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    基于广播电视IP承载网络的组播技术应用探讨

    时间：2023-03-24 17:10:02来源：百花范文网本文已影响人

    王 凯

    中国广电内蒙古网络有限公司 内蒙古 呼和浩特市 010010

    传统广播电视网络为用户提供电视直播业务时往往采用前端系统+HFC（混合光纤同轴电缆网）分配网，利用频谱资源调制后的带宽承载了所有节目内容，并按照用户需求进行侧解调完成节目接收。随着电视清晰度的提升以及节目频道的增加，这种模式对于调制带宽的要求越来越高，有限的频谱资源不仅制约了高清、超高清节目的数量，也无法满足用户日益增加的需求，难以跟上信息变革的步伐。

    随着承载网技术应用场景的丰富，使高清晰内容的传输逐渐拥有摆脱传统广播电视HFC网络频谱资源制约的可能性。承载网技术具有基于路由进行转发、带宽易于扩容等特点，采用“以带宽置换分辨率”的模式，为用户提供大量节目内容，其中最为常见的形式是视频点播。然而，在视频点播过程中，内容平台会依据用户访问量建立相同数量的数据流，即使访问的是同一内容，也会按照用户数量提供数据流，为平台存储资源和干线带宽资源带来较大压力，只适用于小规模内容并发。

    采用一种即像传统电视节目能够方便用户随取随用，又能有效节省网络干线资源的技术模式，在广播电视业务发展中就显得尤为重要，而网络组播技术刚好有助于解决以上两个难点。下面围绕广播电视承载网络中，网络组播技术应用进行探讨。

    组播业务流不同于单播一对一（点对点），它是一对多（点对多点）的通讯方式，同时有一个发送者和多个接收者，中间的网络设备根据接收者的需要，有选择性地对数据进行复制和转发，满足同一需求群体的请求，如图1所示。

    图1 单播与组播业务流

    在网络组播协议运行过程的特定组中，服务组根据特定组成员发起的需求供给本组内多个成员的同一份数据流，在就近的组播节点完成复制并按需分发。这样，在组播节点之前就只存在一份数据流，节约上游网络链路带宽资源，极大地减轻了服务器的负担，服务了多个组成员。组播的四个要素如下：

    2.1 组播源

    组播源，也就是组播信息的发送者，可以为多个组播组提供组播数据，同理，多个组播源也可以为多个组播组提供组播数据。

    2.2 组播组

    以IP组播地址为基础的一个类别标识，用户可以通过加入“组”来获取“组”中转发的信息，同时“组”也可以用作区别用户想要获取的信息流标识。

    2.3 组播组成员

    通过加入组播组来获取信息的主机被称为“组播组成员”。作为成员可以在任意时间、任意位置、不受限制地加入或者离开网络中所提供的任何组播组。

    2.4 组播网络

    一般是由路由器构成的网络，能够运行PIM（个人信息管理）、IGMP（网际组管理协议）等组播网络协议。组播网络连接组播源、组播组成员，并通过建立组播组来服务于二者。

    组播源提供节目内容，根据内容与组播组地址匹配对应关系，向网络单向提供组播源内容，形成组播组的基础，如图2所示。

    图2 组播内容与组播组地址对应

    组播网络中，组播接收者的数量非常巨大，越是靠近组播源的节点，其组播接收者越多。如果将大量组播接受者都在组播转发列表中罗列出来，再逐一去匹配，那会导致工作量剧增，不大可能实现。为此，诞生了“组播组”，“组播组”用来表示一群组播接收者，即组播接收者的集合。组播组并不代表网络上的具体主机，仅仅代表相应的接收者组成的集合，只用于组播报文从组播源往接收者方向发送，是单向的，如图3所示。

    图3 组播流逻辑

    组播路由器运行PIM以及IGMP组播协议，PIM协议根据路由器出接口等信息完善组播组信息，并通知到加入协议的各组播路由器；
    IGMP协议完成组播组成员加入或离开组播组，就近用户则查询是否有请求的组播组存在：如果请求组不存在，网络根据PIM协议会在用户就近组播路由器建立新的组播组提供给组播组成员；
    如果用户请求组播组已存在，需要把组播组成员根据就近原则加入组播路由器已有的组播组，最终将复制后的组播流送到组播接受者终端，如图4所示。

    图4 组播网络模型

    传统广播电视节目传输承载于HFC网络，而频道内容需要电信号调制后的带宽进行承载。以现有技术，在保障用户体验的前提下，1套普通高清节目需要10Mbps左右调制带宽，单频点调制后可以容纳3套普通高清节目内容；
    1套4K高清节目需要32Mbps调制带宽，单频点调制后，可以容纳1套4K高清节目内容。在实际约900MHz的可供调制的频点范围内，需容纳大量普通高清节目，还要不断新增4K节目内容，导致频点资源捉襟见肘，不满足下一阶段发展需求。

    虽然现有IP承载网络技术成熟、灵活度高，可以搭载丰富的资源平台为用户提供更好的、甚至是定制化服务，但是如果采用IP承载网络的网络点播方式，汇聚层的数据流量在每户业务内容的带宽开销相加之后将成为一个庞大的数字，进而会对骨干网络造成极大冲击，对承载网的投入成本带来巨大影响，不利于用户大规模发展。

    承载网在使用网络组播技术之后，按照网络特性，不需要频点进行带宽调制，只需要保证以太网带宽。按照组播特性，直播采用组播技术，数据流按需在就近用户侧的组播节点上进行复制，用户访问数量的增加不会对平台和网络资源造成冲击，支持较大规模并发。形成了一种既能够方便用户随取随用，又能有效节省网络干线资源的技术模式。

    在广播电视承载网中采用组播技术可以说是具备天然优势，可以解决目前面临的种种问题，为行业技术发展提供了较好的参考思路。但是在具体的实施过程中也存在着一些难点，例如内容平台的IP化改造是否完成、IP承载网的结构是否稳定、辅助平台是否对接完成、用户IP收视终端的发展是否成熟等，除了以上这些难点，还需要着重考量在互联网环境下组播网络、内容平台的安全性部署等等问题。

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