基于ICN的IPTV传输和监测技术分析
时间：2023-06-30 21:55:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
付树平
（中国联合网络通信有限公司 吉林省分公司，吉林 长春 130000）
IP承载网是交互式网络电视（Internet Protocol Television，IPTV）业务传输的重要基础设施，对该网络运行状况进行监测是实现网络正常功能的重要保障，通过将IP数据包转发到相应位置进行安全检查和确认，保证数据不会被篡改和丢失。通过网络检测系统对各端口数据进行实时监测，以发现错误、纠正错误。信息中心网络（Information-Centric Networking，ICN）通过网络中多个控制器（网关）来实现对不同设备与网关之间数据路由的选择，确保数据的可靠与安全。IPTV业务传输以IP协议技术为基础，可以实现多媒体数据、视频会议、图像浏览、电子商务以及远程教育等应用服务。随着IPTV业务的发展，其服务种类也越来越多，涉及通信、多媒体技术等多个领域。在监测网络状态时，可以使用IP协议及相关通信协议来分析与监控相关网络的数据传输状态[1-5]。
IPTV是基于IP协议的业务数据传输，由于多个控制服务器之间需要进行通信，并通过交换协议对IP信息进行转发，因此IPTV传输网络中的网关设备较多。网络中各个控制器都需要通过路由器选择来实现操作，选择过程主要包括路由的建立和撤销、路由的删除以及路由重选与重用等。IPTV传输所涉及的设备都是以IP协议为基础，当各设备连接到一起时，相互之间的数据传输和信息交换都不会受到干扰[6]。IPTV传输网络拓扑结构如图1所示。
图1 IPTV传输网络拓扑结构
传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）是一种应用层协议，其核心任务是使不同的计算机建立连接，并实现IP信息传输。TCP/IP使用用户/服务器（Client/Server，C/S）模型工作，需要客户端提供一个链接到服务器的地址，并在其中加入一个或多个服务器。TCP/IP协议使用域/路径模型来建立连接并分配主机所在的网络资源，为网络内的数据传输提供保障，通过特定的方法来实现业务流与用户组之间的双向通信[7]。
在IP网络中，通过在每个IP分组和ICN网关之间建立隧道，可以使各个分组能够独立访问ICN网关。由于IP网络中的每个网络设备都有一个自己独立的IP地址包，如果某个分组到达某个子网时发生丢失，就会使分组无法在ICN网关上建立路由。因此，可以通过将所有数据包封装到同一个数据集来增加分组可读性。将每个子网的IP地址封装成一个地址串并命名为一个IP包，则ICN网关上的所有分组都可以被访问[8]。当子网IP分组到达其对应的子网时，按照其对应关系查找所指向网关下的所有相关子网，无须重复发送每个数据包和查找隧道。
从IPTV业务平台的角度来看，用户在传送网中接入视频流时，由于IPTV业务平台中的每个用户终端都是独立的，传输时应该选择专线传送，同时还要确保每一个用户终端都是在本地接入。IPTV业务平台是将视频流转发到用户终端上的桥梁，需要保证视频数据信息的安全性和可靠性。对于传送网而言，一般通过以太网交换机实现数据传输，可以很好地控制传输速率和数据可靠性。但是这种方式无法实现实时视频传输，不能保证用户接收数据信息的实时性，对网络维护和管理提出了很高的要求[9]。
根据用户终端和业务平台的需求，视频流和图像数据在ICN网络中通过ICN节点传输至IP层，再由IP层传送至应用层。IPTV网络为用户提供了多种接入方式，根据不同业务平台的需求选择不同的接入方式，通过IP协议对视频流进行编码处理后传送到ICN。由于视频码流比较大，为了提高传输速率并保证图像质量，可以采用帧间缓冲的方式实现预处理。
帧间缓冲技术可以将较大的图像数据压缩成一个帧缓冲数据流，在网络上不进行任何处理即可发送。在IP层和应用层之间使用MPEG-2/H.264格式视频压缩算法，实现对视频信号进行压缩。采用视频压缩算法时必须进行解码处理，并在传送前进行预编码[10]。在IPTV传输中，应用MPEG-4视频编码技术具有明显的优势。
在IPTV业务平台中，为了呈现不同类型的节目，需要传输不同类型的数据。目前，主要采用以下2种方式实现视频流传输。
（1）内容提供者与用户之间的点对点数据传输。用户与服务提供商、网络运营商之间缺乏互动机制，这种方式只能进行单向点对点传输，如图2所示。
图2 点对点传输
（2）通过内容提供商和用户双向连接。这种方式只需2台计算机，通过对网络进行优化管理，传送的视频流质量将大大提高[11]。
对于网络设备而言，从监测系统输出的数据可以了解其状态，通过监测技术可以对网络中存在的故障进行定位、隔离以及修复。对于自动监测，可以通过监控系统从外部获取网络资源和外部相关资料，分析其运行状态，确定异常情况并及时处理。此外，利用路由器上提供的相关资料与已有的数据分析技术对IPTV平台运行状况进行分析，通过分析找到异常节点和异常设备所处的位置。利用恢复系统从外部获取相关资料，通过与已有数据进行对比分析，实现对设备异常的实时监测和定位。此外，还可以利用现有系统与相应的平台进行连接，对其运行状况进行测试等，从而准确定位故障。
为了满足IPTV在日益增长且快速变化的市场环境下对数据网络传输业务的需求，需要建立一套完善、可靠、可持续运行的网络监测系统，实现各应用在接入层、控制层、管理层等多个层面上的数据采集传输，完成各个数据包与源IP地址之间的转发控制等多项功能。通过对各类业务网络运行状况进行实时监测，自动对各种异常情况进行报警，并提供相应的处理意见。
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