張明健,張英豪
(河南大象融媒體技術(shù)有限公司,河南 鄭州 450046)
傳統(tǒng)IP 網(wǎng)絡(luò)采用的是點通信方式,這種典型的通信方式應(yīng)用了點對點協(xié)議,如超文本傳輸協(xié)議(Hyper Text Transfer Protocol,HTTP)、文件傳輸協(xié)議(File Transfer Protocol,F(xiàn)TP)等,因此也被稱作單播,是一種一對一的傳播方式。將單播應(yīng)用在交互式網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)集成播控平臺中,如果需要同時向多個目標(biāo)發(fā)送視頻,就需要向多個不同的目標(biāo)不斷地傳輸數(shù)據(jù)。
廣播是另一種比較常見的IP 通信方式。這種IP 通信能夠?qū)崿F(xiàn)多點通信。如果說單播是一種一對一的通信模式,那么廣播就是一種一對多的通信模式。使用廣播時,將主機(jī)的信號不斷地進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)與復(fù)制,需要長時間保持被動接收所有數(shù)據(jù)的狀態(tài)。因此,要想在IPTV 集成播控平臺中實現(xiàn)多點傳輸,需要對目標(biāo)和信息進(jìn)行過濾,將不被需要的信息過濾掉?,F(xiàn)階段,我國的IPTV 視頻流基本上都是點對多、多對多的形式,基本上不存在單點傳輸?shù)那闆r。因此,單播和廣播都無法滿足新時期IPTV 集成播控平臺的發(fā)展需求。
組播技術(shù)的原理為:組播源向組播組地址發(fā)送一份數(shù)據(jù),組播組的主機(jī)能夠接收該數(shù)據(jù),組播組內(nèi)的所有接收者都可以接收到這組數(shù)據(jù)的拷貝,從而在IPTV 集成播控平臺內(nèi)實現(xiàn)多點數(shù)據(jù)傳輸。組播技術(shù)的應(yīng)用能夠有效彌補單播和廣播存在的缺陷,達(dá)成所有接收端口同時接收信息、數(shù)據(jù)的效果。組播技術(shù)是實現(xiàn)多點數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾緩?,對?jié)約IPTV 集成播控平臺帶寬發(fā)揮著重要的作用[1]。
組播技術(shù)所采用的協(xié)議有兩種,一種是組成員關(guān)系協(xié)議,另一種是組播路由協(xié)議。
組成員關(guān)系協(xié)議建立在主機(jī)和路由器之間,其由IGMP 構(gòu)成。IGMP 即互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議(Internet Group Management Protocol,IGMP),是一種溝通主機(jī)和路由器的通信協(xié)議,具有唯一性。該協(xié)議在主機(jī)和路由器之間運行,當(dāng)主機(jī)想要加入、獲取某一個特定組播信息時,主機(jī)就會通過IGMP 協(xié)議告知路由器。路由器接收到信息后,利用IGMP 協(xié)議的周期性,查詢局域網(wǎng)內(nèi)部的該組播成員是否處于活動狀態(tài)。該協(xié)議將路由器與組成員關(guān)聯(lián)起來。該協(xié)議通常在局域網(wǎng)二層網(wǎng)絡(luò)中運行。
IGMP 協(xié)議無法實現(xiàn)組播路由器與路由器之間的傳播與維護(hù)。因此,要想實現(xiàn)路由器與路由器之間的組播信息傳播,就要應(yīng)用組播路由協(xié)議?,F(xiàn)階段,最常見的組播路由協(xié)議是PIM 協(xié)議(Protocol Independent Multicast,PIM)。根據(jù)實現(xiàn)機(jī)制的不同,PIM協(xié)議又被劃分成PIM-DM協(xié)議和PIM-SM協(xié)議。PIM-DM 協(xié)議多應(yīng)用于密集模式,PIM-SM 協(xié)議多應(yīng)用于稀疏模式。
PIM-DM 協(xié)議建立在Push 模式之上,多被應(yīng)用于組成員比較密集的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中,這種網(wǎng)絡(luò)通常為小型網(wǎng)絡(luò)。在應(yīng)用時,PIM-DM 協(xié)議會對每個子網(wǎng)進(jìn)行假設(shè),假設(shè)每個組播組內(nèi)至少存在一個成員,在此基礎(chǔ)上將組播數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)散,確保組播數(shù)據(jù)能夠擴(kuò)散到每一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。之后,剪枝沒有組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的分支,將接受者的分支保留。這種現(xiàn)象被稱作“擴(kuò)散—剪枝”現(xiàn)象,這種現(xiàn)象多呈周期性發(fā)生。
PIM-SM 協(xié)議多應(yīng)用于稀疏模式,其建立在Pull 模式之上,多被應(yīng)用于組成員比較分散的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中,這種網(wǎng)絡(luò)通常為中大型網(wǎng)絡(luò)。在應(yīng)用時,PIM-SM 技術(shù)會假設(shè)沒有主機(jī)需要接受組播數(shù)據(jù),只有主機(jī)明確提出需要轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)時,才會對組播數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。PIM-SM 技術(shù)由共享樹實現(xiàn)。共享樹即RPT(Rendezvous Point Tree),也被稱作匯集樹。RPT 會建立公用的RP。RP(Rendezvous Point)即根節(jié)點,也被稱作匯集點。通常將某一臺路由器設(shè)置為公用的根節(jié)點。當(dāng)組播源要向某組播組傳送組播數(shù)據(jù)時,必須向組播源側(cè)指定路由器的根節(jié)點注冊,利用單播方式把注冊報文傳輸給RP[2]。當(dāng)接受者方的路由器將注冊報文發(fā)送給組播組根節(jié)點時,組播數(shù)據(jù)就會從根節(jié)點經(jīng)過共享樹傳播給接收者。
直播與輪播是IPTV集成播控平臺的核心業(yè)務(wù),也是IPTV 集成播控平臺的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)。其包括了IPTV 集成播控平臺的所有實時頻道資源。
組播技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)IPTV 集成播控平臺直播與輪播業(yè)務(wù)的傳輸與分發(fā),將直播與輪播信號通過一對多的方式傳輸和分發(fā)給下游運營商,降低IPTV集成播控平臺運營的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載,達(dá)到節(jié)約帶寬的效果。
IPTV 集成播控平臺存在大量的跨路由現(xiàn)象和跨虛擬局域網(wǎng)(Virtual Local Area Network,VLAN)現(xiàn)象,這主要是因為IPTV 集成播控平臺與運營商保持互聯(lián)。IPTV 集成播控平臺的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模十分龐大,經(jīng)常會出現(xiàn)同時向多機(jī)構(gòu)、多運營商輸出組播信號的現(xiàn)象。因此,將組播技術(shù)應(yīng)用在直播與輪播業(yè)務(wù)中時,可以選用PIM-SM 協(xié)議,將根節(jié)點集成在IPTV 集成播控平臺的平臺端[3]。
為更好地發(fā)揮組播技術(shù)的信息多點傳輸優(yōu)勢,組播技術(shù)還可以應(yīng)用在IPTV 集成播控平臺的IP收錄業(yè)務(wù)中。IP 收錄業(yè)務(wù)能夠提供更加豐富的媒體素材,方便點播節(jié)目的制作。在直播與輪播業(yè)務(wù)中利用組播技術(shù)分發(fā)與傳播信息的同時,還可以建立相應(yīng)的IPTV 集成播控平臺的IP 收錄系統(tǒng)。IP收錄業(yè)務(wù)能夠通過PIM-DM 協(xié)議實現(xiàn),其需要在密集的收錄服務(wù)器內(nèi)完成組播信息的分發(fā),網(wǎng)絡(luò)范圍相對較小,因此利用PIM-DM 的效果相對較好。
矩陣控制系統(tǒng)發(fā)揮著視頻信號交換的重要作用,其由接口設(shè)備和矩陣組成,通過矩陣實現(xiàn)信號的調(diào)度,因此被稱作矩陣控制系統(tǒng)。隨著新媒體技術(shù)的不斷發(fā)展,流矩陣得到了廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。流矩陣建立在傳統(tǒng)廣電業(yè)務(wù)總控信號調(diào)度矩陣之上,其應(yīng)用流程與傳統(tǒng)矩陣控制系統(tǒng)基本一致。流矩陣主要對多協(xié)議IP 流信號進(jìn)行調(diào)度,其中包括了HTTP、實時傳輸協(xié)議(Real-time Transport Protocol,RTP)及用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(User Datagram Protocol,UDP)。
流矩陣通常應(yīng)用在信號應(yīng)急切換、調(diào)度外來頻道組播信號當(dāng)中。IPTV 集成播控平臺肩負(fù)著向不同運營商分發(fā)組播信號的任務(wù),根據(jù)移動、聯(lián)通、電信運營商端口和輸送地址的差異,直播頻道信源也會產(chǎn)生差異。應(yīng)用三層組播技術(shù)時,有可能出現(xiàn)組播域過大的情況,引發(fā)組播路由混亂的問題。而利用流矩陣進(jìn)行組播信源的集中調(diào)度,便能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一的接收與分發(fā),實現(xiàn)信號的快速應(yīng)急切換[4]。
將組播技術(shù)應(yīng)用于IPTV 集成播控平臺中有著諸多優(yōu)勢,但組播技術(shù)的應(yīng)用還存在許多安全性問題,如組播源的安全、組播流量的擴(kuò)散等。因此,應(yīng)用組播技術(shù)時,還要采取一定的安全措施,從而確保IPTV 集成播控平臺的安全性與穩(wěn)定性,具體如下。
(1)在直播、輪播業(yè)務(wù)的組播源設(shè)置專門的VLAN,并利用防火墻對組播源進(jìn)行統(tǒng)一隔離與防護(hù),避免組播源出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全問題。
(2)在組播流進(jìn)入運營商網(wǎng)絡(luò)以前,要檢查媒體服務(wù)器的合法性。如果是非法媒體服務(wù)器,應(yīng)禁止組播流進(jìn)入。
(3)常規(guī)的組播技術(shù)對于接收者沒有明確的限制,接收者可以隨意加入組播組,這也意味著組播的接受范圍缺乏可控性。因此,為了控制擴(kuò)散的范圍,可以檢查路由器上轉(zhuǎn)發(fā)組播報文的生存時間(Time To Live,TTL)數(shù),能夠有效避免組播報文擴(kuò)散到?jīng)]有經(jīng)過授權(quán)的范圍。
(4)為了避免二層網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)泛洪現(xiàn)象,接收端的二層網(wǎng)絡(luò)可以采用互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議進(jìn)行限制。
應(yīng)用組播技術(shù)時,要加強信息數(shù)據(jù)的判斷工作,檢查信息的完整性、有效性,確保網(wǎng)絡(luò)運行狀況正常無誤、狀態(tài)良好后才可以利用IPTV 集成播控平臺對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行傳播。在信息傳輸?shù)倪^程中,網(wǎng)絡(luò)端口的傳輸量會變得越來越多,網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量也會變得越來越大。在IPTV 集成播控平臺中合理地利用組播技術(shù),能夠提升網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸效率,提升網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣龋咕W(wǎng)絡(luò)的負(fù)載降低;確保IPTV集成播控平臺的畫面清晰、信號穩(wěn)定,實現(xiàn)電視直播與輪播業(yè)務(wù)的穩(wěn)定供給,完善相應(yīng)的回放服務(wù)。
為了保障IPTV 集成播控平臺內(nèi)容的安全性,可以建立相應(yīng)的密鑰系統(tǒng),將密碼設(shè)置為動態(tài)密碼,只有掌握權(quán)限、獲取許可的管理人員才能夠進(jìn)入IPTV 集成播控平臺系統(tǒng),控制節(jié)目的播放。管理人員要了解組播技術(shù),對組播技術(shù)中可能出現(xiàn)信息泄露的環(huán)節(jié)加強防范。可以設(shè)置相應(yīng)的IP 追蹤機(jī)制,當(dāng)操作人員反復(fù)輸入密碼錯誤時,IPTV 集成播控平臺要自動報警,并立刻封鎖平臺,追蹤IP地址,以確保IPTV 集成播控平臺的安全性。
組播技術(shù)的開放性很強,一旦IPTV 集成播控平臺的網(wǎng)絡(luò)條件發(fā)生波動,就有可能出現(xiàn)漏洞,給不法分子可乘之機(jī),甚至出現(xiàn)病毒入侵或黑客攻擊現(xiàn)象,導(dǎo)致IPTV 集成播控平臺信息丟失、服務(wù)器癱瘓等現(xiàn)象。因此,應(yīng)該將組播技術(shù)整合到IPTV 集成播控平臺,并設(shè)立相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng),對外部接入的網(wǎng)站、鏈接進(jìn)行全程、實時監(jiān)控。IPTV 集成播控平臺在運行過程中出現(xiàn)不良信息時,相關(guān)人員應(yīng)及時制止。
以往的IPTV 集成播控平臺存在信號不穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)速度慢等問題。為了解決上述問題,運營商不得不擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域。而利用組播技術(shù),能夠幫助偏遠(yuǎn)地區(qū)的觀眾接收到相應(yīng)的信號。隨著組播技術(shù)的傳輸設(shè)備、傳輸點數(shù)量的增加,信息傳輸?shù)乃俣鹊玫搅孙@著提升。組播技術(shù)的應(yīng)用,提升了用戶訪問程序和信息的效率,使IPTV 集成播控平臺的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量得到了顯著提升。
組播技術(shù)的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在IPTV 集成播控平臺的效率與質(zhì)量方面,還體現(xiàn)在IPTV 集成播控平臺的功能方面??梢栽贗PTV 集成播控平臺設(shè)置多個播放器,將其作為信息傳播的途徑,并利用組播技術(shù),在IPTV 集成播控平臺設(shè)置大量的視頻,通過增加主機(jī)數(shù)據(jù)或設(shè)計不同IP 的形式,讓用戶在點擊網(wǎng)頁、輸入關(guān)鍵詞時,能夠?qū)崟r呈現(xiàn)多種視頻[5]。組播技術(shù)不僅發(fā)揮著發(fā)送數(shù)據(jù)、傳送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)的作用,還能夠為用戶提供更加豐富多樣的視頻資源,解決以往IPTV集成播控平臺功能單一的問題。組播技術(shù)為IPTV 集成播控平臺提供了更加豐富的視頻資源,提升了視頻畫面的清晰度,是推動IPTV集成播控平臺發(fā)展的重要技術(shù)。
組播技術(shù)的應(yīng)用是未來IPTV 集成播控平臺的重要發(fā)展趨勢。本文首先分析了組播技術(shù)與其他技術(shù)的差異,其次分析了組播技術(shù)的工作模式,在此基礎(chǔ)上討論了組播技術(shù)在IPTV 集成播控平臺的運用,并就組播技術(shù)在IPTV 集成播控平臺的應(yīng)用要點和應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行了總結(jié)。總體而言,要想推動組播技術(shù)在IPTV 集成播控平臺中的合理應(yīng)用,應(yīng)該從提升組播技術(shù)應(yīng)用的合理性、提升組播技術(shù)的應(yīng)用穩(wěn)定性、提升組播技術(shù)的應(yīng)用安全性、提升組播技術(shù)的傳輸速度等方面入手,對組播技術(shù)和IPTV 集成播控平臺進(jìn)行優(yōu)化。相關(guān)工作人員要加強對組播技術(shù)原理的研究,開發(fā)組播技術(shù)在IPTV集成播控平臺的全新應(yīng)用途徑,加強IPTV 集成播控平臺中直播、輪播、IP 收錄及矩陣控制等業(yè)務(wù)方面的應(yīng)用,利用組播技術(shù)推動IPTV 集成播控平臺的健康可持續(xù)發(fā)展,為我國廣大受眾提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。