數(shù)字化革命帶來了HFC的變化，媒體和網(wǎng)絡的雙重融合在今后將改變現(xiàn)有廣播電視系統(tǒng)結構和運營模式，對廣電傳輸網(wǎng)絡提出了新的挑戰(zhàn)。如何構建面向未來的廣電交互信息傳輸網(wǎng)絡，現(xiàn)在已形成共識的是在主干線上采用IP技術和光纖傳輸技術建設寬帶骨干網(wǎng)絡。而源于互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡技術（即CDN），將在廣電傳輸網(wǎng)絡中發(fā)揮重要的作用，另一方面IPQAM技術的迅速發(fā)展和普及使得基于HFC＋IP網(wǎng)絡的業(yè)務模式得以全面推廣。
IPTV技術的成熟與應用，為電信行業(yè)開展視頻業(yè)務提供了技術上的解決手段，但卻給廣電行業(yè)的傳統(tǒng)視頻業(yè)務造成巨大的沖擊與威脅。應對外界的競爭壓力，廣電必須應用雙向有線電視網(wǎng)開展基于IPQAM技術的互動電視業(yè)務運營，積極推進IPQAM、CDN等技術在有線電視系統(tǒng)中的應用，才能奠定廣電在視音頻交互業(yè)務方面的有利地位。
以VOD業(yè)務為代表的交互電視是當前的發(fā)展熱點，如何充分結合利用CDN網(wǎng)絡和IPQAM技術，構建新型的大規(guī)模商用VOD體系平臺，是本文討論的重點。
2 為什么需要CDN網(wǎng)絡及IPQAM技術
CDN是構建在IP網(wǎng)絡上的一種分布式的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)，主要采用“中心—邊緣”的存儲與服務分布方式。它的基本原理就是分布的地區(qū)或網(wǎng)絡中部署邊緣服務器，所有的節(jié)目都在中心服務器存儲，而通過骨干網(wǎng)把用戶訪問相對集中的內(nèi)容分發(fā)到邊緣服務器，直接由邊緣路由器提供用戶服務。
CDN起初只是一個互聯(lián)網(wǎng)概念，是為了加快用戶的訪問速度而建立的網(wǎng)絡。在VOD業(yè)務中，由于電視觀眾對視頻信號的高質(zhì)量及實時性要求，CDN的地位顯得尤為重要，不僅承擔著提高用戶響應速度的重任，而且還要減輕巨大的數(shù)據(jù)流量對骨干網(wǎng)的壓力。電信運營商一般都已經(jīng)具有相當長時間的CDN網(wǎng)絡運作經(jīng)驗，而廣電運營商卻還缺少CDN網(wǎng)絡的運作經(jīng)驗?；贖FC網(wǎng)的分布式VOD體系結構充分利用現(xiàn)已有的CATV網(wǎng)絡，可以將海量的節(jié)目迅速高效地提供給用戶，為開展VOD等多媒體互動業(yè)務提供了一種合理的框架。
IP-QAM調(diào)制設備集“復用、加擾、調(diào)制、頻率變換”功能為一體，它將DVB/IP_GbE輸入的節(jié)目流重新復用在指定的MPTS中，再進行QAM調(diào)制和頻率變換，輸出RF。在使用IPQAM之后，STB和邊緣視頻服務器之間的控制信息和視頻流分別通過不同的通路傳輸：STB的接入認證、EPG信息瀏覽等流程通過雙向回傳通道交互；邊緣視頻服務器收到用戶的請求后將音視頻流以恰當?shù)姆獍问捷敵鲋罥PQAM設備，IPQAM將音視頻流調(diào)制為RF信號后通過HFC網(wǎng)絡傳輸給STB，STB對音視頻流進行解調(diào)和解碼。
利用IPQAM開展視頻點播業(yè)務，在美國的各大有線運營商中得到了大規(guī)模的應用,隨著國內(nèi)有線網(wǎng)絡雙向業(yè)務的加快，IPQAM相關技術及產(chǎn)業(yè)鏈的完善，這種點播技術會在中國有線運營商中取得較大的發(fā)展。采用IPQAM技術后，一方面可以充分利用HFC的帶寬資源以及傳輸特性，向用戶提供有QoS保障的視頻服務，更適合高清業(yè)務對傳輸網(wǎng)絡的高下行帶寬要求；另一方面降低了視頻服務對IP網(wǎng)絡的要求，不再要求IP網(wǎng)絡接入層提供較高的帶寬，使廣電運營商可以以較低的成本實現(xiàn)交互視頻業(yè)務。
3 如何結合利用CDN網(wǎng)絡與IPQAM技術
在大型的交互電視平臺中，CDN將視頻內(nèi)容根據(jù)合適的策略推送到邊緣節(jié)點，然后通過IPQAM設備將IP數(shù)據(jù)封包調(diào)制發(fā)送到HFC接入網(wǎng)中，典型的部署示意圖如下：
在結合IPQAM和CDN技術開展VOD業(yè)務的網(wǎng)絡體系中，與電信IPTV和廣電傳統(tǒng)集中式VOD的傳輸模式都有所區(qū)別，涉及的問題主要有：
因為HFC的網(wǎng)絡特性，需要考慮終端用戶與IPQAM端口的數(shù)據(jù)可達，并進行相關的網(wǎng)絡規(guī)劃和資源管理。
CDN網(wǎng)絡與IPQAM技術在數(shù)據(jù)層面的結合，包括對視頻流數(shù)據(jù)封包和碼率控制的要求。
CDN網(wǎng)絡與IPQAM技術在路由層面的結合，包括全局路由管理、負載均衡、冗余機制和QAM資源管理調(diào)度等。
3.1資源管理調(diào)度
基于HFC的VOD系統(tǒng)中，用戶所點播的視頻內(nèi)容下行是由HFC網(wǎng)絡承載的，通過IPQAM設備將IP數(shù)據(jù)包調(diào)制發(fā)送到cable網(wǎng)絡中。鑒于HFC網(wǎng)絡的共享特性，某個特定的機頂盒只能接收到來自特定的一組IPQAM端口的數(shù)據(jù)，因此需要對服務區(qū)域有明確的規(guī)劃和管理，一般將這樣的服務區(qū)域定義為Region。
Region即預先定義的一組頻率資源，或者為一個IPQAM通道資源規(guī)劃單元。在不同節(jié)點所覆蓋的服務區(qū)域，可全部或部分重復使用該網(wǎng)的VOD頻率規(guī)劃單元，對擁有相同路徑的服務區(qū)域即為一個Region。為識別不同的Region，每一個Region都有一個唯一的ID號，即RegionID。VOD業(yè)務中采用RegionID來進行機頂盒用戶的定位，STB請求服務時需要向VOD頭端系統(tǒng)提交該信息，頭端系統(tǒng)根據(jù)此信息就可以區(qū)分是哪個區(qū)域的機頂盒發(fā)出的請求，從而分配對應的路由來供視頻服務器傳送TS流。
3.1.1QAM資源管理
VOD頭端系統(tǒng)資源管理模塊SRM，需要了解每個實際部署的IPQAM的資源使用情況以完成資源的分配和回收，要求IPQAM設備提供接口供SRM完成心跳維護和狀態(tài)查詢，接口可以通過IPQAM的SNMP方式提供，也可以通過其他API方式提供。
IPQAM的UDP端口和頻點、節(jié)目號的映射規(guī)則應該全網(wǎng)統(tǒng)一設置，以完成對所有資源按照統(tǒng)一的算法調(diào)度，映射規(guī)則可以通過SNMP或者API進行設置。因為IPQAM以及相應的頻點和通道資源是有限的，因此要求系統(tǒng)在服務過程中對上述資源進行管理。具體的資源包括：
IPQAM：對系統(tǒng)中相關的IPQAM進行管理；
QAMIP：QAM的IP支持
QAMUDPPort：QAM的UDP端口，系統(tǒng)將根據(jù)用戶的請求，向不同的端口發(fā)送媒體流，并通知機頂盒。
QAM頻點：不同的QAM設備具有不同數(shù)量的頻點
輸入、輸出PID：在一個頻點內(nèi)，可以分為多個PID，每個PID對應用戶請求的一個流；
通道帶寬：即一個流的帶寬；
3.1.2RegionID管理
機頂盒可以通過固定分配或網(wǎng)絡自動下載的方式獲取RegionID，固定分配的方式實施較為簡單，但當機頂盒在跨區(qū)域漫游或者頭端網(wǎng)絡結構調(diào)整時需要重新綁定RegionID，因此通過頭端實時下發(fā)RegionID、機頂盒動態(tài)更新的方式較為靈活，這也是運營商普遍的業(yè)務需求方式。
RegionID信息是通過IPQAM經(jīng)HFC通道下送給機頂盒的，具體發(fā)送方式可以通過設置并實時廣播DVB網(wǎng)絡參數(shù)至機頂盒，機頂盒根據(jù)預設的規(guī)則解析得到RegionID。設置RegionID的相關參數(shù)可以有TSID方式或NID方式。
TSID方式：按照系統(tǒng)的頻段規(guī)劃和部署完成對IPQAM中每個通道TSID的配置，確保IPQAM每個流的TSID在全網(wǎng)內(nèi)是唯一的，機頂盒在開機后在劃分為點播業(yè)務的頻段掃描獲得能夠接收到的TSID并保存。在所有的IPQAM中設置TSID，由IPQAM通過實時廣播PAT表來下傳TSID信息。這樣機頂盒將能夠通過掃描方式，探測到能夠到達該機頂盒所有的IPQAM的TSID信息。機頂盒可能獲得屬于一個Region的多個TSID，機頂盒按照設定的規(guī)則解析TSID獲得RegionID。
NID方式：在每個非點播頻點的NIT表格插入服務入口描述符，STB通過該描述符獲得點播主頻點信息，然后機頂盒根據(jù)點播主頻點上的NIT信息，獲取到的NetworkID信息即為RegionID。當無法讀到描述符中的點播主頻點信息或RegionID信息時，采用機頂盒存儲的信息。
3.2數(shù)據(jù)層面的結合
經(jīng)過路由選擇和資源分配后，CDN的邊緣視頻服務器將向IPQAM輸出視頻流數(shù)據(jù)，根據(jù)IPQAM設備的傳輸特性，需要考慮合適的數(shù)據(jù)封包和碼率控制。
3.2.1數(shù)據(jù)封包
運營商目前普遍選擇的視頻編碼格式為MEPG2或MPEG4/H.264，這兩者采用不同的封包流程：
? MPEG2封包流程
MPEG2文件播放的封包解包流程如下：
1.文件以MPEG2的文件格式存放
2.視頻服務器U-Server讀取文件數(shù)據(jù)封裝成TS包方式，加上TCP/IP包頭，通過IP網(wǎng)絡發(fā)送給IPQAM設備；
3.IPQAM將TS數(shù)據(jù)取出調(diào)制成RF信號通過HFC網(wǎng)絡傳輸；
4.STB接收到TS數(shù)據(jù)后對其進行解碼播放。
基于RTSP協(xié)議傳輸?shù)腗PEG4/H264文件播放封包解包流程如下圖所示：
1.文件以Mp4/H.264文件格式存放;
2.視頻服務器U-Server讀取文件，先封裝成RTP格式，然后加上TS的包頭，再加上TCP/IP包頭，通過IP網(wǎng)絡發(fā)送給IPQAM；
3.IPQAM將TS數(shù)據(jù)取出調(diào)制成RF信號通過HFC網(wǎng)絡傳輸；
4.DVB解碼芯片接收到TS數(shù)據(jù)后，將TS包頭數(shù)據(jù)去掉，將TS的Payload信息也就是RTP數(shù)據(jù)傳遞給MPEG4/H264Chip；
5.MPEG4/H264解碼芯片對RTP數(shù)據(jù)信息處理，對音視頻數(shù)據(jù)進行解碼播放。
3.2.2碼??，因此視頻服務器依靠以往在以太網(wǎng)上的發(fā)包策略往往會導致某個時刻發(fā)包過快，IPQAM緩存不足而OverFlow。針對這種情況，視頻服務器需要對每個點播流的碼流動態(tài)的進行控制，使碼流盡可能平穩(wěn)，而減少或消除IPQAM的OverFlow異常。碼流控制算法可以從兩方面入手使碼流趨于平滑。
限速控制：引入擁塞窗口機制，記錄當前時間片已發(fā)送的數(shù)據(jù)量，對每個時間片內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)進行限制。新的時間片到來時，擁塞窗口將被清空，從前開始累加發(fā)送的數(shù)據(jù)量。當片源某一段碼流過大擁塞窗口被填滿時，Server將停止發(fā)包，到下一個時間片再嘗試進行發(fā)送。這樣就能限制住碼流的峰值，不出現(xiàn)劇烈的碼流波動。
加速控制：引入prebuffer機制，表示服務器在發(fā)包過程中可以提前發(fā)送的最大數(shù)據(jù)。當發(fā)送的進度超前還沒有達到prebuffer指定的量時，服務器將在帶寬允許的條件下盡力發(fā)送，直到進度超前達到或超過prebuffer。這樣在片源碼流不大時，可以多發(fā)送一些后續(xù)prebuffer范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，當碼流變大時，Server降速終端的buffer也不會很快就消耗光。同時在點播啟動階段通過這種加速能縮短啟動時間，提供較好的觀感。
這兩種控制邏輯，限速控制是優(yōu)先考慮的，只有在限速控制允許發(fā)送的前提下加速控制才有可能運作。通過這一對限速控制和加速控制算法，視頻服務器就能在一定范圍能使碼流變化相對劇烈的片源輸出碼流相對平穩(wěn)，趨向與CBR。
3.3路由層面的結合
大型VOD業(yè)務系統(tǒng)往往采用分布式的組網(wǎng)模式，可以根據(jù)業(yè)務和網(wǎng)絡情況選擇“核心－邊緣”的兩級組網(wǎng)模式或者“核心－骨干－邊緣”的三級組網(wǎng)模式。以兩級組網(wǎng)模式為例，各級節(jié)點分別部署如下設備：
中心節(jié)點：部署CDN核心網(wǎng)元設備和中心存儲，實現(xiàn)全局負載均衡(GSLB)、內(nèi)容分發(fā)管理等；
邊緣節(jié)點：部署CDN邊緣網(wǎng)元設備及邊緣存儲、IPQAM設備，實現(xiàn)內(nèi)容緩存和就近內(nèi)容服務。
在路由層面，帶有RegionID和STB標識的視頻訪問請求提交到頭端系統(tǒng)后，資源管理會根據(jù)網(wǎng)絡規(guī)劃情況和QAM資源情況為其分配合適的IPQAM設備和端口，而CDN體系會分配合適節(jié)點的合適服務器向該IPQAM端口輸出視頻流。
CDN系統(tǒng)采用GSLB?SLB的兩級負載均衡模式。全局負載均衡方式為靜態(tài)列表結合應用層重定向，采用這種方式可以做到為用戶選擇最近、最優(yōu)的站點提供服務。本地負載均衡實現(xiàn)方式可以是基于應用，基于負載和健康狀況的應用層重定向，可以為用戶選擇節(jié)點內(nèi)最優(yōu)的視頻服務器（單元），向用戶提供服務。
這種全局負載均衡方式采用GSLB為入口點，用戶請求均進入GSLB，GSLB的功能是根據(jù)健康狀況和就近性做全局負載均衡和最優(yōu)站點的選擇，將用戶請求重定向到骨干/邊緣節(jié)點設備的SLB組件上，SLB既配合GSLB，共同提供全局負載均衡功能和站點選擇，同時也負責本地的負載均衡和為用戶選擇最優(yōu)的流媒體服務引擎的功能。SLB內(nèi)部需要維護一個包括整個節(jié)點內(nèi)的所有服務器負載情況和內(nèi)容情況，同時SLB還需要向GSLB報告整個站點的健康狀態(tài)以便于更新GSLB的動態(tài)表和應用表。
當某個節(jié)點的視頻服務器發(fā)送故障時，系統(tǒng)將根據(jù)既定的路由策略和網(wǎng)絡部署情況，調(diào)度備用節(jié)點的視頻服務器繼續(xù)提供視頻數(shù)據(jù)到原節(jié)點的IPQAM設備，用戶服務將不會收到影響。
通過對CDN網(wǎng)絡技術和IPQAM技術的合理結合利用，廣電運營商將可以在汲取IP網(wǎng)絡先進技術的同時，充分發(fā)揮HFC網(wǎng)絡的優(yōu)勢特點，打造低成本高效率的VOD傳輸和服務平臺，提升自身核心競爭力并為廣大電視用戶提供更便捷的交互電視服務。
