姜大慶，顧衛(wèi)兵

(南通農業(yè)職業(yè)技術學院信息工程系，江蘇 南通 226007)

0 引言

隨著互聯(lián)網技術的不斷發(fā)展和廣泛應用，網絡休閑已成為互聯(lián)網時代在世界各國出現(xiàn)的一種新的休閑方式。而作為“三網融合”最具代表性的業(yè)務——交互式網絡電視(IPTV)業(yè)務的出現(xiàn)，有效地將電視網、電話網和互聯(lián)網3個領域結合在一起，又使休閑平臺網絡化成為今后休閑產業(yè)轉型和升級的趨勢。

IPTV又稱ITV，即交互式網絡電視(Interactive Television)，是集互聯(lián)網、多媒體、通信等多種技術為一體的嶄新業(yè)務集合體。它基于TCP/IP協(xié)議和流媒體技術，利用ADSL或以太網等接入寬帶網，通過聚合服務提供商(SP)的各種流媒體服務內容和增值應用來進行單播、廣播或組播視頻業(yè)務，提供包括數(shù)字電視節(jié)目、互聯(lián)網瀏覽、電子郵件以及在線娛樂、遠程教育、網上購物等多種交互式媒體服務［1］。IPTV系統(tǒng)的關鍵技術包括承載網技術、流媒體技術、編解碼技術、內容分發(fā)網絡CDN技術、數(shù)字版權管理DRM技術、IPTV機頂盒與電子節(jié)目向導EPG技術、業(yè)務運營支撐系統(tǒng)技術等［2］。

本文研究并設計了一個基于IPTV的集影音互動平臺、教育平臺和購物平臺于一體的休閑農場觀光系統(tǒng)，可以通過互聯(lián)網向世界各地的IPTV和網絡用戶傳送休閑農莊的產品、銷售信息及遠程實時音視頻數(shù)據(jù)，提供以互動網絡電視(IPTV)或計算機為播放媒介的IPTV增值服務。

1 休閑農場觀光系統(tǒng)的設計

1.1 系統(tǒng)的功能設計

休閑農場觀光系統(tǒng)的用戶主要面向廣大中小學生、白領階層和城市居民，針對這類消費群體，整個系統(tǒng)的設計包括影音互動、在線教育和在線交易三大部分，由互動多媒體影音管理子系統(tǒng)、在線教育子系統(tǒng)、在線交易子系統(tǒng)、會員管理子系統(tǒng)和安全認證子系統(tǒng)等5個功能模塊組成，具體功能如圖1所示。

系統(tǒng)實行會員制運營。運營時，休閑農場將在智能大棚內外選取若干控制點安裝IP攝像機，對整個農場進行遠程實時監(jiān)控，并將監(jiān)控圖像、農作物產品以及銷售信息等放在網上供注冊會員隨時隨地參觀瀏覽，開展休閑娛樂活動或互動式交流。會員們可到現(xiàn)場選擇一塊自己滿意的地，種植自己需要的瓜果蔬菜，培育花卉等，系統(tǒng)可提供24 h遠程監(jiān)控，會員可隨時通過互聯(lián)網查看自己種植的蔬果生長情況，以滿足因距離、交通等原因無法親身體驗的網民親近農事、回歸自然的需要。會員可以通過IPTV購買農場的產品，系統(tǒng)的在線支付和物流配送功能可以將農場的產品送到會員家中，這可以作為現(xiàn)實休閑農場經營模式的一個有益的補充。同時，系統(tǒng)提供了在線教育功能，可利用休閑農場的動植物資源對中小學生進行農業(yè)生產和自然科學知識的教育和培訓。

圖1 系統(tǒng)的功能模塊

1.2 系統(tǒng)的架構設計

為了實現(xiàn)上述功能，休閑農場觀光平臺的架構設計由運營管理平臺、觀光平臺業(yè)務門戶、觀光平臺業(yè)務接入網關以及各種業(yè)務能力系統(tǒng)組成［3－4］，如圖2所示。

圖2 休閑農場觀光平臺的系統(tǒng)結構

1.2.1 運營管理平臺

本系統(tǒng)運營管理平臺提供統(tǒng)一單點認證、統(tǒng)一計費、統(tǒng)一門戶等功能。主要包括農場影音內容管理、會員管理、業(yè)務處理、終端管理、認證授權、計費結算、門戶服務、統(tǒng)計分析等功能模塊。

1.2.2 觀光平臺業(yè)務門戶

觀光平臺業(yè)務門戶為IPTV終端用戶提供休閑農場觀光業(yè)務的展現(xiàn)，引導用戶使用本系統(tǒng)提供的各項增值業(yè)務，是用戶選擇本系統(tǒng)的入口。為方便用戶使用，本系統(tǒng)與運營商的基本業(yè)務系統(tǒng)相互對接，即在基本業(yè)務系統(tǒng)的EPG中提供指向本系統(tǒng)業(yè)務的鏈接，同時在本系統(tǒng)業(yè)務的EPG中也提供了指向基本業(yè)務系統(tǒng)的鏈接。

1.2.3 觀光平臺業(yè)務接入網關

觀光平臺業(yè)務接入網關是實現(xiàn)農場觀光服務業(yè)務接入的功能實體，提供對服務的接入鑒權控制以及與觀光平臺業(yè)務處理系統(tǒng)的適配。本系統(tǒng)的接入網關由多個模塊組成，每個模塊有各自的對外通用接口，負責一類業(yè)務的適配。

1.2.4 觀光平臺業(yè)務能力系統(tǒng)

各個業(yè)務能力系統(tǒng)是分別實現(xiàn)各個業(yè)務能力的功能實體，包括各業(yè)務能力的認證觸發(fā)、計費觸發(fā)和業(yè)務處理。本系統(tǒng)提供了流媒體、信息服務(含瀏覽、檢索及推送)、下載、遠程視頻監(jiān)控等多種業(yè)務能力系統(tǒng)，以供不同的業(yè)務進行組合應用(如遠程教育業(yè)務)，需要使用流媒體、多點視頻會議、即時消息等業(yè)務能力。在線交易業(yè)務，需要使用信息服務、視頻通信、在線支付等業(yè)務能力。同時，本系統(tǒng)的業(yè)務能力系統(tǒng)還可隨著業(yè)務需求的擴展而擴展。

1.3 系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術

基于上文描述的系統(tǒng)功能特點及總體架構，在實現(xiàn)和部署平臺的過程中，采用了如下一些關鍵技術。

1.3.1 富客戶端技術

目前的IPTV增值業(yè)務應用系統(tǒng)一般都基于通用瀏覽器，采用被稱為“瘦客戶端”的B/S技術開發(fā)。但是傳統(tǒng)的B/S架構客戶端技術存在以下不足:用戶界面不夠豐富友善，部分功能實現(xiàn)的流程較復雜;“瘦客戶端”過于依賴網絡連接，請求/應答的模式使交互速度受到限制，例如，很多游戲都無法通過B/S方式實現(xiàn)。為使系統(tǒng)具有強大的交互性和豐富的界面效果，本系統(tǒng)采用新興的“富客戶端”技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“瘦客戶端”技術進行開發(fā)。在比較、權衡了 Adobe Flash/Flex，Avalon，SilverLight等多項“富客戶端”開發(fā)技術的基礎上，選擇了較為成熟的基于微軟.NET平臺的Smart Client(智能客戶端)技術。Smart Client擁有自動更新、離線狀態(tài)下的數(shù)據(jù)處理和可以使用本地資源等特征，運用該技術開發(fā)和部署的IPTV休閑農場觀光系統(tǒng)集“桌面應用程序”的最佳交互性與“Web應用程序”的易部署、易升級特性于一體，同時支持高效率的網絡傳輸，例如IPTV機頂盒與平臺系統(tǒng)之間的交互主要采用XML來描述數(shù)據(jù)，以SOAP傳遞方法與參數(shù)，并以HTTP進行承載，從而為用戶提供一個更高和更全方位的網絡休閑體驗，很好地實現(xiàn)了系統(tǒng)的設計目標。

1.3.2 業(yè)務的認證和授權機制

本系統(tǒng)的運營實行會員制。會員分為普通會員和VIP會員兩種類型，不同類型的會員可以訪問不同的業(yè)務集，如普通會員僅可以進行休閑農場的游覽和在線學習，而VIP會員除具有普通會員的權限外還可進行在線購物和體驗農事。因此系統(tǒng)的統(tǒng)一認證功能應保證應用認證的安全性，防止用戶認證信息被盜用，并能通過嚴格的訪問控制策略來對合法用戶進行授權。

業(yè)務認證和授權的基本需求包括:保證只有被認證和授權的用戶才能接入并使用相應的業(yè)務;保護用戶上傳的身份認證信息不會被非法竊取和重置。本系統(tǒng)中業(yè)務的授權由專門的授權模塊執(zhí)行，業(yè)務的認證采用以下安全機制［4－5］:

1)兩級密鑰機制。將用戶上傳的所有認證信息用“業(yè)務密鑰”加密，而業(yè)務密鑰本身的傳送由“終端密鑰”加密。

2)業(yè)務密鑰傳送中增加時間戳，使業(yè)務密鑰具有時效性。

3)業(yè)務密鑰與IPTV終端的惟一標識一一對應，以驗證終端合法性。

4)終端密鑰存儲在機頂盒的專用Flash芯片中，增強其保密性能。

1.3.3 農場視頻流遠程實時傳輸與控制技術

為滿足網絡用戶租用農場土地認養(yǎng)(認種)農場動、植物，實時監(jiān)控農場生產狀況的需要，本系統(tǒng)需要構建基于Web技術和IP寬帶網絡，覆蓋農場主要生產、經營區(qū)域的遠程視頻實時監(jiān)控子系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠提供現(xiàn)場視頻的采集、編碼壓縮、傳送和云臺控制等功能，遠程用戶經過身份驗證后可以通過瀏覽器請求捕捉和控制當前現(xiàn)場圖像。

以NVR(Network Video Recorder)為核心的第三代網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，正成為當前監(jiān)控系統(tǒng)建設的主流。根據(jù)該系統(tǒng)的總體需求，采用內置Web服務器的NVR設備和網絡攝像機(IPC)來構建視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在農場生產、經營、觀賞區(qū)域選取若干控制點，安裝具有高速云臺控制功能的高速球型網絡攝像機和紅外防水網絡攝像機進行數(shù)字化視頻數(shù)據(jù)的采集和編碼，經農場Intranet網傳送到農場主機房中的NVR設備中進行管理和存儲，IPTV用戶經過認證，可以直接用機頂盒和電視機觀看NVR設備上的實時高清視頻圖像，授權用戶(會員)還可以實現(xiàn)錄像和回放、PTZ控制，進一步增強了本系統(tǒng)的娛樂功能。

對于多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用戶對傳輸?shù)膶崟r性和可靠性要求很高，因此本系統(tǒng)運用支持網絡實時傳輸服務的RTP/RTCP(Realtime Transport Protocol/Realtime Transport Control Protoco1)協(xié)議來進行視頻數(shù)據(jù)的遠程實時傳輸。同時，由于多個用戶的同一視頻請求會占用大量前端IP攝像頭網絡帶寬，易造成視頻在網絡中傳輸時出現(xiàn)頻繁抖動，最終影響視頻傳輸?shù)姆召|量(QoS)，本系統(tǒng)設計采用組播技術來實現(xiàn)網絡視頻傳輸。NVR設備收集的多路視頻數(shù)據(jù)按多個不同的組播地址發(fā)送出去，并且可以同時存儲為錄像資料，以備今后查詢。客戶端有選擇性地加入一個或多個組，接收視頻數(shù)據(jù)流并播放出來，以達到遠程瀏覽和監(jiān)控的目的。

2 系統(tǒng)部署與應用

一個完整的IPTV系統(tǒng)分為3個子系統(tǒng):服務端系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)和用戶端系統(tǒng)。其中，服務端系統(tǒng)是影響IPTV系統(tǒng)運行效果的關鍵因素。服務端系統(tǒng)的關鍵指標包括內容分發(fā)方式、流媒體并發(fā)性能、系統(tǒng)管理功能及互連接口、系統(tǒng)監(jiān)控及容災能力等［6－7］，在IPTV系統(tǒng)中對于服務器的供應和部署、監(jiān)測和排錯、變更和配置、備份和恢復等都至關重要。

休閑農場觀光系統(tǒng)部署于農場主控機房和IDC電信機房中。在IDC機房中部署2臺AP服務器，用于系統(tǒng)的賬務管理、會員管理和DRM授權管理;1臺VOD點播服務器，用于農場多媒體音視頻和遠程教育流服務;1臺終端服務器，為用戶提供增值應用服務，如新聞發(fā)布、在線交易等;2臺數(shù)據(jù)庫服務器，用于存儲服務和農場音視頻數(shù)據(jù)并配置成集群作容錯。農場主控機房部署數(shù)據(jù)庫服務器1臺，主要用于收集農場的影音數(shù)據(jù)、產品信息等。農場局域網主干為1 000 Mbit/s，采用兩個100 Mbit/s帶寬的雙出口，分別接入電信網和教育網并配置策略路由。該設計在用戶量大的情況下，從功能和用戶體驗角度來看，不僅滿足了高QoS保證需求、點對多點的廣播流需求、大量的系統(tǒng)資源需求、巨大的并發(fā)服務/業(yè)務數(shù)需求等，而且該系統(tǒng)也具有很好的安全性和穩(wěn)定性。具體網絡拓撲結構如圖3所示。

3 結束語

隨著寬帶網絡的迅猛發(fā)展，基于IP網絡的IPTV將走入千家萬戶。本文在分析IPTV相關技術和業(yè)務特點的基礎上，提出一個完整的基于IPTV的休閑農場觀光平臺的解決方案。系統(tǒng)使用基于微軟.NET框架的Smart Client技術進行設計和開發(fā)，技術架構先進、實用，經過嚴格的測試，達到了預期的設計目標，取得較好的應用效果，為廣大IPTV用戶提供在網上觀光、互動、接受教育和在線交易的寬帶增值業(yè)務，作為現(xiàn)實休閑農場的經營模式的一個有益的補充，彌補淡季游客量的不足，為農場經營者帶來額外的豐厚利潤。

圖3 系統(tǒng)拓撲結構圖

［1］李健榮.ITV系統(tǒng)通信運營原理及網絡應用［J］.通信與信息技術，2009(5):67 －71.

［2］張志彬，崔曉斐.IPTV系統(tǒng)組成及關鍵技術［J］.深圳信息職業(yè)技術學院學報，2006，4(4):32 －36.

［3］徐向輝，嵇智輝.IPTV增值業(yè)務平臺架構研究及實現(xiàn)［J］.通信世界，2006(41):6－7.

［4］肖晴，祁慶中，昊志明.IPTV增值業(yè)務及其實現(xiàn)技術探討［J］.電信科學，2006，22(3):32 －35.

［5］邢鐵燕.計算機網絡電視(IPTV)關鍵技術及解決方案［J］.天津職業(yè)院校聯(lián)合學報，2009，11(5):47－50.

［6］戴敏利，王敏.IPTV在遠程教育中的系統(tǒng)部署方案研究［J］.計算機工程與設計，2008，29(8):1987 －1989.

［7］張少明，劉強.IPTV中的EPG管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.計算機工程，2005，31(23):229 －231.