IPTV组播技术中服务质量策略分析

刘剑东 秦金廷



IPTV组播技术中服务质量策略分析

刘剑东 秦金廷

中国移动通信集团重庆有限公司，重庆 400000

互联网时代，视频会议、视频通信、视频点播和视频广播等多媒体视听业务的飞速发展的同时，也对承载网络规模、带宽资源等提出了更高要求，如何在满足业务应用需求的前提下尽可能降低网络带宽资源的消耗，也成为当前重要课题之一。现阶段，采用传统单播技术进行高带宽业务应用，极易导致网络带宽的严重浪费，而组播技术则能够有效地解决网络带宽浪费的问题，故组播技术的应用也成为电信运营商缓解带宽资源消耗的重要技术措施。将针对IPTV组播技术的实际应用，对IPTV系统的组播技术进行深入研究，同时对基于MPLS网络的体系结构和协议方面的差分服务模型进行研究，并探讨在QoS参数基础上对PIM-SM协议进行补充，完善对IPTV组播服务质量的策略分析。

IPTV；组播技术；服务质量；策略

随着“宽带中国”战略的不断推进，人们对各类网络应用需求不断增加，新的多媒体应用研发有效促进了电信网、广电网以及互联网的相互渗透和融合，这让三者之间的关系变得更加紧密，也让三者之间的经营效益得到有效提升。IPTV即交互式网络电视，是一种利用宽带网，集互联网、多媒体、通讯等技术于一体，将家庭电视作为主要终端，通过互联网协议等向家庭用户提供包括数字电视直播、点播等多种交互式服务的崭新技术。[1]

对于IPTV业务而言，以高效的组播技术来保障QoS的良好运行，是其业务开展的基础性保障。通常QoS能够提供三种服务模型：Best-Effort service（尽力而为服务模型）、Integrated service（综合服务模型，简称Int-Serv）、Differentiated service（区分服务模型，简称Diff-Serv）。而在以互联网络为基础的情况下，视音频的应用基于不同的QoS策略与要求，需要匹配不同的服务模型。但现阶段主要应用场景也只能在单播环境下的业务服务质量得到保障，并不能让组播业务的服务质量得到保障。[2]因此我们还需要研究更加高效的传输方案，来保证IPTV组播的服务质量。

1 MPLS网络下的IPTV区分服务模型

对于IPTV传输而言，集成服务模型是理论上保证其质量的最好技术，但由于集成服务模型的费用支出相对较高，并且扩展性不能满足需求，所以在实际应用中不会将其作为首选。[3]而QoS技术是一种差分服务模型，其能够让运营实际情况和IPTV业务特点被真正结合在一起。而将多协议标记交换技术使用在网络核心中，就能让服务质量得到更好的保障。

1.1 IPTV系统与MPLS协议

在不进行服务质量保证、不设置排队和拥塞管理机制、不区分业务流类型的情况下将IPTV直接增加到原有的网络中，就很可能出现网络拥塞，这样将会导致代价大的路径被闲置，而代价小的路径却成为所有数据流抢占的对象。[4]所以可以设想选择一条能够满足IPTV服务质量的次优路径作为数据流传输的载体，这样就需要利用MPLS技术对资源进行逻辑隔离处理。

对于MPLS而言，其主要是将二层交换协议和三层IP技术结合在一起，将一个定长的标签作为传输过程中唯一的处理对象，将面向连接的机制引入到无连接的IP网络中，以运行过程中建立的标记交换通路进行转发分组，这样就能让IP业务的服务质量得到保障。对于单播通信而言，MPLS的应用为其带来了很多便利，但MPLS并不能适用于组播。而要在MPLS中应用组播技术，必须要解决的问题就是将第三层主播书映射到第二层链路上。[5]

1.2 以MPLS叠加差分业务模型为基础的组播

对于MPLS而言，其本身没有固定的服务质量特性和服务类型，其只能为IP基础上的服务质量特性和服务类型提供一个体系结构。所以在单独使用MPLS的情况下，并不能让服务质量得到有效保障。在使用服务体系结构DiffSer的情况下，能够让网络内部节点的结构得到简化，以报文内容对各种业务的流量进行区分，同时完成对优先级的分配并保证让高优先级先转发，这种良好的扩展性能够在路由器上轻松实现，所以其是一种很好的IP服务质量控制模型。但逐跳路由是区分服务体系结构使用的分组转发方式，所以并不能较好地完成对端到端服务质量结构的提供。MPLS的标签分配与区分服务体系结构对服务质量的分类有很多相似的地方，所以MPLS能够为区分服务体系结构提供很好的支持。[6]

在启用MPLS协议标签交换路由器（LSR）在标签交换的转发过程中并不检查IP头，所以MPLS标签交换路由器利用MPLS标签中的EXP比特来配置QoS策略。因此，在MPLS网络中可以利用MPLS标签中的EXP比特来设置MPLS报文的优先级别，从而实现区分服务。故在MPLS叠加区分服务体系结构的过程中，必须要将DSCP的值映射到,MPLS的标签中。[7]其主要是在使用某种方法的基础上，让其相应的PHB能够在标签头中得到确定。

在本文的研究中，将引用一种扩展的区分服务体系结构框架，用以保证组播的服务质量，以原有的单播服务为基础，添加更多的多播服务类型。在这一框架中，需要有相应的工具并满足一些必要的条件。其中主要是需要完成对流量的分类和调整，需要PHB和PHB组，因为对于特定应用的组播流而言需要对相同的QoS策略进行指定，所以将会在组播环境中应用PHB组，同时还要设定排队机制和服务类型。在应用这种区分服务体系结构框架的情况下，原有的区分服务体系结构支持组播服务时存在的发送方任意动态改变、被忽视的预留子树和扩展的区分服务体系结构宽假对异构组播等问题都能得到一定的改善。[8]

对于IPTV业务而言，其对时延和丢包的敏感度适中，所以在部署多协议标签交换叠加差分业务模型的过程中，其并不一定设置最高优先级。对于MPLS网络而言，其中的LSP机制能够根据不同的业务建立有针对性的转发路径。通过将该LSP设置在区分模型中，并且建立显示路径，从而为IPTV业务提供其专用的能够让其服务质量得到保障的转发路径，这样就能让传统业务的传输路径与IPTV的传输路径分开，同时完成对IPTV多播数据流的实时组播服务类型进行DSCP标记。通过这样的方式完成对流量的合理分流，相较于传统组播技术，能够让网络拥塞得到更加有效的缓解，从而保证IPTV组播技术的服务质量。

2 以QoS策略为基础的PIM-SM协议的扩展

为了更加有效地解决组播的QoS策略部署问题，还可以将以QoS为基础的组播路由方案引入到其中。对于这个质量控制方案，其主要是在构建组播树的时候，对网络资源的总体使用率和用户的QoS保障要求进行合理考虑，并将理论研究重点放在这个问题上。根据目前的情况来看，主要有QMRP和QoSMIC等多播/组播路由协议能够为基于QoS参数进行路由寻径提供直接的支持，但在应用这些协议的过程中，当出现新的组成员加入的时候，其会存在延迟较高、控制过于复杂和搜索范围过大等难以解决的问题，并且这些协议的应用并不能在现有组播路由协议的基础上以扩充的形式得到实现，所以其开发的过程中会有很大的工作量。根据IPTV的实际应用情况，组播路由协议通常选用使用十分广泛的PIM-SM协议，这样就能在PIN-SM协议的基础上通过扩充的方式让组播的QoS得到一定程度的满足。在基于PIM-SM的QoS模型中，接收者需要先进入到没有QoS保障的共享树，当接收者需要加入到具有特定QoS约束的源树的时候，只需要切换到相应的源树就能实现。

有研究者提出了两种组播构造的算法，基于简单单播的QoS组播nuqm算法和以树信息为基础的QoS组播TIQM算法，前者使用下层的支持QoS的单播路由算法，后者基于全局组播组信息，两种算法存在一定的互补性。也有研究者提出了另一种以QoS策略为基础的PIM-SM扩充方案，即PUQM（pwe-hop unieast QoS nultiest）方案。

在PUQM中，使用了NUQM的逆向单播加入寻径机制，并在Join/prune数据包中写入了预留带宽请求，这样能够让接收者在从SPT树切换到ST树的时候完成相应的带宽预留。

通过对IPTV的应用，用户的观看行为共有两大类型，分别是观看模式和来回切换频道模式。用户一般为了浏览自己感兴趣的节目或打发广告时间而进行频道的切换，这样的情况下对视频流QoS的要求就相对较低，而对快速切换频道的要求较高。但在长时间观看某一个频道的时候，就会对QoS的视频流要求很高。根据实际情况对上述方案进行比较可以知道：能够更好地适应用户的行为模式的方案是PUQM。

所以，可以将PUQM方案引入到PIM-SM协议中。在用户进入到稳定的观看模式之后，通过SPT树和ST树的来回切换就能够预留出相应的带宽，从而让用户的观看质量得到有效保障。

3 总结

IPTV利用宽带有线网络，能够满足用户的节目观看需求，在使用IPTV的情况下，用户能够得到高清、超清标准的数字媒体服务，同时用户可以根据自己的喜好选择网上各种网站提供的视频节目。IPTV采用的播放平台是新一代家庭数字媒体终端的典型代表，它能根据用户的实际需求完成对多种多媒体服务功能的配置。另外，通过对IPTV技术的应用，能够为网络发展商和节目提供商提供更加广阔的市场。本文对基于MPLS协议组播技术进行了研究，并将QoS策略引入PIM-SM协议中，提出了一种扩展优化方案，使视频流接收者在从SPT树切换到ST树的时候完成相应的带宽预留，从而提升视频类应用感知，让用户的观看质量得到有效保障。

[1]吴晓灵.IPTV业务平台在运营商网络上的设计与实现[D].吉林大学，2014.

[2]董宾.IPTV网络规划及其保障系统的研究与应用[D].北京邮电大学，2012.

[3]郭宁.基于城域网的IPTV的设计与实现[D].西安电子科技大学，2014.

[4]沈跃辉.SDN网络平台面向组播业务关键技术的研究与实现[D].北京邮电大学，2015.

[5]李国庆.面向高性能宽带信息网络IPTV业务的组播技术研究[D].华南理工大学，2011.

[6]刘绍东，马静静，董云峰.城域网IPTV组播技术在网络优化改造中的应用[J].齐鲁工业大学学报（自然科学版），2015（29）：92-95.

[7]邱志彬.关于组播技术在IPTV中的应用探究[J].无线互联科技，2013（2）：15.

[8]孙涵.浅谈组播技术在IPTV集成播控平台中的应用[J].现代电视技术，2013（14）：113-116.

Analysis of Service Quality Strategy in IPTV Multicast Technology

Qin Jinting Liu Jiandong

China Mobile Communications Group Chongqing Co.，Ltd.，Chongqing 400000

the rapid development of the Internet era，video conferencing，video communication，video on demand and video broadcasting of multimedia services at the same time，the bearing，the size of the network bandwidth resources proposed higher requirements，how to under the precondition of satisfying the need of business application as far as possible to reduce the consumption of network bandwidth resources，has become one of the important topics. At this stage，the traditional unicast technology for high bandwidth applications，extremely easy to lead to serious waste of network bandwidth，multicast technology can effectively solve the problems of the waste of network bandwidth，so the application of multicast technology has become a bandwidth resource consumption the important technical measures to alleviate the telecom operators. The IPTV multicast technology for the practical application，the multicast technology in the IPTV system for in-depth study，at the same time the difference based on the system structure and protocol of MPLS network is divided into service model research，and explore in QoS parameters on the basis of PIM-SM protocol supplement and improve the IPTV multicast service quality strategy analysis.

IPTV；multicast technology；quality of service；strategy

TN949.2

A

1009-6434(2016)6-0036-03