IPTV终端管理中的主要功能和关键技术

1.前言  
　　IPTV业务是基于电信宽带网络，以电视机加机顶盒为主要终端设备，为用户提供多媒体服务的宽带增值业务。IPTV是电信运营商拓展宽带应用，提高用户ARPU值的有效方式，近年来发展迅速，至2007年底，中国IPTV用户数量已达到114.2万。  
　　由于IPTV是一项基于互联网的业务，因此其终端形式多样并且具备很高的智能性，不仅有基于SOC架构的机顶盒，基于智能芯片的智能终端，还有基于X86架构的类似于个人电脑的机顶盒。同时，IPTV业务是一项智能性、互动性很高的业务，种类多样，逻辑复杂，由于其采用互联网技术，对私密性、安全性有很高的要求。IPTV终端和业务的复杂性使得对IPTV终端的有效管理成为保障IPTV业务质量的一个必备条件，但是也对终端管理提出了很高的要求，因此IPTV终端管理从一开始就是业界一个重要的研究课题。  
　　2.IPTV终端管理的结构及研究内容  
　　2.1　IPTV终端管理的结构  
　　IPTV终端管理的主要功能是完成对IPTV终端的统一管理，实现终端的网络配置、状态和性能监测、系统和业务配置、软件版本和升级管理、故障诊断等功能。IPTV终端、网络接口、管理服务器是组成IPTV终端管理的3个必备元素，如图1所示。

  图1 IPTV终端管理结构

　　IPTV终端管理的基本实现方式是管理服务器通过网络接口协议，调用终端上的相应功能，实现终端管理的具体功能。  
　　2.2　IPTV终端管理的研究内容
　　在IPTV终端管理的不断研发和实践中，其关键技术主要涉及以下几个方面。  
　　(1)北向接口  
　　该接口存在于IPTV终端管理系统与IPTV平台侧的其他功能实体之间。由于IPTV终端是IPTV网络中的一部分，因此IPTV终端管理具有网络管理和业务管理的双重特性。北向接口则包括了IPTV终端管理系统与网络管理系统、业务管理系统的两个接口。其中，网络管理负责网络配置信息传递、故障诊断、失败告警等功能，业务管理负责统计信息传递、业务管理和配置。  
　　(2)南向接口  
　　该接口存在于IPTV终端和管理系统之间，也是终端管理中最重要、使用最频繁、论证最充分的技术。该接口直接承载终端管理的状态监控、参数设置、异常告警、日志上传、软件升级、故障诊断等各种功能调用。在IPTV的实际应用中，该接口的协议有SNMP[1]和TR069[2]两种形式。
　　(3)家庭网关  
　　目前家庭网关的应用已经极为普遍，IPTV业务与家庭网关的协同工作也是业界讨论的热点。从终端管理的角度而言，最关键的技术问题是NAT(network address translator)穿越和捆绑性的接入认证。IPTV终端在NAT环境下，一般通过定时心跳等机制穿越家庭网关[3]，通过DHCP(dynamic host configuration protocol)扩展、管理协议认证等方式解决在路由方式下的接入认证问题[3，4]。  
　　(4)配置和升级  
　　IPTV终端中软件系统业务功能模块的切分与终端管理的软件升级、系统和业务配置息息相关。在完备的IPTV终端管理功能要求下，IPTV终端需要具备按照系统不同功能、不同业务的软件模块设计，同时可以根据管理要求，自行下载和配置业务功能。
 
　　3.IPTV终端管理标准化情况  
　　IPTV终端管理技术在IPTV业界是一个非常热门的话题，目前已有多个国际标准化组织对IPTV终端管理进行了研究和规范。  
　　(1)DSL Forum  
　　DSL Forum(DSL论坛)成立于1994年下半年，最初的宗旨是致力于开发基于DSL技术的系统结构、协议、接口等，随着DSL技术和业务的发展，DSL Forum也从定义DSL的核心技术转移到定义和推广基于DSL技术的业务和应用。因此，DSL Forum对终端管理的研究非常具体透彻，它从宽带接入技术入手，制订了多种基于宽带接入的终端管理相关标准，并关注应用层的终端管理和业务管理，其中就包括IPTV的终端管理。
　　DSL Forum的终端管理模型如图2所示，它确定了BOSS、ACS、DSLAM、家庭网关、终端设备的整体模型，被业界广泛引用。

图2 DSL Forum终端管理结构

 
　　DSL Forum制订了TR069等标准对终端管理技术做出了规定。其中TR069规定了ACS与终端之间的管理协议，基于TCP/IP，规定了多个RPC Method用于管理应用;TR111[3]规定了应用TR069进行远程管理的方法，并给出了设备和网关采用DHCP关联方式和穿越NAT网关进行管理的方式;TR106[5]规定了终端设备的TR069典型数据模型;正在制订中的WT135规定了STB的TR069典型数据模型，确定STB至少包括SP信息、观众状态、VoD三部分应用信息，并详细描述了视/音频业务能力相关的数据参数。

　　(2)HGI  
　　HGI(home gateway initiative)成立于2004年，由多个运营商主导，主要通过研究家庭网关来拓展家庭宽带通信业务和市场。HGI对终端管理的研究继承了DSL Forum的参考模型，加入了服务提供商，形成了服务提供商、BOSS、ACS、家庭网关、终端的整体管理架构(如图3所示)，并着重研究RMS/ACS与HG之间接口、HG与ED之间接口[6]。

 

图3 HGI终端管理结构
HGI规定的技术实现方式特点是，在架构和远程管理协议方面全面采用DSL Forum技术体制，同时对家庭网关的功能进行了额外的规定，增加了本地管理的使用场景，并定义该接口在本地采用HTTP+HTML方式，远程采用DSL Forum规定的方式(如图4所示)。 
 
 

图4 HGI终端管理功能分布

 
　　(3)ATIS IIF
　　ATIS在2005年10月成立了IPTV合作论坛(IIF)对新IPTV技术进行探讨，ATIS IIF已经对IPTV的需求、架构、终端做出了详细的规定。在终端管理方面，ATIS IIF同样定义了终端管理应用层需求和管理架构[7](如图5所示)，它建议基于TR069协议进行IPTV客户端设备的管理，同时也要求业务层、家庭网关进行终端管理协议的转译，以兼容其他协议的设备。

图5 ATIS终端管理结构

　　(4)CEA
　　CEA(消费电子协会)是互联网界最强大的终端定义组织之一，但是CEA对终端管理并不热心，它规定了终端管理的简要说明，要求至少能覆盖HG错误、网络错误、故障诊断等功能，并不打算做进一步的研究。  
　　(5)ITU-T  
　　ITU-T的FG IPTV(IPTV焦点组)目前已经完成了IPTV终端管理功能需求性的定义，已经进入到IPTV GSI(IPTV全球标准举措)阶段。FG IPTV基本采用了HGI的终端管理和家庭网络的架构，这里就不再赘述。
　　(6)CCSA  
　　CCSA(中国通信标准化协会)主要根据中国IPTV业务的发展情况，对IPTV终端管理的研究主要基于CCSA IPTV特别任务组所定义的IPTV行业标准总体架构，规范了终端管理平台功能和相关接口的应用层要求，终端侧相关功能未作规定，同时给出了IPTV终端管理中系统和业务配置、软件升级、监测、故障诊断等的具体流程，目前已进入报批阶段。 
　　尽管目前已有多个组织对IPTV终端管理技术进行了研究，但IPTV终端管理却是IPTV整体技术架构中发展较为缓慢的一部分，在实践中仍存在着很多问题需要进一步论证并解决。
 
　　4.1　管理协议问题 
　　IPTV终端管理究竟采用何种协议，目前业界主要有两种观点，一种是直接沿用在网管领域很成功的简单网络管理协议(SNMP)，另外一种则是采用DSL Forum定义的TR069。
　　SNMP发源于互联网设备管理，采用UDP协议承载。其优点是：简单灵活、易于开发使用，并且由于其发展周期较长，可在各种智能较低、非传统设备上运行，但是其缺点是过于死板，效率低，无法有效支持变化多端的设备和业务，同时大规模组网时存在障碍，比如传送不可靠、响应不可控、安全性较低等。
　　TR069是为终端管理定制的协议，采用TCP协议承载。其优点是：面向设备、面向业务支持能力高，有完整的设备、业务数据模型;定义了完整的发现、通知方法以及与家庭网关的协作方式，智能性高，传输效率和可扩展性也较高，但是由于其协议的复杂性，也存在一定缺点，比如实现难度较大，智能化要求较高，对终端增加了要求，无法在所有终端中应用。同时，TR069数据模型并未提供IPTV业务运营方最关心的业务质量等关键信息，因此必须在具体实施中根据需要进行扩展。
 
　　4.2　IPTV终端功能问题
　　从目前的终端发展趋势来看，实现越来越复杂的业务功能已经成为一个必然，因此对于终端智能化程度和业务能力的要求也在不断地提高，然而对IPTV终端的管理功能，要求高优先级、高可用性、高有效性，要求管理内容复杂，如业务、应用、网络、故障，终端的管理要求和业务复杂性形成了一对矛盾。
　　由于系统和业务配置、终端软件升级的要求，必须对IPTV终端的软件系统和业务软件进行一个合理的划分，这对终端软件开发和IPTV业务开发提出了新的要求，同时，IPTV终端系统和功能，仍缺乏有效的规范和标准指导。
 
　　4.3　安全性问题
　　由于IPTV终端管理的高优先级、配置和诊断等特殊功能，因此终端管理必须具备很高的安全性保障。而终端管理系统由于终端规模巨大，导致必须分层组网，为保证系统性能、支持大规模升级，必须简化交互过程、降低协议复杂度，以减轻系统负担，同时IPTV使用基于互联网技术的IP网络，终端具备很高智能和复杂性，对安全性的保障，如使用安全协议、加密算法等业务安全措施，势必造成管理协议复杂度的进一步提高，如何在降低负担与安全保障之间寻找平衡点一直是IPTV终端管理的难题。
 
　　4.4　中间件问题
　　IPTV终端管理的中间件技术是一个饱受争议的话题。中间件技术在IPTV中，尤其是终端侧，应用广泛，IPTV中间件也具备了部分终端管理的功能，但是对于完整的终端功能和过程，中间件仍然存在较大的问题，依赖于中间件研究和规范的进展。
 
　　5.结束语
　　IPTV终端管理是IPTV业务系统中不可缺少的一部分，对IPTV终端管理技术的研究也在不断深入。随着IPTV业务的迅速发展和用户规模的不断扩大。对IPTV终端管理技术也提出了新的要求，后续对于IPTV终端管理技术的研究，将面向实际的部署和实施，包括安全性、大规模组网、业务配置等方面。