基于ICN的IPTV传输和监测技术研究

河南广播电视台：万明明

IPTV是指一种交互式的网络电视，属于一种先进的电视业务范围，IPTV可以借助于IP实现对信息内容的有效传输，可以在电视、计算机等终端展示。IPTV技术当中具备交互性和创新性的特点优势，可以被作为视频音频服务的集合，可以实现对多种技术手段进行有效的整合融汇，比如互联网、流媒体播放、视频编码、数字通信等技术手段方式，IPTV技术对于数字化多媒体建设发展具有一定的促进意义和发展作用。

1.IPTV技术

1.1 IPTV技术组播技术

对于IPTV节目来说，用户对其进行观看时，其终端可以和视频的服务器建立起一个链接通道，在IPTV节目有大容量的用户观看时，其视频服务器部分就会在内部建立对应的大量网络链接通道。此种模式的服务，在视频进行大文件传输时会对视频服务器造成巨大的压力。基于此，需要借助IPTV组播技术的方式来对服务器内部存在的较大压力进行缓解。针对用户而言，终端部分通过IPTV的身份验证之后，用户就会自动加入到视频播放组内部，视频服务器不会单独地向用户来进行数据的发送，而是直接对此用户组进行数据的发送。用户量越大，IPTV的组播技术优势就表现得越明显。

IPTV的服务器所产生的视频或者音频流可以利用每一个单独的IP组播地址向IPTV的核心网络进行发送。IPTV的核心网络主要是利用协议独立组播的方式对核心路由器之间所传输的视频数据流进行分析和研究。在视频流当中，主要是借助于IPTV的核心网络进入到用户接入网络的内部。其中接入的网络需要利用管理协议的方式对每个用户的组进行信号的发出，最终利用机顶盒进行解码之后将其在电视屏幕上进行显示。机顶盒的设备可以对用户所发出的指令进行接收，以此来发送连接或者离开的消息，对用户的接收通道进行指示，通道开关进行转换之后可以作为迁移和通道的离开信息，新通道就可以加入。在这个过程当中，需要避免出现所有组转发全部客户的情况，IPTV核心网络的交换机一般都是利用IGMP窥探技术的方式来对数据信息进行读取，且对其中存在的IGMP的信息进行检索。如果缺乏其信息的窥探，交换机则需要将组网的数据包注入到每一个端口内部，此种情况就会使得信号广播传输到所有组的所有用户终端部分，形成一个网络风暴的产生。借助于此种IGMP的窥探方式，交换机可以对路由器和终端主机之间产生的消息进行交换，实现构建请求特定组播的所有端口列表。

1.2 基于CDN的IPTV技术

基于CDN的IPTV技术，主要是针对于IPTV中的视频点播读物，借助于CDN的方式来完成，对于视频流来说，可以借助于CDN的方式分发到网络边缘距离用户较近的边缘服务器当中，并将其传输到用户的机顶盒内部，实现边下载边播放的功能。

1.3 IPTV视频流编码传输技术

现阶段应用比较广泛的IPTV视频流编码传输技术可以分为两种技术：互联网流媒体联盟和PEG-2TS，其中互联网流媒体联盟即为Internet Streaming Media Alliance。称之为ISMA，ISMA属于传统的C/S模式，借助于协议将数据信号封装在传输层内部，在此种模式下，传输信号的检测方式也需要在RTP的基础上协议完成。其中MPEG-2TS属于一种广泛的视频压缩编码方式，在视频压缩编码方式当中，出现了很多压缩效率较高的方式，因此此种方式的应用越来越少。ISMA方式下可以借助RTP协议对音频和视频的信号实现同步化操作，以此对其质量进行控制，此属于IPTV节目信号传输质量检测的核心技术所在。

2.基于ICN的IPTV核心网络技术

现阶段的IPTV主营业务，可以分为电视类、通信类和增值业务这三项。其中电视业务包含了广播电视、点播电视和个人视频录制等；通信业务包含了基于IP的语音业务、即时通信服务和电视短信等；增值业务包含了电视购物、互动广告、在线游戏和远程教育等。在现阶段的IPTV运营情况当中，内容的集成和信息的传输在符合政策方针和要求方面还存在一定的问题，因此需要对其进行改善，《国家广播电视总局关于开展IPTV专项治理的通知（广发[2019]45号）》对于其在涉及到的问题进行了分析和研究。一方面，对于违反IPTV的内容审查的问题需要进行重点治理，其中涉及到了播出的管理时间等；另一方面，针对违反境外电视节目的管理规定的问题也需要进行治理；针对电视频道的违反行为也需要治理。另外，针对缺乏IPTV内容服务许可、违规进行IPTV连接公网和其他违背IPTV管理规定的问题也需要进行重点治理和改善。

在对IPTV的解决方案进行分析的时候需要借助组播技术解决，借助ICN和IGMP的方式建立起一个组播通道。其中ICN的通信当中需要借助IP的组播，IGMP控制（C）和IP组播数据（D）信道属于两个子民，与下面的控制以及数据的信息通道组成了一个平面的空间。针对发送IP组播的，可以对通道的订阅者进行控制，以此来方便相关的连接信息的告知和信息的预留操作。基于此，在对IP组播信号的接收方面，需要对于数据包的接收任务进行掌握和了解。对于接收端来说，在接连发生以及消息离开的时候需要进行通道的发布和转换，对于数据通道需要开展隐式订阅或者取消订阅。在收到信息之后，需要对其进行检查，在检查的过程当中如果检查没有收到信息，就需要进行cNAP发送隐式订阅消息，以此来将信息发送给对应的控制通道，此种方式主要是由于代表相应IP组播发送方开展信道订阅活动，其中sNAP属于接收方。sNAP需要对其接收的组进行检查，确认收到状态。在接收到之后，需要将cNAP添加到组的收件人中。一旦出现此种情况变化，对于底层的ICN来说可以对其自动重新计算，也就是对组播树的FID进行重新计算，其中需要允许IP数据包借助本机组播进行正确的cNAP传递。

基于ICN和IGMP技术的组播通道方面，对于ICN通信存在的所有IP组播信息数据交流的过程中经常发生的网络导致链路、交换机或路由器故障的现象，需要利用使用冗余链路和节点进行网络的构建操作，以此来最大限度地避免此类事情对服务造成中断影响。对于现阶段的IPTV网络，如果存在多条路径的交换机，对于拓扑就可以创建一个生成树，禁止一些链路进行流量的转发，以此来避免循环现象的发生。IGMP窥探交换机对其消息内部进行查看的时候，其本质属于树中位置的学习，也就是需要对IP组播的消息来源进行了解，对传播的终点进行了解和掌握。如果发生了上述的链接失败现象，需要对其网络的拓扑变化进行重组，对于IGMP窥探交换机收集的组播转发树信息部分来说，部分属于无效的状态。基于此，在使用交换机停止转发流量之后需要在接收到新的IGMP消息时才可以允许交换机重新对组播树进行创建。因此，链路故障转移的期间，需要进行服务中断操作的预计，计量单位以秒来作为顺序，一直到生成树被重新创建之后，交换机可以从所有的活动机顶盒当中进行报告的接收。如果两个交换机之间产生的主链路发生了故障，其入口的交换机检测故障可以将流量自动地切换到主接口配置的辅助接口部分，以此来避免组播树或者FID的重新计算。在此种情况下，与传统IP的IPTV网络相比较，基于ICN技术的IPTV网络具备的丢包率和服务中断故障率比较低，可以提供可靠的传输质量保证。

3.IPTV视频传输监测问题

对于IPTV来说，其网络的体系结构中SHE即为Super Head End，可以实现其各地内容汇集到广播电视的内容中，实现IP化的交流。此种方式在流经了广域网传输之后可以达到VHO端，即为Video Hub Office，利用介入到网络将视频数据发送到用户的HG内部，即为Home Gateway，在家庭网络当中可以实现将IP视频流分发到机顶盒当中，在这个过程中可以实现在电视上进行视频的控制播放。在所有的网络当中都支持IP组播，对于每一个电视频道内部都可以建立一个组播树。视频点播服务器还可以建立在SHE和VHO中，用户的点播可以将每一条的视频从视频点播服务器到用户机顶盒的单播视频流内部。在视频流传输的过程当中，核心的网络与其城域网络结合下组合成为一个Mesh结构。其中，接入网络属于IPTV的数据向用户进行分发的一个重要承载网络，其中的宽带接入或者XDSL接入网络属于树形结构的部分。

IPTV的视频传输质量的监测呈现出的问题主要集中在两个方面：其一，广域网和城域网属于其ISP重点运营和保护的网络，在可靠性方面都比接入网的可靠性要高，在其传输的过程当中出现问题的话，IPTV服务的提供商可以在对应的服务器当中检测节目的质量，如果发现了质量下降的现象，则可以及时地使用对应的补救措施。其二，对于其接入网来说，在物理方面的分布比较复杂，传输线路和设备在分布方面都会在园区的网络和用户小区当中实现地段的保护，此种情况下出现的故障概率相对较大，其接入的网络故障可能导致IPTV的运营商在检测到传输质量下降之前就对用户自身的QOE产生了一定的影响。

基于本文的树形结构接入网络当中，其视频的质量监测过程当中所涉及到的问题需要进行实例化的研究。如果接入网当中，存在一个集中的视频传输质量检测服务器，被称为MS，即为Monitoring Server，对在运行过程当中收集每一个用户的机顶盒的实时反馈的视频接收所呈现出的质量，比如可以对机顶盒内部进行类似于TBM的监测，如果信号的接收质量下降与其预先设定出的阈值进行对比低的话，需要立刻向MS进行反馈。在这个过程当中需要值得注意的是，IPTV的视频传输质量监测的操作需要建立在正常的网络管理当中，也就是ISP的管理网络需要实现对网络通断和网络性能的科学化管理。在此种程度上，假设用户的机顶盒无法和MS取得相关联系，ISP的网络管理功能需要对其网络运行过程当中出现的故障点进行有效化科学的诊断。在IPTV的适配传输质量监测方面，其MS接收到一个或者多个用户机顶盒的质量下降的报告之后，可以对网络当中产生IPTV的传输质量故障点的影响因素进行定位和分析研究。一般来说，此种类型的故障一般都是由于网络视频当中存在一定的突发性、背景流量的变化，最终造成了IPTV视频流可以在传输当中产生了丢包或者是延时抖动得以增加的情况和状态。

4.发展趋势

IPTV属于一种高新技术的传输服务形式类型，可以有效地改善传统模式运行过程当中存在的局限性，由于IPTV自身在交互性能方面相对较强，具备相对较高的灵活性，对于其现阶段相关的产业可以实现多元化的发展和促进。与此同时，IPTV的关键技术可以在诸多领域实现有效地应用，比如对酒店进行智能化IPTV系统的应用。基于IPTV的技术引导，可以实现最大限度且方便快捷地对其内部所需要的各类功能进行实现和处理，其中包含了实时点播、在线付费等操作和功能，还可以对私人的个性化定制、预约等人性化的体验提供良好的服务，以此来最大限度地为用户提供一个良好且快捷的体验。与此同时，社会上其他的专业领域内都可以借助IPTV系统进行应用，实现社会整体化运行的基础科学保证，极大地促进信息化和技术化的整体发展。在当前的发展当中，IPTV需要考虑一个网络核心承载架构的问题，对于未来的IPTV用户来说，数量呈现出倍数增长的趋势，因此需要确保其核心的架构网络处于稳定可靠的状态当中。除此之外还需要对网络传输的速度进行注重，以此最大限度地保障网络传输画面的清晰程度，对于宽带延伸等多个方面的问题进行及时的解决，以此保证IPTV的系统得以充分科学地运行。

5.结束语

针对于传统的电视行业，IPTV属于一种技术的变革，可以说是运营商转战视频服务行业的一个重要标志。基于当前的互联网和移动通信网络的迅速发展和变革，在对应的领域行业内也得到了快速的发展和运营，在其信号的传输带宽、传输的速率方面也具备了一定的增加，由于网速造成的IPTV业务技术的发展问题也需要良好的科学化处理和解决，基于此，需要不断地加强在ICN方面的IPTV传输和监测技术，以此来不断地促进IPTV的发展和进步。