基于HFC网的互动电视系统设计

论文摘要

随着信息技术的飞速发展和休闲娱乐需求的不断增加,三网（电话网、计算机网、电视网）正在逐渐融合,统一承载语音、数据、视频（Triple-play）,而用户端的电视机、电脑、信息家电也在朝“3C融合”的方向快步迈进。互动电视正是“三网合一”、“Triple-play”和“3C融合”的业务体现形式。它可以通过IP网络实现高质量的视频直播、点播、时移以及各种数据增值业务,成为数字家庭的核心。互动电视有电信运营商在宽带网络上开展的IPTV和广电运营商在有线电视HFC网络上开展的数字互动电视两大阵营。上海、哈尔滨等地的IPTV已经投入商业运营。而数字电视也已经在全国各地快速发展,目前正处于整体转换的历史时期,逐步开展全新的数字电视业务以及丰富的增值业务,顺利过渡到下一代有线电视网络（NGCN）,是广电行业面临的巨大挑战和历史机遇。互动电视作为最重要的交互业务,已经引起了广泛的关注和实践,也是吸引数字电视用户的一大卖点。本文阐述了HFC网络与IP网络的特点,分析了基于HFC网络的互动电视与基于IP网络的互动电视的不同。提出DVB直播加互动点播的二合一模式是符合HFC网络特点的互动电视系统机制。提出了机顶盒与IPQAM的动态配对机制,传统系统中机顶盒和IPQAM的对应关系是静态的,当网络结构出现变化（比如光节点分拆下移）的时候,以及机顶盒更换（比如维护）的时候都需要修改数据库中的数据。而动态的机制可以自适应网络的变化和终端的更换。杭州华数、无锡等项目中采用动态机制后,有效减少了管理难度及工作量,工程开通和维护简单方便。此外,还使得允许用户漫游（可携带机顶盒到其他地方使用）的运营方式成为可能。本文还提出两级负载均衡和分布式资源管理的方法,传统的系统中有一个全网统一的指令中心,为机顶盒分配频点和服务器资源、管理全网内容分布、监控全网运行状态。指令中心在用户使用、观看的全过程中（通常为几小时）,都要不断的与机顶盒交互,同时要动态维护全网所有服务器的内容分布情况和健康状况。压力非常大。在大规模商用、大用户并发使用的情况下,容易成为系统可靠性、响应时间上的瓶颈。而且在商用以后,要对运行中的全网惟一的指令中心进行升级扩容也比较麻烦,处理不慎就会造成全网的瘫痪。两级负载均衡和分布式资源管理的机制是以一张自动化网络的思路来应对大规模商用、大用户并发使用所带来的压力,将负载均衡和资源管理的功能分散到核心节点和各个边缘节点。全局负载均衡GSLB只负责为用户选择最佳节点,与机顶盒之间为超短连接。节点内部的服务资源调配和负载均衡由本地负载均衡SLB来实现。这样就能有效减轻全网统一的GSLB的压力,而随着用户增多,服务节点数量扩容时,系统中负载均衡和资源管理的能力也自然相应的获得增强。同时用户使用过程中主要与本地服务器进行交互,获得响应的时间也大大缩短。在华数全国互动电视网络中获得验证,GSLB位于杭州、SLB分布于各省市,取得了良好的效果。结合工程实践,通过无锡互动电视项目的规划设计实例,描述了　在包含认证计费系统、运营支撑系统的实际商用网络环境下,从机顶盒合法性认证、用户点播、业务权限认证、两级负载均衡、资源分配、防盗链认证、视频流传送一直到服务结束,进行计费的全部流程。系统配置计算、网络部署的方法。以及对酒店用户特殊运营模式和需求的支持。对Web Server模式的EPG服务器的压力测试方法和结论。互动电视具有电视和Internet的双重基因,这两个领域中的发展和技术进步都将对互动电视的发展造成重大的影响。比如,Internet上如火如荼的P2P很有可能被移植到机顶盒中,增加下载等业务功能。而电视领域中越来越普及的高清,也是互动电视的发展方向,这将对网络资源和设备性能提出更为苛刻的要求。而对各地独立的广电网络进行整合重组也是大势所趋,相应的会对互动电视系统的可扩展性、可靠性、兼容性带来更多的挑战。随着互动电视业务的不断发展,用户规模的不断增加,还必须对互动电视用户行为、CDN边缘节点命中率和网络流量做分析,对网络和系统及时调整,CDN、网络带宽都会发生变化,这些数据对互动电视的安全和稳定是具有十分重要意义的,系统和网络的优化也将是今后的重点工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 互动电视的历史
• 1.2 互动电视的现状
• 1.3 国内互动电视发展情况
• 1.4 互动电视的主要业务
• 1.5 互动电视与IPTV 的对比
• 1.5.1 业务类型
• 1.5.2 技术体系
• 1.5.3 发展前景
• 1.6 本文研究的内容和重点
• 第二章 互动电视关键技术
• 2.1 内容分发网CDN
• 2.1.1 内容存储
• 2.1.2 内容分发
• 2.1.3 内容路由
• 2.1.4 内容管理
• 2.2 视频编解码技术
• 2.2.1 帧内压缩技术
• 2.2.2 帧间编码技术
• 2.2.3 主要的视频编码标准
• 2.3 流媒体传输技术
• 2.3.1 流媒体承载和控制协议
• 2.3.2 流媒体IP 流化和适配
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于HFC 网的互动电视系统
• 3.1 HFC 网络特点
• 3.1.1 拓扑结构
• 3.1.2 频谱规划
• 3.1.3 双向改造
• 3.2 接入方式
• 3.2.1 Cable Modem
• 3.2.2 光纤＋五类线
• 3.2.3 光纤＋EoC
• 3.2.4 IPQAM （EdgeQAM）
• 3.3 HFC 互动电视系统
• 3.3.1 二合一模式
• 3.3.2 功能模块
• 3.3.3 层次结构
• 3.3.4 典型组网方式
• 3.3.5 接入网部署方式
• 3.3.6 频点规划
• 3.3.7 机顶盒与IPQAM 配对机制
• 3.3.8 IPQAM 资源管理
• 3.3.9 分布式资源管理
• 3.3.10 两级负载均衡
• 3.4 关键组件测试
• 3.4.1 测试方案
• 3.4.2 测试环境
• 3.4.3 测试软件
• 3.4.4 测试步骤
• 3.4.5 测试结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 互动电视系统的实现
• 4.1 无锡互动电视项目概述
• 4.2 网络部署
• 4.2.1 总前端
• 4.2.2 分前端
• 4.3 设备配置
• 4.3.1 视频服务器
• 4.3.2 存储
• 4.3.3 IPQAM
• 4.3.4 EPG 服务器
• 4.4 用户使用流程
• 4.5 酒店方案
• 4.5.1 运营模式
• 4.5.2 特殊需求
• 4.6 EPG 系统压力测试
• 4.6.1 测试环境
• 4.6.2 测试方案
• 4.6.3 测试结果
• 4.6.4 测试统计分析
• 4.6.5 测试结论
• 4.7 本章小结
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 缩写与术语
• 附录一
• 致谢
• 攻读工程硕士期间发表的论文