數(shù)字電視傳輸組播及IGMP的應(yīng)用范文
本站小編為你精心準(zhǔn)備了數(shù)字電視傳輸組播及IGMP的應(yīng)用參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。
【關(guān)鍵詞】數(shù)字電視；組播；IGMP
廣電數(shù)字電視業(yè)務(wù)已發(fā)展多年，DVB數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)也由最初的ASI架構(gòu)逐步演變到了IP架構(gòu)。隨著網(wǎng)絡(luò)公司從省級到地市級到縣一級的逐步整合以及節(jié)目信源的不斷增加，數(shù)字電視IP傳輸網(wǎng)絡(luò)也隨之變得越來越龐大、越來越復(fù)雜，而數(shù)字電視主要是視音頻業(yè)務(wù)，其特點就是占用帶寬大、對網(wǎng)絡(luò)傳輸要求高、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在只針對少數(shù)幾個節(jié)點時，在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送同一組信息的多個副本單播并不會造成不利的影響,但是隨著終端數(shù)量的增加復(fù)制分組所產(chǎn)生的不利影響將會變得越來越嚴(yán)重。在不使用支持組播的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的情況下部署這種應(yīng)用可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能大幅度降低。所以組播技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，設(shè)法在整個網(wǎng)絡(luò)中有效地部署和擴(kuò)展分散的群組應(yīng)用，同時采用可以降低向多個接收端發(fā)送相同數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的協(xié)議以及能夠減少對于服務(wù)每個連接的主機(jī)/路由器處理需求的協(xié)議。
1組播
組播就是在發(fā)送者和每一接收者之間實現(xiàn)點對多點網(wǎng)絡(luò)連接，如果一臺發(fā)送者同時給多個接收者傳輸相同的數(shù)據(jù)，也只需復(fù)制一份相同的數(shù)據(jù)包。在提高數(shù)據(jù)傳送效率的同時可有效減少骨干網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞的可能性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某些用戶需求特定信息時，組播源（即組播信息發(fā)送者）僅發(fā)送一次信息，組播路由器借助組播路由協(xié)議為組播數(shù)據(jù)包建立樹型路由，被傳遞的信息在盡可能遠(yuǎn)的分叉路口才開始復(fù)制和分發(fā)。組播技術(shù)有效地解決了單點發(fā)送多點接收的問題，實現(xiàn)了IP網(wǎng)絡(luò)中點到多點的高效數(shù)據(jù)傳送，能夠節(jié)約大量網(wǎng)絡(luò)帶寬、降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。相比單播來說，組播的優(yōu)點在于：不論接收者有多少，相同的組播數(shù)據(jù)流在每一條鏈路上最多僅有一份；使用組播方式傳遞信息，用戶數(shù)量的增加不會顯著增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。相比廣播來說，組播的優(yōu)點在于：組播數(shù)據(jù)流僅會發(fā)送到要求數(shù)據(jù)的接收者；不會造成網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)，合理的利用帶寬。
2igmp協(xié)議
IGMP是InternetGroupManagementProtocol的簡稱，又被稱為互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議，是TCP/IP協(xié)議族中負(fù)責(zé)IPv4組播成員管理的協(xié)議。IGMP用來在接收者主機(jī)和與其直接相鄰的組播路由器之間建立和維護(hù)組播組成員關(guān)系。IGMP通過在接收者主機(jī)和組播路由器之間交互IGMP報文實現(xiàn)組成員管理功能，IGMP報文封裝在IP報文中。IGMP目前主要有三個版本：IGMPv1、IGMPv2和IGMPv3，目前用的較廣泛的是IGMPv2。IGMPv1主要基于查詢和響應(yīng)機(jī)制完成組播組管理。當(dāng)一個網(wǎng)段內(nèi)有多個組播路由器時，由于它們都可以接收到主機(jī)發(fā)送的成員報告報文，因此只需要選取其中一臺組播路由器發(fā)送查詢報文就足夠了，該組播路由器稱為IGMP查詢器（Querier）。IGMPv1的工作機(jī)制可以分為：普遍組查詢和響應(yīng)機(jī)制、新成員加入機(jī)制和組成員離開機(jī)制三個方面。IGMPv2的工作機(jī)制與IGMPv1基本相同，最大的不同之處在于IGMPv2增加了離開組機(jī)制。成員主機(jī)離開組播組時，會主動發(fā)送成員離開報文通知IGMP查詢器；IGMP查詢器收到成員離開報文后，會連續(xù)發(fā)送特定組查詢報文，詢問該組播組是否還存在組成員。IGMPv2可以使IGMP查詢器及時了解到網(wǎng)段內(nèi)哪些組播組已不存在成員，從而及時更新組成員關(guān)系，減少網(wǎng)絡(luò)中冗余的組播流量。IGMPv3主要是為了配合SSM（Source-SpecificMulticast）模型發(fā)展起來的，提供了在報文中攜帶組播源信息的能力，即主機(jī)可以對組播源進(jìn)行選擇。在工作機(jī)制上，與IGMPv2相比，IGMPv3增加了主機(jī)對組播源的選擇能力。
3數(shù)字電視IP傳輸系統(tǒng)
數(shù)字電視業(yè)務(wù)發(fā)展越來越豐富，電視節(jié)目從最初的幾套節(jié)目發(fā)展到了現(xiàn)在約300套左右節(jié)目。初期電視傳輸采用模擬視音頻的方式，后來逐漸對節(jié)目進(jìn)行數(shù)字化后改為數(shù)字化傳輸，在提高網(wǎng)絡(luò)使用效率的同時可有效改善節(jié)目圖像的質(zhì)量。以寧海廣播電視臺數(shù)字電視前端播出系統(tǒng)為例，闡述一下數(shù)字電視IP傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成。數(shù)字電視的傳輸目前主要有兩種方式，一種是通過ASI信號進(jìn)行傳輸，另外一種則是通過TSOverIP方式傳輸。通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸TS流數(shù)據(jù)，主要是通過單播或組播的方式進(jìn)行傳輸，傳輸協(xié)議則大多采用UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UserDatagramProtocol）或RTP（實時傳輸協(xié)議Real-timeTransportProtocol）。初期數(shù)字電視節(jié)目基本是在本地內(nèi)網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行傳輸，比如本地衛(wèi)星接收機(jī)接收衛(wèi)星信號后輸出UDP組播到交換機(jī)，本地自辦節(jié)目通過編碼器進(jìn)行編碼后輸出UDP組播到交換機(jī)，這些節(jié)目信號（基本為單節(jié)目流SPTS）通過交換機(jī)再送入復(fù)用加擾器進(jìn)行處理，之后再輸出UDP組播到交換機(jī)，最后把復(fù)用器處理好的IP信號送入IPQAM進(jìn)行調(diào)制輸出。比如“北京衛(wèi)視”通過衛(wèi)星接收后輸出一個單節(jié)目組播：228.1.1.11（3000），本地編碼后的節(jié)目輸出組播：228.1.1.12（3000）。如圖2所示。信號源各路組播送入交換機(jī)進(jìn)行匯聚和調(diào)度，然后送入到核心復(fù)用加擾器進(jìn)行處理，處理完成后同樣輸出組播：228.1.2.11（4000），此組播仍然送入交換機(jī)進(jìn)行調(diào)度，之后再送入IPQAM調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制輸出。從上述結(jié)構(gòu)可以看到，所有節(jié)目信號在本地經(jīng)過接收、編碼等過程后都轉(zhuǎn)換為UDP組播進(jìn)行內(nèi)部傳輸和交換，所有的這些節(jié)目信號傳輸和調(diào)度都通過本地交換機(jī)來實現(xiàn)，由于結(jié)構(gòu)比較簡單，所以基本都是采用二層傳輸，以太網(wǎng)中數(shù)據(jù)幀的最大長度為1500字節(jié)，而每個TS包的長度為188字節(jié)，所以TSOverIP一般都把每7個TS數(shù)據(jù)包封裝在一起組成一個IP包（包長為188x7=1316）進(jìn)行傳輸。IGMPSnooping是InternetGroupManagementProtocolSnooping（互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議窺探）的簡稱，它是運(yùn)行在二層設(shè)備上的組播約束的機(jī)制，用于管理和控制組播組。IGMPSnooping功能可以使交換機(jī)工作在二層時，通過偵聽上游的三層設(shè)備和用戶主機(jī)之間發(fā)送的IGMP報文來建立組播數(shù)據(jù)報文的二層轉(zhuǎn)發(fā)表，管理和控制組播數(shù)據(jù)報文的轉(zhuǎn)發(fā)，進(jìn)而有效抑制組播數(shù)據(jù)在二層網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散。UDP組播由幾個要素組成：SourceIPAddress（源地址），SourceUDPPort（源端口號），DestinationIPAddress（目的地址）以及DestinationPort（目的端口）。
對于IGMPv1和v2，只需要用到目的地址和端口號即可確定一個組播流，而對于IGMPv3則還需要增加源地址和端口號。在實際應(yīng)用中，組播報文都是封裝成UDP的，即傳輸層，我們講的二層組播轉(zhuǎn)發(fā)并不是指報文為二層組播報文，而是指IP組播報文在二層設(shè)備上的處理流程。二層交換機(jī)是根據(jù)目的MAC地址來轉(zhuǎn)發(fā)的，設(shè)備收到一個IP組播報文后直接根據(jù)目的MAC地址去查找組播MAC地址表，如果查找到了，則根據(jù)組播表項轉(zhuǎn)發(fā)到對應(yīng)的成員端口，如果未查找到，則按照未知組播報文轉(zhuǎn)發(fā)，在我們的設(shè)備中，未知組播報文默認(rèn)是flood的，但可通過相關(guān)命令配置未知組播的轉(zhuǎn)發(fā)方式。隨著業(yè)務(wù)的逐步發(fā)展，IP傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)越來越多，數(shù)字電視平臺的建設(shè)也快速更新?lián)Q代，平臺逐漸趨于統(tǒng)一，如有些地方縣級平臺則直接采用市級平臺的IP組播節(jié)目信號，接收處理后本地進(jìn)行調(diào)制輸出即可。在各地平臺逐步統(tǒng)一互聯(lián)的過程中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也變得越來越復(fù)雜，而數(shù)字電視節(jié)目內(nèi)容傳輸一般都有2Gbps左右的傳輸帶寬，同時除了數(shù)字電視業(yè)務(wù)還有其他點播業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等，所以網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和配置至關(guān)重要，一般來說各市縣機(jī)房之間信號傳輸都采用三層組播，而本地機(jī)房內(nèi)部信號傳輸則采用二層組播。同時要做好交換機(jī)端口隔離等工作，避免各縣前端節(jié)目信號回傳至市級前端。采用組播進(jìn)行節(jié)目傳輸后不僅極大的提高了系統(tǒng)的靈活性，使得節(jié)目調(diào)度非常方便，同時可通過組播實現(xiàn)節(jié)目備份等功能，提高系統(tǒng)的安全性。在IGMPv2模式下可將主備兩路組播信號同時送入設(shè)備，經(jīng)過切換后進(jìn)行下級處理傳輸。組播切換模式可手動也可自動，自動切換觸發(fā)條件有很多選項（如PAT丟失/PMT丟失/節(jié)目變?yōu)榧訑_狀態(tài)等），具體可按照每個用戶的自身需要進(jìn)行相應(yīng)選擇。在IGMPv3的模式下，則可以為主路組播和備路組播分別設(shè)定多個源地址，以便支持更多路的信號備份。因為IGMPv3是帶有源地址的，所以即使一個組播226.100.100.3（3000），源地址分別192.168.20.11和192.168.30.11也代表了兩個不同的組播。組播除了在數(shù)字電視直播方面有廣泛應(yīng)用之外，在其他業(yè)務(wù)方面也有諸多應(yīng)用，比如三網(wǎng)融合、OTT業(yè)務(wù)等，由于其架構(gòu)的靈活性，使得原來很多難以實現(xiàn)的功能都能夠很好的去部署和實施，而且IP化后破除了地域的限制，多機(jī)房多業(yè)務(wù)可有效的進(jìn)行統(tǒng)一和匯聚，極大的提高了系統(tǒng)便捷性和易管理性。
4總結(jié)
數(shù)字電視IP傳輸越來越多，組播及IGMP的應(yīng)用也越來越廣泛，組播為廣電業(yè)務(wù)發(fā)展提供了極大的便利和機(jī)會，但同時也存在一定的風(fēng)險，因為IP化之后業(yè)務(wù)全部集中在一起了，而且由ASI的單項傳輸變成了IP雙向傳輸，所以如果處理不當(dāng)會出現(xiàn)信號中斷、風(fēng)暴引起節(jié)目大面積馬賽克等現(xiàn)象。這就需要我們廣電相關(guān)技術(shù)人員要對相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)知識進(jìn)行一些必要的學(xué)習(xí)和掌握。本文簡單介紹了組播以及IGMP協(xié)議，同時簡述了寧?？h廣播電視臺在組播技術(shù)在數(shù)字電視傳輸方面的一些應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1]張公忠.現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程[M].電子工業(yè)出版社,2000.
[2]許衛(wèi)國.單播、廣播、組播解析[J].網(wǎng)管員世界,2005(10):153-153.
[3]韓旭.IGMP組播協(xié)議與安全[J].才智,2010(04):39.
作者：俞立勛 單位：寧海縣廣播電視臺
