAM作为组播复制点后续组播复制点尽量靠近最终用户，以提高网络带宽利用率，建议全部采用DSLAM实现组播控制和复制；可控组播信息通过网管下发来实现。IPTVHGBRASRADIUSCRL2/OLTDSLAM/MDUIPTV区域中心IPTVPOP组播VLANDHCPPSIPTVIPTV组播VLANOLTIPTVOUNHGPVCBRASIPTVIPTVBRAS下挂用户数不多，DSLAM不支持可控组播，由BRAS面向用户复制DSLAM/MDU支持可控组播，BRAS下挂用户数多,由DSLAM/MDU面向用户复制L2DSLAM28IPTV接入和骨干网络带宽需求互联网IP承载网DSLAMLANMDU/ONUPCSTBPOTSEMSCMS城域骨干层宽带接入网PCSTBPOTS点播三层组播二层组播点播CMS至骨干路由器的带宽即城域网核心层之间最大带宽＝直播流量+点播流量=直播频道数x码流+并发用户数x点播用户比率x码流x未命中率接入网上行带宽（DSLAM/LAN/MDU复制）＝并发用户数x点播用户比率x码流＋min(直播频道数，最大并发用户数)x码流EMS至汇聚路由器的带宽即城域网汇聚层之间最大带宽=直播流量+点播流量=直播频道数x码流+并发用户数x点播用户比率x码流x命中率编码模式为H.264，SDTV2M，HDTV8M带宽EMS29IPTV用户认证方案分析STBPCIP城域网DSLAMBRAS/SRDHCPServerSTBPCDHCPRelay/SnooopingDHCPSTBPCIP城域网DSLAMBRASRADIUSSTBPCPPPoESession终结PPPoEIP访问PPPoE认证IPoE/DHCP+认证DHCPopt82IP访问PPPoE运营模式成熟，业务安全性高对业务网关处理压力大，接入设备难以处理IPTV小规模应用时采用组播业务简单，对业务网关处理压力小需新部署DHCPServer，增加安全保障IPTV规模应用时推荐采用30引入IPoE/DHCP+认证方案IPTV规模发展时采用IPoE/DHCP+认证，部署统一的DHCPServer；IPTV机顶盒终端地址采用受限公网IP或私网IP，私网IP由全省统一规划；DHCP+认证的安全性由QinQ/Opt82以及业务网关的DHCPSnooping保证。WebPortalRADIUSPolicyManagerDHCPServerHGL2汇聚xDSL/LANMSCG/BRASSplitterEPONOLTHGMDURACSL2汇聚PPPoEIPoE/DHCP1.DHCPRequest2.业务VLAN隔离或采用DHCPopt82标识用户位置3.DHCPRelay4.DHCPServer把Request报文中的Opt82和60属性转变为Radius报文中的附加属性，发往Radius6.BRAS或SR生成相应的主机路由，DHCPSnooping5.DHCPServer根据RADIUS结果决定是否给终端分配IP地址CR31目录IPTV的概念及业务种类简介IPTV系统的典型组成部件及功能简介IPTV系统典型网络构架简介IPTV端到端业务流程简介华为IPTV解决方案的特色32IPTV端到端业务承载简介（VPLS组网）-单播业务IPTV单播业务承载与HSI业务接入方式类似，一般通过VPN进行承载。33IPTV端到端业务承载简介（VPLS组网）-组播业务组播业务一般通过单层tag的组播VLAN接入。34IPTV端到端业务承载简介（VPLS组网）VOD/VOBB/BTV业务可以采用PPPOE或者DHCP认证，主推DHCP认证。如果采用DHCP认证，同样通过VRRP确定SR的主备状态。用户终端设备发起DHCP请求，DSLAM/OLT会插入Option82信息并添加VLAN信息后上送到UPE，UPE通过VPLS网络发给SR，两台SR分为主备状态，只有主的SR会添加用户侧的接口地址通过DHCPRelay将请求报文发给DHCPServer进行认证，如果认证通过，DHCPServer为用户分配IP地址。SR部署EVRRP进行VOD业务终结。OLT或者DSLAM采用双上行接入网络。可以采用E-TRUNK进行连路破环。UPE与两台SR分别建立PW，VOD/VOBB业务承载在这些PW上。PEAGG与UPE之间还需要建立VPLSPW，UPE之间依次建立SPOKEPW（两个MSCG之间不需要建立PW），组成菊花链，用于承载BTV业务。35IPTV端到端业务流程简介（VPLS组网）-单播业务单播业务处理流程：DSLAM对用户VOBB业务或VOD业务进行QinQ封装，外Q代表DSLAM/OLT编号以及业务类型（VOBB或VOD）；UPE根据VOBB或VOD业务选择对应的VSI，通过在VSI内查MAC转发，通过PW将QinQ报文透传到SR；PEAGG和SR之间为VLANtrunk，并在PEAGG之间绑定VSI。SR终结QorQinQ，根据QinQ对应的子接口找到VPN转发表（或者IP转发表），根据目的IP进行转发；SR收到IP报文，查转发表后进行QinQ封装，并通过PW并发送到UPE；UPE收到报文后，在对应的VSI内查目的MAC进行转发，转发给对应的DSLAM/OLT；DSLAM/OLT根据QinQ查找到对应的PVC并将数据发送给用户。36IPTV端到端业务流程简介（VPLS组网）-组播业务BTV业务处理流程：两台SR运行PIM-SSM/PIM-SM，通过配置静态加入方式将组播流引到SR，同时选出一台为DR，负责向用户转发组播流，另一台为BDR；DSLAM/OLT运行IGMPProxy，收到用户加入信息后，检查本地是否有该组的组播流，如有则向该用户复制，反之通过BTV业务对应的VLAN向SR发送IGMP请求报文；UPE通过IGMPSnooping生成MAC转发表项，同时通过PW将IGMP请求报文发送给相邻的UPE，UPE通过IGMPSnooping生成MAC转发表项，出接口为PW，UPE继续通过PW上传，一直到SR；DR的SR将对应组的组播流通过PW下发，UPE根据通过IGMPSnooping生成的转发表项进行转发，并通过BTV业务对应的VLAN转发给DSLAM/OLT；DSLAM/OLT通过查询IGMPProxy生成的表项通过PVC/GEMport将组播流发用户复制。37IPTV端到端业务承载简介（L3到边缘）此网络下，UPE和PEAGG对于VOIP业务，IPTV业务进行三层终结，而不用上到网络POP点的SR。但是对于HSI业务而言，需要根据MSCG的位置，如果和图中SR位置相同，那么需要UPE/PEAGG依然启用二层VPLS或者VLL通道到MSCG。如果网络同时希望HSI业务的三层终结，那么UPE会同时完成BRAS的功能。可以完成所有业务的三层终结。38IPTV端到端业务流程简介（L3到边缘）-单播业务对于IPTV的单播业务，相当于SR直接移植到UPE的位置。BTV业务处理流程：OLT/DSLAM形成组播VLAN，将组播和单播业务分流，为了完成IP地址获取和认证，在OLT/DSLAM上打上Option82UPE之间运行VRRP协议，终结STB的单播报文UPE可以选择进入L3VPN，并在UPE进行DHCPRelay，发送至DHCPServer来完成DHCP的认证。L3VPN到边缘业务流程简单。并带来各种业务感知，可扩展性等各个方面的优势。39IPTV端到端业务流程简介（L3到边缘）-组播业务BTV业务处理流程：OLT/DSLAM形成组播VLAN，将组播和单播业务分流，为了完成IP地址获取和认证，在OLT/DSLAM上打上Option82，为了节省带宽，部署IGMPProxy或者IGMPSnooping。为了保证快速切换，一般通过配置IGMP静态组播组加入将组播流引入到OLT中。UPE进行DR/BDR选举，运行BFDforPIM协议保证快速收敛。如果部署PIM-SSM，需要根据STB的支持情况配置IGMPSSMmapping。如果部署的业务为了业务隔离部署了单播VPN，可以在此VPN中同时部署组播VPN。并可以提供组播VPN发放WholeSale业务。40目录IPTV的概念及业务种类简介IPTV系统的典型组成部件及功能简介IPTV系统典型网络构架简介IPTV端到端业务流程简介华为IPTV解决方案的特色41华为IPTV解决方案的特色-视频编码基础当前主流的视频压缩标准有MPEG2和H.264。MPEG2是数字电视和以前IPTV用的主流的压缩方式，而最新的H.264压缩标准，在一部分的IPTV厂商里已经支持。H.264的压缩标准比MPEG2更加先进，压缩效率也更高（是MPEG2的1.5－2倍），因此选择H.264的越来越多，尤其是高清视频的压缩。通过H.264压缩，SDTV码流能够变成2M左右，1080i变成6－8M，1080P需要12－16M。无论是MPEG2还是H.264，视频压缩的基本原理都是一样：将原始视频图像差异较小的部分编码为一组，称为GoP（GroupofPictures）。GoP的信息里面包含I，B，P3种帧。每一个帧代表一副画面，一组连续的帧就成为一组连续的画面。每一个GoP里面只有一个I帧，可以有多个B帧和P帧。根据具体的内容，GoP的帧数可是是固定的，也可以是不固定的。42华为IPTV解决方案的特色-视频编码基础I帧（I-Frame，Intra-codedFrame）是基准帧，它包含完整图像的信息。它是一个GoP中的第一帧且一个GoP中只有一个I帧，I帧丢失则整个GoP都无法显示。I帧的信息量最大，占的信息也最多。P帧（P-Frame，PredictedFrame）是前向预知帧，需要根据I帧进行图像重建，同时和I帧同时作为重建B帧图像的基准帧之一，P帧信息丢失也会对GoP显示造成较大影响异常。B帧（B-Frame，BidirectionalFrame）是双向帧，需要参考I帧与P帧进行图像重建。

如下图为视频编码帧之间的关系示意图。另外，视频压缩报文里面的MPEG-TS封装信息也非常重要。MPEG-TS（TransportStream）承载IPTV数据时，只有通过PSI（ProgramSpecificationInformation）信息（包括PAT，PMT）等关键信息才能解复用TS（TransportStream）中的视频、音频及数据。STB只有获取PSI（ProgramSpecificationInformation）和I帧等关键信息才能开始解码。43华为IPTV解决方案的特色-视频编码基础如下图为视频编码帧之间的关系示意图。44华为IPTV解决方案的特色由于IPTV系统采用的视频图像编码压缩技术，用户在切换频道时，终端设备必须等到某些关键信息（如PAT/PMT/I-Frame）才能开始解码，这样就IPTV的频道切换时延不稳定，用户体验得不到保证。IPTV的频道切换如果不采取特殊的措施，最长可能达到5秒以上，严重影响用户体验。ChannelChangeLatencyFactorTypicalLatencyCumulativeLatencyIGMPLeave~10to20ms~20to50msIGMPJoin~10to20ms~30to70msDSLAMProcesstime~30to50ms~60to120msDSLLatency~10ms~70to130msCore/AggNetworkLatency~20to60ms~90to190msDe-jitterbuffer~100msto200ms~390to490msWaitforPAT/PMT~500ms~390to1sWaitforI-frame~250msto4s~640msto5sDecode~50ms~690msto5s表1：IPTV频道切换时延（来自DT和Huawei的分析）45华为IPTV解决方案的特色因为视频的高压缩的原因，丢一个报文就可能产生马赛克等影响，非常影响用户的体验。如下图所示，根据DSL-ForumTR-126要求，不同码率的视频的丢错包PLR（PacketLossRatio）要求不同，随着码率的的增加，PLR会越来越要求严格，对于高清的视频，要求小于1.0E-07。46华为IPTV解决方案的特色-FCC,RET,业务质量监控FCC(FastChannelChange,快速频道切换)功能，是通过降低等待PSI和I帧的时间来加快频道切换速度：FCCServer实时缓存各频道的最新信息，在用户切换频道时将预先缓存的PSI和I帧开始的报文推送给用户，从而缩短频道切换时间，使频道切换时间小于1秒。RET（retransmission,应用层重传）功能，可以在IPTV业务报文传送过程中发生丢错包的情况下，通过重传的方式，保证用户的视频体验不受影响。IPTV视频监控功能，通过对实际业务视频流量的MDI/无参考QOE/V-MOS监控，实现IPTV直播和VOD业务的监控，对运营商了解IPTV业务质量和故障的定界定位提供了很好的工具。宽带城域解决方案FCC/RET/视频监控通过设备内置的iVSE业务板卡实现，其中路由器(CX600/NE40E/ME60)是商用规格；宽带城域解决方案视频增强功能可以通过U2520进行配置和监控。宽带城域V3R2版本可以和华为的IPTV系统配合完成视频的增强体验。47华为IPTV解决方案的特色-FCC,RET,业务质量监控宽带城域解决方案视频增强特性可以部署在网络的raw三层节点位置(目前不支持VPLS，L3VPN)。实际部署中，FCC/RET可以根据IPTV业务的开通情况进行部署，用户少时，可以在较高的位置部署，随着用户数量的增加，可以将FCC/RET功能逐渐下移到UPE甚至OLT的位置。监控功能可以考虑先在IPTV母局出口和三层边缘位置部署，这样可以对IPTV业务故障进行初步的定界。48快速频道切换FCC方案RTCPbasedFCC方案主要重用了RTCP重传机制,采用RTCP作为频道切换控制信令,采用RTP作为媒体承载信令,其流程如图1所示:49快速频道切换FCC方案-选择性推送FCCBurst要求加速发送，以便快速填充STB缓冲区，并赶上直播，因此需要预留额外的带宽，通过选择性丢弃方案，可以减少FCCBurst流量对带宽的占用，同时能够提高iVSE支持的并发FCC用户数。50华为IPTV解决方案的特色-RETRET丢包重传方案遵循IETFNetwork工作组系列标准RFC4585（ExtendedRTPProReal-timeTransportControlProtocol(RTCP)-BasedFeedback(RTP/AVPF)）、RFC4588（RTPRetransmissionPayloadFormat）标准。RFC4585协议主要规定了用于重传的FeedbackMessage信令，RFC4588协议规定了重传的报文封装格式。51FCC/RET与华为IPTV系统配合宽带城域解决方案iVSEFCC/RET功能可以和华为IPTV系统配合进行部署。iVSE单板设置VASGroup和Loopback地址后，向IPTV系统的UOA和MC进行物理注册和逻辑注册，物理注册是指iVSE向UOAserver进行注册，用于I2000网管系统展示MDN的拓扑结构。逻辑注册是指路由器设备向MDN的管理部件MC注册，为了保障业务的正常运行。STB进行FCC/RET请求时，按频道查找本地FCCserver信息