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(shì)將有望幫助網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(yùn)營商希望能夠利用一種獨(dú)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(yùn)營商提供范圍寬泛的、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(duì)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(shí)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(shí)消息、電子郵件和其他通信功能的相同的傳輸機(jī)制，第一次讓運(yùn)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(diǎn)播(VoD)、網(wǎng)絡(luò)個(gè)人視頻錄像機(jī)(PVR)、視頻電話、互聯(lián)網(wǎng)訪問和其他多種功能。對(duì)于目前這一代習(xí)慣于同時(shí)處理多項(xiàng)任務(wù)的“前沖型”用戶而言，在收看節(jié)目的同時(shí)可通過電視機(jī)向朋友發(fā)送短信的功能具有強(qiáng)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(jī)遇與挑戰(zhàn)
服務(wù)提供商在IPTV成功實(shí)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(yàn)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(jī)制。目前IPTV的任何實(shí)現(xiàn)都被迫與點(diǎn)到點(diǎn)(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(huì)導(dǎo)致帶寬沖突和瓶頸問題。
要想使IPTV成功，運(yùn)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(shí)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(gè)信號(hào)流，并對(duì)它們給予優(yōu)先級(jí)管理。
圖1：用戶可以一邊看“美國偶像”，一邊通過電視機(jī)向朋友發(fā)送短信，同時(shí)還研究最新競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的背景。
公共平臺(tái)
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(tái)。這種平臺(tái)必須具有低的操作成本、出色的可擴(kuò)展能力，且維護(hù)簡(jiǎn)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(tái)必須采用高度模塊化的方式，以確保運(yùn)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(shí)，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(duì)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(dòng)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(shí)現(xiàn)線速率達(dá)10Gbit/s的深度包檢測(cè)(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(jí)時(shí)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(shí)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?cè)谶吘壴O(shè)備上被處理的優(yōu)先級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)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)，它允許觀眾“搬移”整個(gè)頻道節(jié)目的廣播時(shí)序。這也給服務(wù)提供商提供了在廣播數(shù)據(jù)中插入時(shí)間敏感且內(nèi)容相關(guān)的廣告的機(jī)會(huì)。另外，運(yùn)營商可以根據(jù)用戶的喜好提供針對(duì)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(shí)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(duì)P2P視頻流量(如YouTube)等內(nèi)容的客戶和提供商，因?yàn)樗鼈冃枰环N能夠應(yīng)用于商業(yè)環(huán)境和娛樂消費(fèi)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(chǔ)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(dòng)。
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(yùn)營商需要集成應(yīng)用服務(wù)器，并將之升級(jí)入IP邊緣平臺(tái)。
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(tái)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(shí)際驗(yàn)證的、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件架構(gòu)中，如高級(jí)電信計(jì)算架構(gòu)(ATCA)，這種架構(gòu)被普遍認(rèn)為是下一代運(yùn)營級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電信基礎(chǔ)架構(gòu)。
為了達(dá)到廣播級(jí)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(jí)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(jí)的服務(wù)，邊緣設(shè)備需要整合當(dāng)前ATCA多處理器運(yùn)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(shí)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(diǎn)。預(yù)先集成的平臺(tái)可以幫助服務(wù)提供商在很短的開發(fā)時(shí)間內(nèi)滿足對(duì)日益復(fù)雜的系統(tǒng)的需求，并降低集成與兼容風(fēng)險(xiǎn)。
圖2：ATCA刀片服務(wù)器可在用戶群增長時(shí)擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)。預(yù)集成平臺(tái)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(yùn)營商考慮的另一個(gè)主要因素。入侵者可以利用無保護(hù)節(jié)點(diǎn)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(qǐng)求、NPVR請(qǐng)求、VoD請(qǐng)求等等。隨著這些互聯(lián)網(wǎng)安全威脅的逐漸增強(qiáng)，急需一個(gè)穩(wěn)健的安全機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)提供商不能依靠簡(jiǎn)單的防火墻或其他傳統(tǒng)的安全措施，因?yàn)樗鼈兒苋菀妆缓诳屠鲜滞黄啤?br />
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(hào)的復(fù)雜模式。隨著時(shí)間的推移，這些復(fù)雜的模式也可能會(huì)演變，對(duì)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(tái)：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(tái)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(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)令人滿意的頻道切換體驗(yàn)。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(gè)基于ATCA的10Gb以太網(wǎng)(GbE)交換機(jī)即可以滿足這種交換要求。
對(duì)IPTV邊緣設(shè)備的軟件要求也很高。這些節(jié)點(diǎn)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(tái)上以簡(jiǎn)化功能集成并降低成本。
此外，這類平臺(tái)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(dú)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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