优化网络边缘设备，突破IPTV发展瓶颈
Nitin Tomar 2008/04/08
全球宽带业务的快速发展和新兴的语音、视频和数据业务“三网合一”融合趋势将有望帮助网络运营商解决传统固定电话业务收入下降的问题。网络运营商希望能够利用一种独特且创新的方法来绑定语音、视频和数据业务，藉此突出自己与传统的及新近竞争对手的差异性。其中最让人感兴趣的是向全IP(互联网协议)网络的转变和IPTV的部署，它们将有助于运营商提供范围宽泛的、令人心动的各种新业务，进一步增加收入来源。
但值得注意的是，IPTV与传统的电缆/卫星电视业务有很大的区别，它们对电信网络基础架构提出了全新的要求。例如在电缆/卫星系统中，观众只能收看到服务提供商提供的那些频道。而IPTV让用户不仅能拥有大得多的频道选择范围，而且可以随时收看他们想看的内容。
IPTV采用了与已经用于互联网浏览、即时消息、电子邮件和其他通信功能的相同的传输机制，第一次让运营商能够提供真正的交互式环境。这种交互环境充分整合了高清电视(HDTV)、视频点播(VoD)、网络个人视频录像机(PVR)、视频电话、互联网访问和其他多种功能。对于目前这一代习惯于同时处理多项任务的“前冲型”用户而言，在收看节目的同时可通过电视机向朋友发送短信的功能具有强大的吸引力，这是“宽带PC”和电缆/卫星电视所无法比拟的。
机遇与挑战
服务提供商在IPTV成功实现方面面临的最大挑战是传输网络的现状。就目前结构来说，传输网络支持互联网业务、IP电话(VoIP)和互联网视频，但这些业务的体验质量(QoE)都不是很高。影响用户QoE主要有两大因素：接入网提供的带宽以及网络边缘采用的流量管理机制。目前IPTV的任何实现都被迫与点到点(P2P)文件共享等无人管理流量共享相同的IP网络，因此这种网络架构不可避免会导致带宽冲突和瓶颈问题。
要想使IPTV成功，运营商和服务提供商必须提供等于或好于目前电缆/卫星电视所能提供的QoE。实现这一目标的关键是开发“内容感知(content-aware)”的网络边缘设备，这些设备应能跟踪、管理流经网络边缘的多个信号流，并对它们给予优先级管理。
图1：用户可以一边看“美国偶像”，一边通过电视机向朋友发送短信，同时还研究最新竞争对手的背景。
公共平台
IPTV面临的第二大挑战是开发用于提供IPTV业务的公共平台。这种平台必须具有低的操作成本、出色的可扩展能力，且维护简单、保证与现有基础设施兼容，并能快速投入大批量生产。由于IPTV网络必须提供众多不断演进的特性和功能，故该平台必须采用高度模块化的方式，以确保运营商的巨资投入“未来有保障”，亦即在未来需求或标准发生变化时，也能满足要求。
IPTV边缘设备还必须支持用于正常广播频道的组播流以及用于VoD内容的单播流。组播功能需要特定的资源。对于专门的广播频道来说，IPTV组播流可以使用从头端到IP边缘的预先保留资源。在IP网络边缘，需要利用动态资源(媒体流)将这些专门频道播送到数字用户线接入复用器(DSLAM)和/或无源光网络(PON)聚合器，再由这些设备负责将IPTV数据流送到用户家中。
管理这种不断增加的带宽以及保证QoS的关键是开发如下描述的网络边缘设备：它们能够利用特别快速的数据包处理技术实现线速率达10Gbit/s的深度包检测(DPI)。这些功能不仅能让服务提供商过滤掉带宽需求较大的应用(如P2P文件共享)和压缩过的数据流，而且在安排与VoD、高清频道和体育盛事等重要内容相关的带宽的优先级时可以发挥重要作用。
IPTV网络中的IP边缘设备需要负责聚合、频道切换、边缘路由、拥塞管理和流量整形等功能，以便向IPTV用户提供QoE。这些新的边缘设备必须具有较高的带宽效率，能够同时管理广播视频(组播流)和VoD内容(单播流)。他们还必须(通过DPI)优先响应来自接入网的IGMP消息要求，安排它们在边缘设备上被处理的优先级，从而实现更快的频道切换。
“时移”收看是IPTV的一个与众不同的特点，它允许观众“搬移”整个频道节目的广播时序。这也给服务提供商提供了在广播数据中插入时间敏感且内容相关的广告的机会。另外，运营商可以根据用户的喜好提供针对特定人群和长度可变的广告。这种功能可以在嵌入进IP边缘设备中的DPI功能基础上利用内容插入软件实现，从而在IP边缘设备中将当地广播频道和广告内容送进IPTV网络。
内容分发
电信公司还不确定究竟如何应对P2P视频流量(如YouTube)等内容的客户和提供商，因为它们需要一种能够应用于商业环境和娱乐消费的不同策略。服务提供商需要使用DPI来确定他们的IP网络上在传输什么样的内容；然后利用这些信息修改他们的传送策略，进而从P2P电视中获得新的收入来源。IP边缘设备需要具有高度的灵活性和可扩展存储能力，以便满足用户不断变化的口味以及内容流行性的波动。
一些经常用到的功能，如电子节目指南(EPG)、数字版权管理(DRM)服务器和用户电子邮件等，还是需要保留在网络边缘。为了提供这些服务，运营商需要集成应用服务器，并将之升级入IP边缘平台。
另外，为了在IPTV网络中支持新兴的IMS服务，电信公司需要具有足够可扩展性的IP边缘平台来适应软硬件的发展。服务提供商可能要求IP边缘设备建立在经实际验证的、标准化的硬件架构中，如高级电信计算架构(ATCA)，这种架构被普遍认为是下一代运营级标准电信基础架构。
为了达到广播级电视质量水平，这些IP边缘设备还必须提供带宽优先等级划分功能，以确保良好的QoS。高清VoD服务器需要多路大容量单播流到DSLAM。为了提供这个等级的服务，边缘设备需要整合当前ATCA多处理器运算刀片服务器中常见的通用处理能力和ATCA包处理器刀片服务器提供的高速包处理能力。通过采用ATCA标准，IPTV提供商在用户群增长时可利用即插即用的ATCA兼容刀片服务器来扩展他们的节点。预先集成的平台可以帮助服务提供商在很短的开发时间内满足对日益复杂的系统的需求，并降低集成与兼容风险。
图2：ATCA刀片服务器可在用户群增长时扩展节点。预集成平台能够帮助缩短开发周期
管理安全性
网络安全是IPTV运营商考虑的另一个主要因素。入侵者可以利用无保护节点以各种方式欺骗或伪造数据，如未授权的频道切换请求、NPVR请求、VoD请求等等。随着这些互联网安全威胁的逐渐增强，急需一个稳健的安全机制，网络提供商不能依靠简单的防火墙或其他传统的安全措施，因为它们很容易被黑客老手突破。
在IPTV网络中，提供商要求设备能够在第4层到第7层执行线路速率为10Gbits/s的DPI，以便分析威胁信号的复杂模式。随着时间的推移，这些复杂的模式也可能会演变，对付这些威胁的唯一方法是使用整合了这样的硬件和软件DPI(如下描述)的网络边缘平台：其线路速率不仅能阻止DDOS(分布式拒绝服务)攻击，而且能在网络边缘隔离和阻止最新蠕虫和病毒。最理想的解决方案是在ATCA平台上整合高速包处理刀片服务器和流量工程功能。
为了支持采用SDV(交换式数字视频)技术的多个频道，IPTV网络还要求10Gbits/s左右的高速切换功能，以支持快速(并因此)令人满意的频道切换体验。为了将高速内核网络连接到接入网中的DSLAM/PON，服务提供商还需要边缘设备提供以太网交换功能。一个基于ATCA的10Gb以太网(GbE)交换机即可以满足这种交换要求。
对IPTV边缘设备的软件要求也很高。这些节点要求单播流处理、组播流处理、基于SLA的QoS和用户管理功能。理想情况下，这些设备应放在基于灵活开放标准的平台上以简化功能集成并降低成本。
此外，这类平台应还应具有可扩展性和高可靠性，并充分集成软件功能，这样服务提供商就可以专注于开发他们独特的应用内容。
作者：Nitin Tomar 技术营销工程师 Continuous Computing公司
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