CN101207474A - 一种iptv系统中接入层网络实现组播的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IPTV系统中接入层网络实现组播的系统，应用于现有的宽带接入层网络中，与宽带汇聚层网络相连，其包括：机顶盒、宽带接入服务器、宽带路由器和数字用户线路接入服务器。通过上述设备结合后组成的系统，本发明所述系统解决了基于BRAS采用PPPoE方式或DHCP方式实现接入层网络组播的技术弱点问题。

Description

一种IPTV系统中接入层网络实现组播的系统

技术领域

本发明涉及IPTV(交互式网络电视)业务承载网络，尤其涉及一种IPTV系统中接入层网络实现组播的系统。

背景技术

根据《中国电信IPTV业务规范》定义，IPTV业务主要包括点播、广播、游戏、信息服务、广播节目预订(PVR)、通信服务、远程教育、音乐/卡拉OK、互动广告、机顶盒上网浏览等。根据功能操作特点，业务可分为4类：通信服务类、流媒体服务类、游戏服务类和信息服务类。

通信服务类包括视频通信和短信。IPTV视频通信基于中国电信公众视讯业务而提供，并由中国电信公众视讯网向用户提供集视频、音频和数据于一体的服务。IPTV机顶盒仅作为公众视讯业务的一个终端，通过互联网接入公众视讯网，使用公众视讯网提供的各种功能。

流媒体服务类分为点对点播放和点对多点播放两种。

点播、PVR、远程教育、音乐/卡拉OK是单个用户按需要进行音视频流播放，是一种点对点的播放。IPTV点对点播放业务基于中国电信内容传送网(CDN)提供，节目内容应尽可能推送到靠近用户的网络端，机顶盒通过宽带网就近访问CDN(Content Distribution Network，内容分发网络)节点，以提高业务的服务质量。

广播是节目源同时向多个用户主动推送相同音视频流的服务，是一种点对多点播放方式。IPTV广播业务适合采用组播方式向用户提供服务。节目内容通过CDN或数据网络推送到向用户服务的组播服务器，再通过组播方式向用户提供。

游戏包括单机游戏和联网游戏。业务发展初期，单机游戏以按场景下载然后分段分关使用的游戏为主，暂时不发展其他单机游戏。联网游戏要求能通过宽带网络同游戏服务器或其他客户互动。

信息服务类包括信息服务、互动广告和机顶盒上网浏览等。对于机顶盒上网浏览服务，初期必须提供用于机顶盒连接的客服网站，但不建议能浏览其他网站。

IPTV业务承载网络主要基于宽带网络构建。通常IPTV业务承载网络由业务层、汇聚层和接入层三部分组成。

业务层包括内容传送网(CDN)、运营支撑层承载网、业务应用层承载网，主要实现具体各业务相关的承载和控制。例如：信息服务和游戏服务网络等相关网络和设备。

汇聚层包括从业务接入控制点设备(BRAS/AR接入路由器)至业务层边缘节点间的相关网络和设备，主要实现各IPTV业务从具体业务网到用户接入间的网络承载。例如：汇聚层网络范围可包含城域网和骨干网两级网络，或仅包含城域网一级网络。

接入层是指从用户机顶盒到业务接入控制点(BRAS/AR接入路由器)间的相关网络及设备，主要实现IPTV业务的接入。例如：接入层由城域网的宽带接入网络实现。

IP(网际协议)组播是利用一种协议将IP数据包从一个源头传送到多个目的地，将信息的拷贝发送到一组地址，发送到达所有想要接收它的接收者。IP组播是将IP数据包“尽最大努力”传输到一个构成组播群组的主机集合，群组的各个成员可以分布于各个独立的物理网络上。IP组播群组中成员的关系是动态的，主机可以随时加入和退出群组，群组的成员关系决定了主机是否接收送给该群组的组播数据包，不是某群组的成员主机也能向该群组发送组播数据包。同单播(unicast)或广播(broadcast)相比，组播效率非常高，因为任何给定的链路至多用一次，可以节省网络带宽和资源。

根据上述介绍IPTV业务是一种新型业务，其中音视频流服务是其显著特征。传统的宽带网络中，主要是针对网页浏览、数据下载等普通业务构建，适合进行点对点传输数据内容。IPTV业务提供的音视频流服务通常是提供上百个固定的音视频流内容，供机顶盒用户点播使用，由于要保证很好的音视频播放效果，音视频流传输占用的带宽比普通的网页浏览、数据下载需要更多的带宽，如果依然采用点对点方式传输这些音视频数据流，将会造成很多相同内容的数据流在同一个传输路径上传递，造成网络带宽的极大浪费，影响其他传输宽带网络业务的开展和用户使用感受，通常我们采用的数据流广播传输技术，由于整个宽带网络的复杂性，不适合采用广播传输方式，但由于广播技术的采用，使网络上的交换机、路由器、主机将处于极大的工作负荷之下，降低了整个网络的工作效率，产生很多问题出现。所以组播方式是音视频流传输的较好方式，由于组播技术本身的特点，将能使一条传输链路上仅传播一路音视频数据流，而所有需要使用视频流数据的机顶盒用户都能正常收到，因此，组播传输是IPTV业务在宽带网络上传输的较好方法。

现有的宽带网络技术中，汇聚层属于骨干网络，在骨干网中实现动态和静态组播可实现将音视频流内容从业务层传送到接入层。而接入层与汇聚层之间主要是由宽带接入服务器(BRAS，Broadband Network AccessServer)连接，如果接入层采用IP组播方式，组播实现的方法是：在接入服务器进行组播控制和内容复制，由于宽带接入服务器节点数据处理能力的问题，不能适应大规模的IPTV业务开展，而且基于BRAS开展IPTV业务，仅适合于PPPoE(PPP over Ethernet)技术接入的宽带网络，对于采用动态主机配置协议(DHCP，Dynamic Host Configuration Protocol)技术接入的宽带网络则不适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种IPTV系统中接入层网络实现组播的系统，以解决基于BRAS采用PPPoE(PPP over Ethernet)方式或DHCP方式实现接入层网络组播的技术弱点问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种IPTV系统中接入层网络实现组播的系统，应用于现有的宽带接入层网络中，与宽带汇聚层网络相连，其特征在于，包括：机顶盒、宽带接入服务器(BRAS，Broadband NetworkAccess Server)、宽带路由器和数字用户线路接入服务器(DSLAM，DigitalSubscriber Line Access Multiplexer)，其中，

所述机顶盒，用于当用户请求使用IPTV业务中某个的媒体流信息的组播组时，向所述数字用户线路接入服务器发送请求消息；

所述数字用户线路接入服务器，包括：

转发模块，用于获取到所述机顶盒的账号密码信息后，转发给宽带接入服务器进行鉴权判断；

判断模块，用于判断已接收的组播码流中是否包含该组播组地址，如不包含，则向所述宽带路由器发送请求消息；

链路模块，用于复制组播组信息，将所述机顶盒所连接的端口号与此组播组建立对应关系，并将该组播码流发送给所述机顶盒进行解码播放；

所述宽带接入服务器，包括：

鉴权模块，用于对机顶盒的账号密码信息进行鉴权判断，鉴权通过，则该机顶盒与所述数字用户线路接入服务器建立连接；

权限判断模块，用于截获发送请求消息，从中取出请求加入的组播组地址，并判断用户是否具有权限加入该组播组，如其响应消息表示不允许加入，则丢弃这条请求消息；

所述宽带路由器，用于接收请求消息，并判断已接收的组播码流中是否包含该组播组地址，如不包含，则向汇聚层网络发送该请求消息，并接收其发送的对应的组播组，转发给所述数字用户线路接入服务器。

本发明所述的系统，其中，所述宽带接入服务器中的鉴权模块，进一步用于当鉴权未通过，则不允许该机顶盒与所述数字用户线路接入服务器建立连接。

本发明所述的系统，其中，所述请求消息，为符合标准的Internet组管理协议(IGMP)消息。

本发明所述的系统，其中，所述数字用户线路接入服务器中的判断模块，进一步用于如果包含该组播组地址，则链路模块直接执行将所述机顶盒所连接的端口号与此组播组建立对应关系，并将该组播码流发送给所述机顶盒进行解码播放。

本发明所述的系统，其中，所述宽带路由器，进一步用于如果包含该组播组地址，则复制该组播组信息给所述数字用户线路接入服务器。

本发明所述的系统，其中，所述机顶盒为具有PPPoE方式或动态主机配置协议方式，及接收处理组播码流的机顶盒；

所述数字用户线路接入服务器为具有支持PPPoE方式或动态主机配置协议方式及管理，Internet组管理协议及复制和传送组播码流的数字用户线路接入服务器。

本发明所述的系统，其中，所述数字用户线路接入服务器，进一步用于当所述机顶盒采用动态主机配置协议方式与其建立连接时，所述数字用户线路接入服务器获得该机顶盒的请求连接消息，并分配内部IP地址给该机顶盒，将该机顶盒重定向到一个WEB服务器上，由所述WEB服务器获取到该机顶盒的账号密码信息，转发给宽带接入服务器进行鉴权判断；

其中，所述请求连接消息，为携带动态主机配置协议定义的OPTION60和OPTION82字段内容的请求连接消息。

本发明所述的系统，其中，进一步包括：ADSL(Asymmetric DigitalSubscriber line，不对称数字用户线路)调制解调器，用于当所述机顶盒采用PPPoE方式与数字用户线路接入服务器建立连接时，所述机顶盒采用PPPoE方式通过所述ADSL调制解调器与局端的数字用户线路接入服务器建立点对点协议(PPP，Point to Point Protocol)链路。

本发明所述的系统，其中，所述数字用户线路接入服务器，进一步用于当所述机顶盒采用PPPoE方式与数字用户线路接入服务器建立连接时，将需要发送的组播码流进行包装。

因此，本发明的组播方式是最适合视频流传送的一种方式，本发明所述的一种IPTV系统中接入层网络实现组播的系统，应用于现有的基于宽带接入网系统采用PPPoE方式或DHCP方式实现接入层网络IPTV业务的组播，解决了基于BRAS设备采用PPPoE方式或DHCP方式实现接入层网络组播的技术弱点问题。

附图说明

图1是本发明现有技术所述的现有宽带接入层网络图；

图2是本发明实施例所述的IPTV系统中接入层网络实现组播的连接图；

图3是本发明实施例所述系统基于PPPoE方式的组播IPTV业务流程图；

图4是本发明实施例所述系统基于DHCP方式的组播IPTV业务流程图。

具体实施方式

本发明为了解决传统技术方案存在的弊端，通过以下具体实施例进一步阐述本发明所述的一种IPTV系统中接入网实现组播的系统，以下对具体实施方式进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明现有技术所述的现有宽带接入层网络系统，包括：机顶盒、ADSL调制解调器(modem)和BRAS设备。其中BRAS设备与现有宽带网络中的汇聚层路由器相连接。

在现有的宽带接入网络系统的整个接入网中，所述机顶盒与ADSLmodem采用以太网相连，ADSL modem采用电话线连接到位于局端的宽带接入服务器(BRAS)，机顶盒通过ADSL采用PPPoE方式拨号连接到BRAS。

在现有接入网的结构及技术特性多种多样，本发明实施例选择目前典型的接入网承载结构，对其实现组播承载。但在接入层实际组网部署和优化中，应结合当地的接入网情况，因地制宜选取合理的实现方式。在同一城域网内尽可能使用一种实现方式，如果其中任何一种都不能满足所有要求时再考虑混合组网实现。

结合图2所示，本发明的实现方法采用在接入网络中增加设备的方式，在汇聚层与接入层之间增加一系列普通的宽带路由器，此宽带路由器具有很高的带宽吞吐能力，并支持IGMP协议及PIM协议(包括：PIM-SM(Protocol Independent Multicast-Sparse Mode，稀疏模式协议无关组播)组播路由协议，PIM-DM(Protocol Independent Multicast-Dense Mode，密集模式协议无关组播)组播路由协议)。在机顶盒与BRAS之间增加一系列IP DSLAM设备，此设备支持IGMP协议、IGMP Snooping协议，并支持DHCP Relay Agent功能和组播业务控制功能。IP DSLAM设备与宽带路由器存在高带宽的网络连接。

从网络系统的业务层过来的音视频流信息，通过汇聚层到达接入层，汇聚层采用静态组播方式将业务层发布的音视频流信息传送到接入层，接入层通过宽带路由器和BRAS与汇聚层连接，接入层通过宽带路由器加入相应的组播组接收音视频流信息，DSLAM设备与宽带路由器和BRAS之间采用二层以太网连接，其中，与宽带路由器连接部分需要能支撑较大的网络带宽，并且这些二层以太网交换机需要支持IGMP snooping协议，DSLAM设备与ADSL Modem之间采用电话线连接，机顶盒与ADSLModem之间采用以太网连接。

具体地，宽带路由器与DSLAM之间采用二层以太网交换机群组相连，二层以太网交换机都具备IGMP Snooping协议功能，也就是能侦听IGMP包，并将交换机对外连接的端口分组，形成每个组播地址对应一系列交换机端口，二层交换机接收到发送到特定组播地址的媒体流，能依据组播地址与端口的对应关系，将音视频流发送到对应的端口。建立二层交换机之间的组播网络。DSLAM与二层交换机相连，接收二层交换机发送过来的组播码流。BRAS提供鉴权处理功能，与二层交换机连接，通过二层交换机与DSLAM相连。DSLAM可将组播码流复制后传送到具有权限的ADSL Modem，机顶盒接收ADSL Modem的码流后进行解码播放。针对PPPoE和DHCP两种不同的接入方式，接入网组播的业务约有不同，大致流程如下：

1、机顶盒启动后，采用PPPoE方式或者DHCP协议方式接入网络，BRAS设备负责对机顶盒的帐号密码进行鉴权，对于非法用户禁止接入；

2、机顶盒通过IPTV业务提供的多媒体地址信息定位到媒体流的组播地址，并通过ADSL Modem发送IGMP消息要求加入组播组；

3、DSLAM接收到机顶盒发送的IGMP消息后，向BRAS设备请求鉴权，BRAS判断此机顶盒用户是否具有权限加入组播组；

4、BRAS设备返回响应消息，DSLAM判断机顶盒用户是否具有相应权限，如果不具有权限，则丢弃IGMP请求，否则，DSLAM记录该机顶盒的端口连接和组播组地址信息，并向宽带路由器发送加入组播组请求，此请求消息采用IGMP消息发送，此消息被宽带路由器与DSLAM之间的二层交换机截获，并设置相应的组播组端口；

5、宽带路由器向汇聚层发送加入某个组播组的请求消息，宽带路由器接收到组播码流后，向下游的二层交换机发送，通过二层交换机传送到DSLAM，DSLAM依据组播组地址与端口之间的对应关系，将组播码流复制后传送到相应的端口，机顶盒接收到音视频码流信息，完成组播业务流程。

结合图3所示，本发明实施例基于PPPoE方式的组播IPTV业务流程说明如下：

201步骤，机顶盒采用PPPoE方式向DSLAM发送PPP建链请求消息，其中包含该机顶盒用户的帐号密码信息；

202步骤，DSLAM将机顶盒用户的帐号密码信息组成请求鉴权消息发送到BRAS设备；

203步骤，BRAS设备鉴权后返回响应消息；

204步骤，如果机顶盒鉴权成功，则由DSLAM给机顶盒分配相应的IP地址，允许机顶盒接入，机顶盒与DSLAM之间成功建立PPP链路，否则，拒绝机顶盒接入；

205步骤，机顶盒浏览到IPTV节目流信息的组播地址后，发送加入该组播组请求消息，此消息符合标准的IGMP协议；

206步骤，DSLAM向BRAS设备发送加入组播组鉴权消息，消息中携带该组播组地址及用户帐号信息；

207步骤，BRAS设备对机顶盒加入该组播组的请求消息鉴权，并返回鉴权结果；

208步骤，如果BRAS的响应消息表示不能允许机顶盒接入，则DSLAM丢弃这条加入该组播组地址消息，否则，DSLAM在已建立的组播组中查找是否是已接收的组播码流，如果是没有接收过该组播组的码流，DSLAM向宽带路由器发送请求加入该组播组请求，消息遵循标准的IGMP消息；

209步骤，宽带路由器检查自身已接收的组播组地址，如果是已接收的组播码流，则转到步骤211继续执行，否则宽带路由器向汇聚层网络发送加入该组播组地址请求，继续后续步骤210；

210步骤，汇聚层向宽带路由器发送组播码流，此组播组地址是宽带路由器请求接收的组播组地址；

211步骤，宽带路由器向DSLAM发送组播码流；

212步骤，DSLAM接收到组播码流，DSLAM依据组播地址和端口的对应关系，将码流封装成PPP数据包；

213步骤，DSLAM向机顶盒用户发送组播码流信息。

结合图4所示，本发明所述系统基于DHCP方式是利用DHCP定义的一些OPTION字段来实现的，如通过OPTION60来识别终端类型，通过OPTITON82来识别用户位置(实际上就是标记用户)。

当网络设备收到机顶盒(STB)的DHCP请求报文时，需要在报文后添加OPTION82字段，此时有两种模式进行DHCP认证，一种是直接把DHCP报文送给DHCP服务器，由DHCP服务器根据OPTION82字段来判断该用户是否为合法用户，从而决定是否为其分配IP地址。另一种是DHCP报文先送到BRAS设备，由BRAS设备将OPTION82字段放到RADIUS的一个子域里，通过RADIUS服务器来进行用户合法性认证，若用户合法，再由DHCP服务器分配IP地址。

本发明实施例基于DHCP接入方式的业务流程说明如下：

301步骤，机顶盒与DSLAM连接后，从DHCP获得内部IP地址，请求消息中需要携带OPTION60和OPTION82字段，保证机顶盒接入的真实性和合法性，机顶盒被重定向到一个WEB服务器，机顶盒填入帐号密码后，由WEB服务器转发给BRAS进行鉴权，WEB和DHCP服务器都可集成在DSLAM设备中；

302步骤，web服务器将机顶盒的帐号密码信息组成请求鉴权消息发送到BRAS设备；

303步骤，BRAS设备鉴权后返回响应消息；

304步骤，如果机顶盒鉴权成功，则由DHCP重新给机顶盒分配可工作的IP地址，允许机顶盒接入，机顶盒与DSLAM之间成功建立通讯链路，否则，拒绝机顶盒接入；

305步骤，机顶盒浏览到IPTV节目流信息的组播地址后，发送加入该组播组请求消息，此消息符合标准的IGMP协议；

306步骤，DSLAM向BRAS设备发送加入组播鉴权消息，消息中携带组播组地址及用户帐号信息；

307步骤，BRAS设备对机顶盒加入该组播组的请求消息鉴权，并返回鉴权结果；

308步骤，如果BRAS设备的响应消息表示不能允许机顶盒接入，则DSLAM丢弃这条加入该组播组地址消息，否则，DSLAM在已建立的组播组中查找是否是已接收的组播码流，如果是没有接收的组播码流，DSLAM向宽带路由器发送请求加入该组播组请求，消息遵循标准的IGMP消息；

309步骤，路由器检查自身已接收的组播组地址，如果是已接收的组播码流，则转到步骤311继续执行，否则宽带路由器向汇聚层网络发送加入组播组地址请求，继续后续步骤310；

310步骤，汇聚层向宽带路由器发送组播码流，此组播组地址是宽带路由器请求接收的组播组地址；

311步骤，宽带路由器向DSLAM发送组播码流；

312步骤，DSLAM依据组播地址和端口的对应关系，找到端口后，DSLAM向机顶盒发送组播码流信息。

在本发明的实现中，BRAS设备和DSLAM面向PPPoE方式或DHCP方式的用户复制音视频广播流量，面向用户的组播复制点是BRAS设备和DSLAM。本发明所述的系统具体应用的现有设备规范条件可以参照《中国电信IPTV平台机顶盒技术规范》的定义。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种IPTV系统中接入层网络实现组播的系统，应用于现有的宽带接入层网络中，与宽带汇聚层网络相连，其特征在于，包括：机顶盒、宽带接入服务器、宽带路由器和数字用户线路接入服务器，其中，

所述机顶盒，用于当用户请求IPTV业务中某个的媒体流信息的组播组时，向数字用户线路接入服务器发送请求消息；

所述数字用户线路接入服务器，包括：

转发模块，用于获取到所述机顶盒的账号密码信息后，转发给宽带接入服务器进行鉴权判断；

判断模块，用于判断已接收的组播码流中是否包含该组播组地址，如不包含，则向所述宽带路由器发送请求消息；

链路模块，用于复制组播组信息，将所述机顶盒所连接的端口号与此组播组建立对应关系，并将该组播码流发送给所述机顶盒进行解码播放；

所述宽带接入服务器，包括：

鉴权模块，用于对机顶盒的账号密码信息进行鉴权判断，鉴权通过，则该机顶盒与所述数字用户线路接入服务器建立连接；

权限判断模块，用于截获发送请求消息，从中取出请求加入的组播组地址，并判断用户是否具有权限加入该组播组，如其响应消息表示不允许加入，则丢弃这条请求消息；

所述宽带路由器，用于接收请求消息，并判断已接收的组播码流中是否包含该组播组地址，如不包含，则向汇聚层网络发送该请求消息，并接收其发送的对应的组播组，转发给所述数字用户线路接入服务器。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述宽带接入服务器中的鉴权模块，进一步用于当鉴权未通过，则不允许该机顶盒与所述数字用户线路接入服务器建立连接。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述请求消息，为符合标准的Internet组管理协议消息。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字用户线路接入服务器中的判断模块，进一步用于如果包含该组播组地址，则链路模块直接执行将所述机顶盒所连接的端口号与此组播组建立对应关系，并将该组播码流发送给所述机顶盒进行解码播放。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述宽带路由器，进一步用于如果包含该组播组地址，则复制该组播组信息给所述数字用户线路接入服务器。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机顶盒为具有PPPoE方式或动态主机配置协议方式，及接收处理组播码流的机顶盒；

所述数字用户线路接入服务器为具有支持PPPoE方式或动态主机配置协议方式及管理，Internet组管理协议及复制和传送组播码流的数字用户线路接入服务器。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数字用户线路接入服务器，进一步用于当所述机顶盒采用动态主机配置协议方式与其建立连接时，所述数字用户线路接入服务器获得该机顶盒的请求连接消息，并分配内部IP地址给该机顶盒，将该机顶盒重定向到一个WEB服务器上，由所述WEB服务器获取到该机顶盒的账号密码信息，转发给宽带接入服务器进行鉴权判断。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述请求连接消息，为携带动态主机配置协议定义的OPTION60和OPTION82字段内容的请求连接消息。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，进一步包括：ADSL调制解调器，用于当所述机顶盒采用PPPoE方式与数字用户线路接入服务器建立连接时，所述机顶盒采用PPPoE方式通过所述ADSL调制解调器与局端的数字用户线路接入服务器建立点对点协议链路。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述数字用户线路接入服务器，进一步用于当所述机顶盒采用PPPoE方式与数字用户线路接入服务器建立连接时，将需要发送的组播码流进行包装。

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