组播技术在IPTV 集成播控平台中的运用

张明健，张英豪

（河南大象融媒体技术有限公司，河南 郑州 450046）

1 组播技术的比较

传统IP 网络采用的是点通信方式，这种典型的通信方式应用了点对点协议，如超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）、文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）等，因此也被称作单播，是一种一对一的传播方式。将单播应用在交互式网络电视（IPTV）集成播控平台中，如果需要同时向多个目标发送视频，就需要向多个不同的目标不断地传输数据。

广播是另一种比较常见的IP 通信方式。这种IP 通信能够实现多点通信。如果说单播是一种一对一的通信模式，那么广播就是一种一对多的通信模式。使用广播时，将主机的信号不断地进行转发与复制，需要长时间保持被动接收所有数据的状态。因此，要想在IPTV 集成播控平台中实现多点传输，需要对目标和信息进行过滤，将不被需要的信息过滤掉。现阶段，我国的IPTV 视频流基本上都是点对多、多对多的形式，基本上不存在单点传输的情况。因此，单播和广播都无法满足新时期IPTV 集成播控平台的发展需求。

组播技术的原理为：组播源向组播组地址发送一份数据，组播组的主机能够接收该数据，组播组内的所有接收者都可以接收到这组数据的拷贝，从而在IPTV 集成播控平台内实现多点数据传输。组播技术的应用能够有效弥补单播和广播存在的缺陷，达成所有接收端口同时接收信息、数据的效果。组播技术是实现多点数据传输的重要途径，对节约IPTV 集成播控平台带宽发挥着重要的作用[1]。

2 组播技术的工作模式

组播技术所采用的协议有两种，一种是组成员关系协议，另一种是组播路由协议。

组成员关系协议建立在主机和路由器之间，其由IGMP 构成。IGMP 即互联网组管理协议（Internet Group Management Protocol，IGMP），是一种沟通主机和路由器的通信协议，具有唯一性。该协议在主机和路由器之间运行，当主机想要加入、获取某一个特定组播信息时，主机就会通过IGMP 协议告知路由器。路由器接收到信息后，利用IGMP 协议的周期性，查询局域网内部的该组播成员是否处于活动状态。该协议将路由器与组成员关联起来。该协议通常在局域网二层网络中运行。

IGMP 协议无法实现组播路由器与路由器之间的传播与维护。因此，要想实现路由器与路由器之间的组播信息传播，就要应用组播路由协议。现阶段，最常见的组播路由协议是PIM 协议（Protocol Independent Multicast，PIM）。根据实现机制的不同，PIM协议又被划分成PIM-DM协议和PIM-SM协议。PIM-DM 协议多应用于密集模式，PIM-SM 协议多应用于稀疏模式。

PIM-DM 协议建立在Push 模式之上，多被应用于组成员比较密集的网络当中，这种网络通常为小型网络。在应用时，PIM-DM 协议会对每个子网进行假设，假设每个组播组内至少存在一个成员，在此基础上将组播数据进行扩散，确保组播数据能够扩散到每一个网络节点。之后，剪枝没有组播数据转发的分支，将接受者的分支保留。这种现象被称作“扩散—剪枝”现象，这种现象多呈周期性发生。

PIM-SM 协议多应用于稀疏模式，其建立在Pull 模式之上，多被应用于组成员比较分散的网络当中，这种网络通常为中大型网络。在应用时，PIM-SM 技术会假设没有主机需要接受组播数据，只有主机明确提出需要转发组播数据时，才会对组播数据进行转发。PIM-SM 技术由共享树实现。共享树即RPT（Rendezvous Point Tree），也被称作汇集树。RPT 会建立公用的RP。RP（Rendezvous Point）即根节点，也被称作汇集点。通常将某一台路由器设置为公用的根节点。当组播源要向某组播组传送组播数据时，必须向组播源侧指定路由器的根节点注册，利用单播方式把注册报文传输给RP[2]。当接受者方的路由器将注册报文发送给组播组根节点时，组播数据就会从根节点经过共享树传播给接收者。

3 组播技术在IPTV 集成播控平台中的应用

3.1 直播与轮播业务中的应用

直播与轮播是IPTV集成播控平台的核心业务，也是IPTV 集成播控平台的基础业务。其包括了IPTV 集成播控平台的所有实时频道资源。

组播技术能够实现IPTV 集成播控平台直播与轮播业务的传输与分发，将直播与轮播信号通过一对多的方式传输和分发给下游运营商，降低IPTV集成播控平台运营的网络负载，达到节约带宽的效果。

IPTV 集成播控平台存在大量的跨路由现象和跨虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN）现象，这主要是因为IPTV 集成播控平台与运营商保持互联。IPTV 集成播控平台的网络规模十分庞大，经常会出现同时向多机构、多运营商输出组播信号的现象。因此，将组播技术应用在直播与轮播业务中时，可以选用PIM-SM 协议，将根节点集成在IPTV 集成播控平台的平台端[3]。

3.2 IP 收录业务中的应用

为更好地发挥组播技术的信息多点传输优势，组播技术还可以应用在IPTV 集成播控平台的IP收录业务中。IP 收录业务能够提供更加丰富的媒体素材，方便点播节目的制作。在直播与轮播业务中利用组播技术分发与传播信息的同时，还可以建立相应的IPTV 集成播控平台的IP 收录系统。IP收录业务能够通过PIM-DM 协议实现，其需要在密集的收录服务器内完成组播信息的分发，网络范围相对较小，因此利用PIM-DM 的效果相对较好。

3.3 矩阵控制系统的应用

矩阵控制系统发挥着视频信号交换的重要作用，其由接口设备和矩阵组成，通过矩阵实现信号的调度，因此被称作矩阵控制系统。随着新媒体技术的不断发展，流矩阵得到了广泛的发展与应用。流矩阵建立在传统广电业务总控信号调度矩阵之上，其应用流程与传统矩阵控制系统基本一致。流矩阵主要对多协议IP 流信号进行调度，其中包括了HTTP、实时传输协议（Real-time Transport Protocol，RTP）及用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）。

流矩阵通常应用在信号应急切换、调度外来频道组播信号当中。IPTV 集成播控平台肩负着向不同运营商分发组播信号的任务，根据移动、联通、电信运营商端口和输送地址的差异，直播频道信源也会产生差异。应用三层组播技术时，有可能出现组播域过大的情况，引发组播路由混乱的问题。而利用流矩阵进行组播信源的集中调度，便能够实现统一的接收与分发，实现信号的快速应急切换[4]。

3.4 组播技术安全性探究

将组播技术应用于IPTV 集成播控平台中有着诸多优势，但组播技术的应用还存在许多安全性问题，如组播源的安全、组播流量的扩散等。因此，应用组播技术时，还要采取一定的安全措施，从而确保IPTV 集成播控平台的安全性与稳定性，具体如下。

（1）在直播、轮播业务的组播源设置专门的VLAN，并利用防火墙对组播源进行统一隔离与防护，避免组播源出现网络安全问题。

（2）在组播流进入运营商网络以前，要检查媒体服务器的合法性。如果是非法媒体服务器，应禁止组播流进入。

（3）常规的组播技术对于接收者没有明确的限制，接收者可以随意加入组播组，这也意味着组播的接受范围缺乏可控性。因此，为了控制扩散的范围，可以检查路由器上转发组播报文的生存时间（Time To Live，TTL）数，能够有效避免组播报文扩散到没有经过授权的范围。

（4）为了避免二层网络上出现泛洪现象，接收端的二层网络可以采用互联网组管理协议进行限制。

4 组播技术在IPTV 集成播控平台的应用要点

4.1 利用组播技术提升IPTV 集成播控平台的网络负载能力

应用组播技术时，要加强信息数据的判断工作，检查信息的完整性、有效性，确保网络运行状况正常无误、状态良好后才可以利用IPTV 集成播控平台对信息数据进行传播。在信息传输的过程中，网络端口的传输量会变得越来越多，网络负载量也会变得越来越大。在IPTV 集成播控平台中合理地利用组播技术，能够提升网络数据的传输效率，提升网络传输的速度，使网络的负载降低；确保IPTV集成播控平台的画面清晰、信号稳定，实现电视直播与轮播业务的稳定供给，完善相应的回放服务。

4.2 建立密钥系统防止IPTV 集成播控平台的内容被窃取

为了保障IPTV 集成播控平台内容的安全性，可以建立相应的密钥系统，将密码设置为动态密码，只有掌握权限、获取许可的管理人员才能够进入IPTV 集成播控平台系统，控制节目的播放。管理人员要了解组播技术，对组播技术中可能出现信息泄露的环节加强防范。可以设置相应的IP 追踪机制，当操作人员反复输入密码错误时，IPTV 集成播控平台要自动报警，并立刻封锁平台，追踪IP地址，以确保IPTV 集成播控平台的安全性。

4.3 加强IPTV 集成播控平台的实时监控

组播技术的开放性很强，一旦IPTV 集成播控平台的网络条件发生波动，就有可能出现漏洞，给不法分子可乘之机，甚至出现病毒入侵或黑客攻击现象，导致IPTV 集成播控平台信息丢失、服务器瘫痪等现象。因此，应该将组播技术整合到IPTV 集成播控平台，并设立相应的监控系统，对外部接入的网站、链接进行全程、实时监控。IPTV 集成播控平台在运行过程中出现不良信息时，相关人员应及时制止。

5 组播技术在IPTV 集成播控平台的应用优势

以往的IPTV 集成播控平台存在信号不稳定、网络速度慢等问题。为了解决上述问题，运营商不得不扩大网络的覆盖区域。而利用组播技术，能够帮助偏远地区的观众接收到相应的信号。随着组播技术的传输设备、传输点数量的增加，信息传输的速度得到了显著提升。组播技术的应用，提升了用户访问程序和信息的效率，使IPTV 集成播控平台的数据传输质量得到了显著提升。

组播技术的优势不仅体现在IPTV 集成播控平台的效率与质量方面，还体现在IPTV 集成播控平台的功能方面。可以在IPTV 集成播控平台设置多个播放器，将其作为信息传播的途径，并利用组播技术，在IPTV 集成播控平台设置大量的视频，通过增加主机数据或设计不同IP 的形式，让用户在点击网页、输入关键词时，能够实时呈现多种视频[5]。组播技术不仅发挥着发送数据、传送数据、接收数据的作用，还能够为用户提供更加丰富多样的视频资源，解决以往IPTV集成播控平台功能单一的问题。组播技术为IPTV 集成播控平台提供了更加丰富的视频资源，提升了视频画面的清晰度，是推动IPTV集成播控平台发展的重要技术。

6 结语

组播技术的应用是未来IPTV 集成播控平台的重要发展趋势。本文首先分析了组播技术与其他技术的差异，其次分析了组播技术的工作模式，在此基础上讨论了组播技术在IPTV 集成播控平台的运用，并就组播技术在IPTV 集成播控平台的应用要点和应用优势进行了总结。总体而言，要想推动组播技术在IPTV 集成播控平台中的合理应用，应该从提升组播技术应用的合理性、提升组播技术的应用稳定性、提升组播技术的应用安全性、提升组播技术的传输速度等方面入手，对组播技术和IPTV 集成播控平台进行优化。相关工作人员要加强对组播技术原理的研究，开发组播技术在IPTV集成播控平台的全新应用途径，加强IPTV 集成播控平台中直播、轮播、IP 收录及矩阵控制等业务方面的应用，利用组播技术推动IPTV 集成播控平台的健康可持续发展，为我国广大受众提供更加优质的服务。