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在国家推進三网融合的背景下,下一代广播电视网络NGB的建设也在如火如荼地進行着。上海率先公布了NGB建设的阶段性成果,不过由于种种原因,部分有线电视网络公司还没有真正开展NGB的建设。
同时,NGB战略研究报告也已经发布近一年的时间,现在回过头来研读这一份研究报告,感到有必要再進行一次解读,特别是对NGB具备的双向交互、组播、推送播存和广播四种工作模式進行剖析,使这一份研究报告的某些技术精华能够真正为有线电视网络迈向三网融合提供一点帮助。
基于3TNet技术的工作模式
报告明确提出,“NGB是在有线电视数字化和移动多媒体广播电视(CMMB)的成果基础上,以自主创新的高性能宽带信息网(3TNet)核心技术为支撑,构建的适合我国国情的、三网融合的、有线无线相结合的、全程全网的下一代广播电视网络”,在这里重点解读3TNet以及相关核心技术。
1.3TNet的定义
3TNet是指T比特的光传输系统、T比特的交换路由系统、T比特的网络应用支撑环境。
3TNet本身已经具备了双向交互和组播的工作模式,同时也支持推送播存的工作模式。因此,NGB是以3TNet核心传输技术为基础的。
2.3TNet技术特点
3TNet网络的架构是采用电路与分组交换混合结构(链路在核心,分组在边缘),由ASON/IP构建骨干网络,部署扁平式结构ACR,利用电路交换(组播)MB-ASON结构支持广播类节目,利用简化宽带互联网结构支持交互和数据业务,可以支持IPv4/IPv6双栈。
在业务方面,3TNet提供直播、点播、时移、语音通信、宽带上网等丰富的业务类型,支持多种业务接入和QoS保障机制,提供全新的用户体验,可以极大地推动互动电视业务的发展。
核心网采用80×40Gbps的DWDM光传输系统,具有Tbps交换容量,采用具有多类型业务接人、动态资源分配、自动连接控制、网络保护恢复等功能的ASON设备。
接入网采用大规模接入汇聚路由器ACR,组成扁平式拓扑结构。ACR不仅具有宽带IPv4/IPv6组网功能,而且具有大规模用户接入汇聚功能,主要体现为对用户接口和用户业务的管理与控制,以及协同BOSS支持宽带网络业务运营环境。
创新性的扁平式结构由ACR-S交换主机、ACR-Portal-server、ACR-DHCP-server、远端模块RM、以太网分复用单元EMD、远端接口单元RIU等系统设备组成。
T比特交换结构的汇聚路由器,可以做到高效统计复用、大容量、少局所,降低了成本、单点支持6万户,且户均带宽不低于30Mbps,可以实现广播型业务的组播复制及控制、交互型业务的用户管理。
需要说明的是,在3TNet中采用IP技术承载是指采用IP协议栈,并非是完全采用Mesh结构的IP网络,更不是照搬互联网技术。其核心是在确保QoS的情况下,尽可能提高协议的一致性,以提高网络传输与业务部署的灵活度与便利度。
小结:
总体来说,3TNet技术是以IP技术为核心、以承载三网融合业务为目标的信息网络技术,包含了基础网络传输、宽带接入、大规模路由汇聚、受控组播等核心技术。3TNet技术及其工作模式是有线电视网络外扩式发展的典型代表,是对有线电视网络技术发展与演進的重要贡献。
双向交互
从严格意义上来讲,双向交互不是一个技术名词,而是一种业务模式。但是由于近几年有线数字电视的快速发展,双向交互已经越来越多地被技术工作者提及,因而也蜕变成为一个技术名词。
1 双向
双向既是对信号流向的一种描述,也是对物理信道特质的一种抽象。单向有线电视网络中,信号从信源出发,经过信道达到信宿,完成单向下行传输。信号的形态一般是广播电视节目,信源在有线电视前端,信宿是有线电视用户家里的机顶盒等接收设备。
在双向系统中,信号的上行传输一般是用户在家中发出请求信息,信号通过信道传输至前端,前端進行请求信息的处理,并完成相应的技术操作,使用户请求的广播电视或数据服务的信息流再通过信道下行传输至用户家中。
有线电视网络是双向传输系统,其物理信道具备双向传输能力,例如双向光传输设备、双向放大器和无源的分支分配器以及光电缆系统。之所以有线电视网络被理解成为天然的单向网络,根本原因在于我们自己多年来忽略了双向网络建设。
2 交互
交互是用户通过机顶盒等家庭设备,与前端或者机顶盒本身存储的广播电视节目以及数据信息進行请求和应答的一种操作过程。如果与前端進行交互,则需要双向物理信道的支持,如果仅与机顶盒進行交互,则与有线电视网络的物理信道无关。
最初的交互概念一般理解为“人机交互”,即用户通过遥控器或键盘与机顶盒進行交互操作,以获取广播电视或数据服务。在技术上机顶盒采用中间件支持这一操作,业务上一般是电视节目的多视角选择、相应人员或物品的背景信息等。虽然需要前端的前期支持,但是在進行交互操作时,一般不需要前端的实时支持。
随着网络双向水平的提高,例如光缆向最终用户的推進、高效视频压缩、高阶信道调制技术的采用、前端视频服务器技术指标的提高、引入IP技术以及相关的协议族等,使得有线电视网络的交互概念大大拓宽,用户和前端已经可以建立起直接的联系,以VOD为代表的交互业务已经成为有线电视网络的杀手级应用。
通过以上分析可以看到,双向侧重在技术,表现为物理网络的信道特质;交互侧重在业务,表现为用户的体验感受。
从实际应用来看,北京歌华和深圳天威坚持的“高清交互”战略是可取的。高清代表技术指标,从网络传输的角度来衡量,有线电视网络能轻易达到,电信固网则很难达到。而高清这两个字老百姓能听懂、看明白,易于接受甚至购买高清服务,其结果是增加了用户由有线电视网络迁移到电信固网的迁移成本。交互代表用户体验,老百姓有过使用录像机的类似体验,这仍然可以归于传统视频领域的成功应用。有线电视网络引入人机交互和网络交互,有利于缩小与电信固网用户体验比较当中的差距,其最终结果是增强有线电视用户的忠诚度。
3 有线电视网络中的数据传输
除了上面分析的双向交互外,还需要特别提及有线电视网络的数据传输技术,即有线电视网络数据传输规范DOCSIS。
DOCSIS是有线电视网络進行数据传输,特别是向用户提供互联网服务,迄今为止最成熟的标准。DOCSIS在美国等国家和地区取得了商业和市场上的成功,在我国,由于技术本地化的适应性不足、业务上开展得不够广泛等原因,这一技术应用受到较大影响。
DOCSIS在部分国家和地区取得成功的内在因素有三:基于双向的HFC有线电视网络、无缝承载以IP为核心的互联网业务、使用户真正能享受广播电视类的非对 称交互式和电信类对称交互式业务。
小结:
虽然本文讨论分析的另外两种工作模式也能够实现双向交互的功能,3TNet本是就具有双向交互功能,而推送播存甚至可以基于HFC和DVB/MPEG-2体系,不过这些技术确实把有线电视网络的外延扩展了,因此从技术传承的角度看,在双向HFC有线电视网络基础上、在DVB/MPEG-2主体技术架构下、融合了DOCSIS数据传输规范的技术模式,也是对双向交的一种理解。
组播模式
组播,也称为多播,是相对于原有IP技术中的单播而言的,它与单播、广播一道构成了网络的主要传输方式。它在发送端和每一个接收端之间实现点对多点网络连接,如果一台发送机同时给多个的接收机传输相同的数据,只需发送一份数据包,相应加入组播中的接收机对应接收,不会产生流量复制。这样既提高了数据传送效率,又减少了骨于网络出现拥塞的可能性。
1 组播简介
互联网较早的重要应用是WWW,这是一种基于单播的客户端/服务器应用;另一种普遍应用是电子邮件,虽然也是客户端/服务器应用,但是它使用了组播。从网络的角度来看,一封电子邮件使用SMTP向不同接收者传送的路径可以看作是由许多中间路由器组成的不同路由。
当前,电路交换和分组交换(也称包交换)的技术融合实现了应用一个简单的IP网络来传送话音、视频和数据。许多新的多媒体应用都是组播,例如IPTV或VoIP。为了使一个IP网络能够支持这三种不同类型的业务,必须在协议栈里的网络层应用组播技术,同时路由器也必须支持组播传输。
话音和视频的传送要求IP路由器里必须安装组播路由协议,同时还要解决如何管理组播群组的问题。这由使用组播地址和IGMP协议来完成。组播IP地址是D类地址,IANA负责包括组播地址管理。同时IETF定义了IGMP的统一包格式,包括类型、编码、查和、标识、群组地址、接入密钥等内容。另外一个技术要点是组播路由,一般定义为“树”,即信息从一个或多个源点流向许多的目的地。根据要传输的不同组播服务,路由要求也不同。
组播服务一般分为特定源服务和群组分享服务两大类。特定源服务一般是指只有一个发送机同时有两个或多个接收机,典型应用就是IPTV。群组分享服务是有许多的发送机同时也有许多的接收机,例子就是多点视频会议。
2 基于3TNet的受控组播技术
上文已经提到,3TNet可以支持组播,不过与互联网组播技术比较,还具有受控组播的特点。
组播技术在开展新业务方面虽然具有许多优势,但是还存在组播用户认证、组播信源安全性和组播流量扩散安全性等问题。受控组播技术在IP组播标准协议上,提出了组播业务的控制模型和控制机制,很好地解决了此类问题。
受控组播技术包括组播地址分配、组播源控制、组播流量控制、组播接收者控制和组播安全控制等相关技术。
组播地址分配:组播地址是组播群组的唯一标识,也是直播业务节目流的唯一标识。尽管IETF制定了动态组播地址分配协议,但是为了保证组播源范围和地址可控,3TNet采用静态分配组播地址的方式,统一進行分配与回收,保证组播地址不冲突。随着组播应用的推广以及标准的不断完善,再考虑动态组播地址分配协议。
组播源控制:组播业务创建前,组播源必须進行组播业务申请,包括申请组播源地址、组播地址、带宽、优先级和组播路由。通过在边缘路由器上配置组播接入控制列表ACL(Access Control List)和承诺访问策略CAR(Committed Access Rate)实现对组播源的控制。组播业务终止后,组播源必须发起回收申请。
组播流量控制:骨干网采用隧道或MPLS VPN隔离组播流量和单播流量。在接入网中通过VLAN划分隔离组播流量和单播流量,限制接入网中组播群组最大数量、组播群组的最大成员数和二、三层网络设备上组播表项的最大规模,在一定程度上控制组播分发树的数量和规模。配置组播报文進入网络的优先级,使用网络的DiffServ等QoS转发处理方法,采取配置组播静态分发树的方式,避免组播流量对网络造成冲击。
组播接收者控制:对用户加入组播群组進行本地或远程认证和授权,在网络层实现组播接收者控制,并收集可供计费的数据信息。
组播安全控制:二层交换设备支持IGMP Snooping或IGMP Proxy,抑制二层网络中的组播泛滥,防止未经授权的用户接收到组播流量。用户认证通过后,将MAC地址和用户信息進行绑定,防止不同VLAN下其他用户的MAC地址仿冒。
通过以上分析可以看出,受控组播技术的采用使组播业务具有可控制、可管理的特点,既利用了IP协议栈的一致性优势,与大规模广播服务相比又可以减少信道消耗,可以满足未来运营发展的需求。
小结:
组播技术是基于IP技术的一种重要应用。有线电视网络迈向IP化是发展的大势所趋。虽然传统广播方式对IP技术的需求还不是太强烈,甚至由于IP技术的引用,会让有线电视网络非常担心QoS等新的问题,但是借助新技术的進步,此IP已非彼IP,承载网络的质量已经不用多虑,IP技术的引入带来的是更多的网络与业务发展空间。
推送播存
推送播存在报告中提及的比较少,以至于被忽路不计。随着中外科学家和技术工作者对这一技术模式的科学探索和技术实验,已经提出了一套比较完整的技术方案,因而这一种技术模式有必要为越来越多的人所了解。以下就是在研读李幼平院士有关演讲报告后对推送播存的理解和梳理。
1 统一内容定位标识UCL
研究发现,互联网的用户总流量的70%~80%来源于前1千种热门网站,而且是它的主页。用户在需要找到主页的同时,也希望知道内容是什么,即由Where到Where+What。在浩如烟海的互联网网站当中,为了找到需要的网页,互联网RFC1738规约了统一资源定位标识URL,一般称为网页地址。有了URL,用户可以方便地找到需要浏览的网页。
URL是对网页而言的,解决了“Where”的问题。在此基础上,推送播存技术模式中创造性地引入了统一内容定位标识UCL(Uniform Content Locator)的概念,试图探究解决“What”的问题。
内容标识是指定位文件内容的短小数据分组,它包括内容代码、内容标题、内容摘要、内容指纹、内容界面等五个字段,总量约几百字节。每一项公共文化文件,不管文件大小或类型,也不管用哪一种网络传输分发,都对应着唯一的统一内容定位标识UCL。
内容代码由8个字节组成,前3字节具备本体分类功能,后5字节是唯一性的时间戳;内容标题约60个字节;内容摘要约300个字节;内容指纹基于哈希表算法,略大于100个字节;内容界面由网络层、应用层接口协 议描述,非定长。内容标识用中国国家标准《中文新闻信息置标语言》(GB/T20092-2006)编写。
我国每天产生数以百万品种的公共文化文件,一个文件对应一个内容标识。内容标识不足1kB,百万个标识加起来不足1GB。按1Mbps的广播带宽24小时内可以分发10GB的能力计算,广播推送当天全部新鲜标签轻松自如。利用3个字节的本体分类代码進行下载过滤,用户只需用很小的存储空间,就可以建立自己有兴趣的动态标签库,人人平等地得到“世界发生什么新鲜事”的公益性主动告知。
具体到媒体而言,全国百万种网站和上千种电台,每天可产出20~50GB的图文和1千多GB的视频。其中,属于前1千种媒体的热门内容大约150GB/天。卫星广播、有线电视广播和地面无线广播,都有能力按照“公益性、基本性、均等性和便利性”的原则,把前1千种媒群体的当天内容完整地分发给全国网络内一切有需求的地方。960万平方公里的国土上,任何网络的任何节点,任何家庭的任何终端,都有机会平等地得到广播行业“内容标识”和“千媒群体”提供的“时时、处处、人人”的泛在化人性化服务。
2 半连接与串行相助
推送播存技术模式的关键在于串行相助的半连接融合,即通过半连接的内容标识,让广播、组播与单播三级存储,串行相助。第一级是基于广播的My Web,把常用内容存储于个人身边;第二级是广播与IP组播共建的本地数据库Our Web,把本地民众共同兴趣的热门内容汇聚于本地服务器;第三级是基于单播的World Wide Web,内容仍旧分布存储于全球各地。
个人库My Web:通过公益广播,向所有的个人终端,包括手机、PC机、电视机、电子书、智能终端、x-pad……主动送去内容标签和热门全文,用户不但可以在第一时间获得“世界发生什么新鲜事”的主动告知,还可以无需任何路由转接,直接在个人库中取到预定的热门全文。
本地库Our Web:本地库既接纳广播的主动推送,也接纳IP组播的个案拉动。ACR大规模汇聚路由器和P2Pcache本地服务器,是我国自主创新的两种异步组播分发系统。广播推送与组播拉动,進入本地库的机会均等,先入为主(相同内容只需存储一次)。为了保证热门内容得以按民意自然繁衍,本地库按库闲时间实施吐故纳新。
全球库World Wide Web:身边个人库里有的,就近取用;个人库没有,上本地库索取;本地库仍然没有,通过TCP/IP单播到全球网站中索取。WWW不限内容品种都可以取到。
3 广播技术帮助互联网
“数据命名网络”(DND)研究发现,单纯用主机地址(Where)管理互联网存在弊端,正在尝试改用数据内容(What)管理网络的新机制。
推送播存有别于面向无连接的传统广播,有别于面向连接的IP通信,借助于面向半连接技术,试图使What问题与Where问题一并解决。广播在空间上无限复制内容,存储在时间上无限复制内容,播和存结合,形成遍布全国、具有流量增益(有散度)的半连接节点,促使互联网摆脱由无散度节点组成的传统模式,创新一种远离带宽冲突的全新机制。
克服容易拥堵:无路由可以无拥堵,少路由就可以少拥堵。NGB自主创立的ACR、P2PCache、TVCache,就是一种少路由的扁平化的Our Web,推送播存在用户端则是无路由的MyWeb。
克服内容难管:IP网络忽略语义,用网址管理网络。只管Where,不管What,天生缺失是内容管理的工具。采用内容全文和内容标识分开传输的策略,把互联网的内容管理能力与内容安全水平提升到接近于广播网的高度。
克服耗能过大:互联网耗费能源的重要原因是相同的内容在相同的节点之间不断重复地冗余传输,路由耗电通常大于传输耗电。在内容标识的帮助下,My Web和Our Web的扁平结构以80%以上的比例,抑制大路由跳数的冗余流量,结构化电能浪费随之消失。
小结:
推送播存的工作模式和双向交互、组播的工作模式相伴相生,彼此并无矛盾。和另外两种模式的成熟性相比,推送播存技术模式正处于从技术方案向工程方案迈進的阶段。推送播存更加专注于结构的设计和基础科学技术问题的解决,是广播技术方式帮助互联网的一种有益尝试,因而也是三网融合的一种有益尝试。
广播模式
报告里的广播模式权且理解为传统模拟电视广播方式和基于DVB/MPEG-2体系架构的数字电视广播模式,这已经为广大有线电视网络技术工作者再斤熟知,在此不再赘述。报告将广播模式单独作为一种工作模式应该理解为对历史的尊重和一种技术传承吧。
同时,NGB战略研究报告也已经发布近一年的时间,现在回过头来研读这一份研究报告,感到有必要再進行一次解读,特别是对NGB具备的双向交互、组播、推送播存和广播四种工作模式進行剖析,使这一份研究报告的某些技术精华能够真正为有线电视网络迈向三网融合提供一点帮助。
基于3TNet技术的工作模式
报告明确提出,“NGB是在有线电视数字化和移动多媒体广播电视(CMMB)的成果基础上,以自主创新的高性能宽带信息网(3TNet)核心技术为支撑,构建的适合我国国情的、三网融合的、有线无线相结合的、全程全网的下一代广播电视网络”,在这里重点解读3TNet以及相关核心技术。
1.3TNet的定义
3TNet是指T比特的光传输系统、T比特的交换路由系统、T比特的网络应用支撑环境。
3TNet本身已经具备了双向交互和组播的工作模式,同时也支持推送播存的工作模式。因此,NGB是以3TNet核心传输技术为基础的。
2.3TNet技术特点
3TNet网络的架构是采用电路与分组交换混合结构(链路在核心,分组在边缘),由ASON/IP构建骨干网络,部署扁平式结构ACR,利用电路交换(组播)MB-ASON结构支持广播类节目,利用简化宽带互联网结构支持交互和数据业务,可以支持IPv4/IPv6双栈。
在业务方面,3TNet提供直播、点播、时移、语音通信、宽带上网等丰富的业务类型,支持多种业务接入和QoS保障机制,提供全新的用户体验,可以极大地推动互动电视业务的发展。
核心网采用80×40Gbps的DWDM光传输系统,具有Tbps交换容量,采用具有多类型业务接人、动态资源分配、自动连接控制、网络保护恢复等功能的ASON设备。
接入网采用大规模接入汇聚路由器ACR,组成扁平式拓扑结构。ACR不仅具有宽带IPv4/IPv6组网功能,而且具有大规模用户接入汇聚功能,主要体现为对用户接口和用户业务的管理与控制,以及协同BOSS支持宽带网络业务运营环境。
创新性的扁平式结构由ACR-S交换主机、ACR-Portal-server、ACR-DHCP-server、远端模块RM、以太网分复用单元EMD、远端接口单元RIU等系统设备组成。
T比特交换结构的汇聚路由器,可以做到高效统计复用、大容量、少局所,降低了成本、单点支持6万户,且户均带宽不低于30Mbps,可以实现广播型业务的组播复制及控制、交互型业务的用户管理。
需要说明的是,在3TNet中采用IP技术承载是指采用IP协议栈,并非是完全采用Mesh结构的IP网络,更不是照搬互联网技术。其核心是在确保QoS的情况下,尽可能提高协议的一致性,以提高网络传输与业务部署的灵活度与便利度。
小结:
总体来说,3TNet技术是以IP技术为核心、以承载三网融合业务为目标的信息网络技术,包含了基础网络传输、宽带接入、大规模路由汇聚、受控组播等核心技术。3TNet技术及其工作模式是有线电视网络外扩式发展的典型代表,是对有线电视网络技术发展与演進的重要贡献。
双向交互
从严格意义上来讲,双向交互不是一个技术名词,而是一种业务模式。但是由于近几年有线数字电视的快速发展,双向交互已经越来越多地被技术工作者提及,因而也蜕变成为一个技术名词。
1 双向
双向既是对信号流向的一种描述,也是对物理信道特质的一种抽象。单向有线电视网络中,信号从信源出发,经过信道达到信宿,完成单向下行传输。信号的形态一般是广播电视节目,信源在有线电视前端,信宿是有线电视用户家里的机顶盒等接收设备。
在双向系统中,信号的上行传输一般是用户在家中发出请求信息,信号通过信道传输至前端,前端進行请求信息的处理,并完成相应的技术操作,使用户请求的广播电视或数据服务的信息流再通过信道下行传输至用户家中。
有线电视网络是双向传输系统,其物理信道具备双向传输能力,例如双向光传输设备、双向放大器和无源的分支分配器以及光电缆系统。之所以有线电视网络被理解成为天然的单向网络,根本原因在于我们自己多年来忽略了双向网络建设。
2 交互
交互是用户通过机顶盒等家庭设备,与前端或者机顶盒本身存储的广播电视节目以及数据信息進行请求和应答的一种操作过程。如果与前端進行交互,则需要双向物理信道的支持,如果仅与机顶盒進行交互,则与有线电视网络的物理信道无关。
最初的交互概念一般理解为“人机交互”,即用户通过遥控器或键盘与机顶盒進行交互操作,以获取广播电视或数据服务。在技术上机顶盒采用中间件支持这一操作,业务上一般是电视节目的多视角选择、相应人员或物品的背景信息等。虽然需要前端的前期支持,但是在進行交互操作时,一般不需要前端的实时支持。
随着网络双向水平的提高,例如光缆向最终用户的推進、高效视频压缩、高阶信道调制技术的采用、前端视频服务器技术指标的提高、引入IP技术以及相关的协议族等,使得有线电视网络的交互概念大大拓宽,用户和前端已经可以建立起直接的联系,以VOD为代表的交互业务已经成为有线电视网络的杀手级应用。
通过以上分析可以看到,双向侧重在技术,表现为物理网络的信道特质;交互侧重在业务,表现为用户的体验感受。
从实际应用来看,北京歌华和深圳天威坚持的“高清交互”战略是可取的。高清代表技术指标,从网络传输的角度来衡量,有线电视网络能轻易达到,电信固网则很难达到。而高清这两个字老百姓能听懂、看明白,易于接受甚至购买高清服务,其结果是增加了用户由有线电视网络迁移到电信固网的迁移成本。交互代表用户体验,老百姓有过使用录像机的类似体验,这仍然可以归于传统视频领域的成功应用。有线电视网络引入人机交互和网络交互,有利于缩小与电信固网用户体验比较当中的差距,其最终结果是增强有线电视用户的忠诚度。
3 有线电视网络中的数据传输
除了上面分析的双向交互外,还需要特别提及有线电视网络的数据传输技术,即有线电视网络数据传输规范DOCSIS。
DOCSIS是有线电视网络進行数据传输,特别是向用户提供互联网服务,迄今为止最成熟的标准。DOCSIS在美国等国家和地区取得了商业和市场上的成功,在我国,由于技术本地化的适应性不足、业务上开展得不够广泛等原因,这一技术应用受到较大影响。
DOCSIS在部分国家和地区取得成功的内在因素有三:基于双向的HFC有线电视网络、无缝承载以IP为核心的互联网业务、使用户真正能享受广播电视类的非对 称交互式和电信类对称交互式业务。
小结:
虽然本文讨论分析的另外两种工作模式也能够实现双向交互的功能,3TNet本是就具有双向交互功能,而推送播存甚至可以基于HFC和DVB/MPEG-2体系,不过这些技术确实把有线电视网络的外延扩展了,因此从技术传承的角度看,在双向HFC有线电视网络基础上、在DVB/MPEG-2主体技术架构下、融合了DOCSIS数据传输规范的技术模式,也是对双向交的一种理解。
组播模式
组播,也称为多播,是相对于原有IP技术中的单播而言的,它与单播、广播一道构成了网络的主要传输方式。它在发送端和每一个接收端之间实现点对多点网络连接,如果一台发送机同时给多个的接收机传输相同的数据,只需发送一份数据包,相应加入组播中的接收机对应接收,不会产生流量复制。这样既提高了数据传送效率,又减少了骨于网络出现拥塞的可能性。
1 组播简介
互联网较早的重要应用是WWW,这是一种基于单播的客户端/服务器应用;另一种普遍应用是电子邮件,虽然也是客户端/服务器应用,但是它使用了组播。从网络的角度来看,一封电子邮件使用SMTP向不同接收者传送的路径可以看作是由许多中间路由器组成的不同路由。
当前,电路交换和分组交换(也称包交换)的技术融合实现了应用一个简单的IP网络来传送话音、视频和数据。许多新的多媒体应用都是组播,例如IPTV或VoIP。为了使一个IP网络能够支持这三种不同类型的业务,必须在协议栈里的网络层应用组播技术,同时路由器也必须支持组播传输。
话音和视频的传送要求IP路由器里必须安装组播路由协议,同时还要解决如何管理组播群组的问题。这由使用组播地址和IGMP协议来完成。组播IP地址是D类地址,IANA负责包括组播地址管理。同时IETF定义了IGMP的统一包格式,包括类型、编码、查和、标识、群组地址、接入密钥等内容。另外一个技术要点是组播路由,一般定义为“树”,即信息从一个或多个源点流向许多的目的地。根据要传输的不同组播服务,路由要求也不同。
组播服务一般分为特定源服务和群组分享服务两大类。特定源服务一般是指只有一个发送机同时有两个或多个接收机,典型应用就是IPTV。群组分享服务是有许多的发送机同时也有许多的接收机,例子就是多点视频会议。
2 基于3TNet的受控组播技术
上文已经提到,3TNet可以支持组播,不过与互联网组播技术比较,还具有受控组播的特点。
组播技术在开展新业务方面虽然具有许多优势,但是还存在组播用户认证、组播信源安全性和组播流量扩散安全性等问题。受控组播技术在IP组播标准协议上,提出了组播业务的控制模型和控制机制,很好地解决了此类问题。
受控组播技术包括组播地址分配、组播源控制、组播流量控制、组播接收者控制和组播安全控制等相关技术。
组播地址分配:组播地址是组播群组的唯一标识,也是直播业务节目流的唯一标识。尽管IETF制定了动态组播地址分配协议,但是为了保证组播源范围和地址可控,3TNet采用静态分配组播地址的方式,统一進行分配与回收,保证组播地址不冲突。随着组播应用的推广以及标准的不断完善,再考虑动态组播地址分配协议。
组播源控制:组播业务创建前,组播源必须進行组播业务申请,包括申请组播源地址、组播地址、带宽、优先级和组播路由。通过在边缘路由器上配置组播接入控制列表ACL(Access Control List)和承诺访问策略CAR(Committed Access Rate)实现对组播源的控制。组播业务终止后,组播源必须发起回收申请。
组播流量控制:骨干网采用隧道或MPLS VPN隔离组播流量和单播流量。在接入网中通过VLAN划分隔离组播流量和单播流量,限制接入网中组播群组最大数量、组播群组的最大成员数和二、三层网络设备上组播表项的最大规模,在一定程度上控制组播分发树的数量和规模。配置组播报文進入网络的优先级,使用网络的DiffServ等QoS转发处理方法,采取配置组播静态分发树的方式,避免组播流量对网络造成冲击。
组播接收者控制:对用户加入组播群组進行本地或远程认证和授权,在网络层实现组播接收者控制,并收集可供计费的数据信息。
组播安全控制:二层交换设备支持IGMP Snooping或IGMP Proxy,抑制二层网络中的组播泛滥,防止未经授权的用户接收到组播流量。用户认证通过后,将MAC地址和用户信息進行绑定,防止不同VLAN下其他用户的MAC地址仿冒。
通过以上分析可以看出,受控组播技术的采用使组播业务具有可控制、可管理的特点,既利用了IP协议栈的一致性优势,与大规模广播服务相比又可以减少信道消耗,可以满足未来运营发展的需求。
小结:
组播技术是基于IP技术的一种重要应用。有线电视网络迈向IP化是发展的大势所趋。虽然传统广播方式对IP技术的需求还不是太强烈,甚至由于IP技术的引用,会让有线电视网络非常担心QoS等新的问题,但是借助新技术的進步,此IP已非彼IP,承载网络的质量已经不用多虑,IP技术的引入带来的是更多的网络与业务发展空间。
推送播存
推送播存在报告中提及的比较少,以至于被忽路不计。随着中外科学家和技术工作者对这一技术模式的科学探索和技术实验,已经提出了一套比较完整的技术方案,因而这一种技术模式有必要为越来越多的人所了解。以下就是在研读李幼平院士有关演讲报告后对推送播存的理解和梳理。
1 统一内容定位标识UCL
研究发现,互联网的用户总流量的70%~80%来源于前1千种热门网站,而且是它的主页。用户在需要找到主页的同时,也希望知道内容是什么,即由Where到Where+What。在浩如烟海的互联网网站当中,为了找到需要的网页,互联网RFC1738规约了统一资源定位标识URL,一般称为网页地址。有了URL,用户可以方便地找到需要浏览的网页。
URL是对网页而言的,解决了“Where”的问题。在此基础上,推送播存技术模式中创造性地引入了统一内容定位标识UCL(Uniform Content Locator)的概念,试图探究解决“What”的问题。
内容标识是指定位文件内容的短小数据分组,它包括内容代码、内容标题、内容摘要、内容指纹、内容界面等五个字段,总量约几百字节。每一项公共文化文件,不管文件大小或类型,也不管用哪一种网络传输分发,都对应着唯一的统一内容定位标识UCL。
内容代码由8个字节组成,前3字节具备本体分类功能,后5字节是唯一性的时间戳;内容标题约60个字节;内容摘要约300个字节;内容指纹基于哈希表算法,略大于100个字节;内容界面由网络层、应用层接口协 议描述,非定长。内容标识用中国国家标准《中文新闻信息置标语言》(GB/T20092-2006)编写。
我国每天产生数以百万品种的公共文化文件,一个文件对应一个内容标识。内容标识不足1kB,百万个标识加起来不足1GB。按1Mbps的广播带宽24小时内可以分发10GB的能力计算,广播推送当天全部新鲜标签轻松自如。利用3个字节的本体分类代码進行下载过滤,用户只需用很小的存储空间,就可以建立自己有兴趣的动态标签库,人人平等地得到“世界发生什么新鲜事”的公益性主动告知。
具体到媒体而言,全国百万种网站和上千种电台,每天可产出20~50GB的图文和1千多GB的视频。其中,属于前1千种媒体的热门内容大约150GB/天。卫星广播、有线电视广播和地面无线广播,都有能力按照“公益性、基本性、均等性和便利性”的原则,把前1千种媒群体的当天内容完整地分发给全国网络内一切有需求的地方。960万平方公里的国土上,任何网络的任何节点,任何家庭的任何终端,都有机会平等地得到广播行业“内容标识”和“千媒群体”提供的“时时、处处、人人”的泛在化人性化服务。
2 半连接与串行相助
推送播存技术模式的关键在于串行相助的半连接融合,即通过半连接的内容标识,让广播、组播与单播三级存储,串行相助。第一级是基于广播的My Web,把常用内容存储于个人身边;第二级是广播与IP组播共建的本地数据库Our Web,把本地民众共同兴趣的热门内容汇聚于本地服务器;第三级是基于单播的World Wide Web,内容仍旧分布存储于全球各地。
个人库My Web:通过公益广播,向所有的个人终端,包括手机、PC机、电视机、电子书、智能终端、x-pad……主动送去内容标签和热门全文,用户不但可以在第一时间获得“世界发生什么新鲜事”的主动告知,还可以无需任何路由转接,直接在个人库中取到预定的热门全文。
本地库Our Web:本地库既接纳广播的主动推送,也接纳IP组播的个案拉动。ACR大规模汇聚路由器和P2Pcache本地服务器,是我国自主创新的两种异步组播分发系统。广播推送与组播拉动,進入本地库的机会均等,先入为主(相同内容只需存储一次)。为了保证热门内容得以按民意自然繁衍,本地库按库闲时间实施吐故纳新。
全球库World Wide Web:身边个人库里有的,就近取用;个人库没有,上本地库索取;本地库仍然没有,通过TCP/IP单播到全球网站中索取。WWW不限内容品种都可以取到。
3 广播技术帮助互联网
“数据命名网络”(DND)研究发现,单纯用主机地址(Where)管理互联网存在弊端,正在尝试改用数据内容(What)管理网络的新机制。
推送播存有别于面向无连接的传统广播,有别于面向连接的IP通信,借助于面向半连接技术,试图使What问题与Where问题一并解决。广播在空间上无限复制内容,存储在时间上无限复制内容,播和存结合,形成遍布全国、具有流量增益(有散度)的半连接节点,促使互联网摆脱由无散度节点组成的传统模式,创新一种远离带宽冲突的全新机制。
克服容易拥堵:无路由可以无拥堵,少路由就可以少拥堵。NGB自主创立的ACR、P2PCache、TVCache,就是一种少路由的扁平化的Our Web,推送播存在用户端则是无路由的MyWeb。
克服内容难管:IP网络忽略语义,用网址管理网络。只管Where,不管What,天生缺失是内容管理的工具。采用内容全文和内容标识分开传输的策略,把互联网的内容管理能力与内容安全水平提升到接近于广播网的高度。
克服耗能过大:互联网耗费能源的重要原因是相同的内容在相同的节点之间不断重复地冗余传输,路由耗电通常大于传输耗电。在内容标识的帮助下,My Web和Our Web的扁平结构以80%以上的比例,抑制大路由跳数的冗余流量,结构化电能浪费随之消失。
小结:
推送播存的工作模式和双向交互、组播的工作模式相伴相生,彼此并无矛盾。和另外两种模式的成熟性相比,推送播存技术模式正处于从技术方案向工程方案迈進的阶段。推送播存更加专注于结构的设计和基础科学技术问题的解决,是广播技术方式帮助互联网的一种有益尝试,因而也是三网融合的一种有益尝试。
广播模式
报告里的广播模式权且理解为传统模拟电视广播方式和基于DVB/MPEG-2体系架构的数字电视广播模式,这已经为广大有线电视网络技术工作者再斤熟知,在此不再赘述。报告将广播模式单独作为一种工作模式应该理解为对历史的尊重和一种技术传承吧。