基于网络视讯框架的下一代IPTV

引言

    IP多媒体子系统（IMS）作为下一代网络（NGN）标准架构下的多媒体子系统，为固定软交换网与移动软交换网提供了融合的体系架构，是未来FMC的理想架构之一。而IPTV业务集语音、视频和数据业务为一体，能够根据用户需要提供诸如视频点播、时移电视和网络录像以及互动视频业务，有很好的发展前景。

    基于IMS/NGN网络开展IPTV业务是近年来业界关注的焦点课题。ITU-T IPTV-GSI、ETSI TISPAN和Open IPTV Forum等国际标准组织对IMS based IPTV的业务、需求与架构等方面做了深入的研究，且取得了相当的研究成果。从目前IPTV标准的体系架构来看，基本上可以分为两大流派，一是自成一体的IPTV体系架构，二是结合下一代网络（NGN）体系的NGN-based IPTV体系架构，对于基于NGN的IPTV架构，又根据是否重用IMS相关功能部件而分成基于IMS的IPTV架构（简称IMS based IPTV）和非基于IMS的IPTV架构。

    中兴通讯不仅积极参与标准组织的研究活动，而且结合自有的IMS解决方案和IPTV解决方案的特点，深入研究了基于网络视讯框架的移动网络、宽带网络和IMS/NGN网络相融合的下一代IPTV架构。

    限于篇幅，本文仅对ETSI TISPAN（以下简称TISPAN）的IMS based IPTV架构予以介绍，以使读者窥豹一斑。

    TISPANIMSbasedIPTV架构

    TISPAN的IMS based IPTV架构至少支持四种业务形式，分别是点播业务（Content on Demand，简称CoD）、直播业务（Broadcast，简称BC）、个人网络录像业务（Network Personal Video Recorder，简称N-PVR）和呈现业务（Presence）。其中针对直播业务，TISPAN明确要求支持Trick Play模式的时移电视（Time-Shift TV）功能。

    TISPAN根据功能属性把IMS based IPTV架构划分为四个域，分别是用户终端域（UE）、应用与IPTV业务功能（Application and IPTV Service Functions）、媒体传送、分发和存储功能（Media Delivery，Distribution and Storing）、传送功能（Transport Functions）和IMS核心网（Core IMS）。

    用户终端（UE）：作为IMS终端注册到IMS网络，与IPTV部件业务交互，接收来自承载网的媒体数据，展现给用户。

    应用与IPTV业务功能（ApplicationandIPTVService Functions）为包括IPTV业务在内的各种业务和应用提供相应的支持功能，同时为IPTV业务和应用提供相应的能力，如业务发现、业务选择和重定向等。

    媒体分发、发布和存储（MediaDelivery，DistributionandStoring），能接收和保存从内容提供商进入到IPTV系统中的直播信息和媒体流，主要提供媒体处理、分发、存储和发布功能，所有的功能在IPTV业务以及相关的控制之下完成。

    传送功能（TransportFunctions）包含了NASS和RACS，负责网络附着、资源预留与控制，以及接入网和承载网的功能。

    IMS核心网（CoreIMS）提供鉴权、授权，以及和业务提供和内容分发相关的信令处理。它负责将信令消息路由到相应的应用服务器，或根据UPSF中信息执行业务触发，同时和RACS（资源接纳控制子系统）进行交互完成资源预留和接纳控制。

    下一代IPTV

    中兴通讯网络视讯框架是基于IMS理念，提供统一系统平台，支持机顶盒、PC机、智能终端等多种终端接入，融合了IPTV、视频会议、视频监控和可视电话等多种多媒体增值业务，配合运营商向综合信息服务提供商转型的端到端、全业务多媒体运营解决方案，也是促进宽带网络向IMS All IP Network业务体系演进的整体解决方案。

    基于网络视讯框架的下一代IPTV架构坚持业务与网络、信令与媒体相分离的设计思想，以IMS为交换核心网，以APP应用服务器为业务引擎，以CDN为媒体分发网络，兼容移动网络、宽带网络和IMS/NGN网络，支持IPTV机顶盒、PC、智能终端，乃至3G终端（包含CS、PS域）等多样化的类型终端，从而提供网络电视、视频点播、信息服务、PVR、TSTV、游戏、视频通信等内容丰富且无所不在的IPTV业务。

    系统架构

    下一代IPTV架构按功能属性总体上划分为UE、IPTV运营与支撑子系统、IPTV业务与控制子系统、CDN内容分发网络、IMS核心网和IP承载网五个子系统，如图1。

UE有三种类型，一是传统的IPTV机顶盒，只支持与各厂家自有的IPTV平台接口；二是内置有IMS客户端软件的新型IPTV机顶盒，支持标准的IMSbasedIPTV的SIP接口，经IMS核心网，与下一代IPTV平台接口；三是具有SIP通信功能的各种类型的智能终端，与下一代IPTV平台接口，实现多样化的融合业务。
IP承载网包括网络附着子系统（NASS）和资源控制子系统（RACS），在业务平台和终端间转发控制信令和媒体数据，负责网络层面的资源控制、资源预留和QoS保证等功能。

    IMS核心网由P/S/I-CSCF和MGCF/MGW等部件组成，支持IMS终端的接入、注册、认证与鉴权和业务触发功能，并负责与传统网络互通。

    IPTV业务与控制子系统是下一代IPTV架构的核心，DNS/DHCP负责IPTV的业务发现，EPG负责IPTV的业务选择，IPTVAS负责IPTV业务的认证与逻辑控制。

    IPTV运营与支撑子系统除了提供计费和营账功能外，还为SP提供各种融合业务和第三方增值业务的接口。

    CDN内容分发网络在IPTVAS的控制下，完成媒体流的控制与传送功能。媒体调度器负责在不同的CDN节点间的内容分发与调度，媒体服务器集群负责本地CDN节点内部不同媒体单元的负载均衡、内容分发与调度和媒体流传送，媒体单元已单播或组播的形式传送媒体流到UE。

    网络结构

    下一代IPTV网络按垂直关系分为业务层、控制层、承载层和接入层，如图2。各层次间彼此接口，实现信令转发和媒体流传送，具体功能如下：

接入层把各种类型的用户终端接入到IMS核心网。对于LAN/WLAN网络，接入的终端有PC、WiFi无线终端、SIP终端、视频会议终端和IPTV机顶盒；对于2G/3G移动网络，可接入的终端有2G或3G移动终端；对于PSTN电话网，接入终端指普通电话。

    承载层在业务平台和终端间转发控制信令和媒体数据，负责网络层面的资源控制、资源预留和QoS保证等功能。

    控制层即IMS核心网，包括P/I/S-CSCF、HSS和MGCF/MGW。P/I/S-CSCF是IMS的核心部件，负责接入、认证与鉴权和业务触发等，HSS保留IMS用户数据，MGCF/MGW负责与传统网络互通。

    业务层是多业务平台的一体化表现形式，除了提供IPTV和视频会议等视频业务外，与IMS网络配合，扩展提供即时消息和呈现等互动业务。IPTV应用服务器、EPG和CDN组成IPTV平台，与视频会议、IM和Presence等业务平台配合，实现传统IPTV业务和多样化的融合业务。

    生命周期

    基于网络视讯框架的下一代IPTV的业务流程具有完整的生命周期，其生命周期始于UE开机阶段，活跃于业务使用阶段，终止于UE关机阶段，如图3。其细分的业务流程包含以下6个子阶段：

① UE开机。

    ② UE自启动，包括IMS网络注册、业务发现和业务附着三个子阶段。其中业务发现是业务选择的入口，业务附着方式有Push和Pull两种模式。

    ③ 业务选择，是用户浏览IPTV业务信息，选择IPTV业务的过程。

    ④ 业务使用，用户通过业务选择流程选中某个具体的IPTV业务形式，这些业务形式至少包括VoD、Live、N-PVR和Presence，且这些业务形式是绝对的并列关系。

    ⑤ UE关机，包括IPTV业务脱离和IMS网络注销两个步骤。

    ⑥ UE断电。

    业务模式

    在下一代IPTV网络中，IPTV业务的开展表现为三种业务模式：一是传统的IPTV业务，提供网络电视、VoD和时移电视等基本IPTV业务；二是移动IPTV业务，用户在移动状态下，使用与固网IPTV业务相同或类似的移动流媒体业务；三是融合的IPTV业务，在继承传统IPTV业务的基础上，以IMS网络为核心交换网，IPTV平台与其他业务平台相互配合，实现业务层面的互通，实现视频共享、即时消息和呈现等满足用户多样化需求的融合业务。

    对于传统IPTV业务模式，针对现网已存在的不具备IMS网络接入能力的IPTV机顶盒，他们经Internet或宽带IP网络直接与IPTV平台交互，从EPG取得IPTV业务信息，接受IPTV应用服务器的业务控制，接收来自CDN的媒体流。

    对于移动IPTV业务模式，针对已定购为IPTV业务的移动终端，他们经2G或3G移动网络经宽带网络或IMS网络与IPTV平台交互，与IPTV机顶盒同步接收媒体流，实现媒体流在移动网络和固网的共享与无缝切换。

    对于融合IPTV业务模式，针对已具备IMS网络接入能力的IPTV机顶盒，集语音、视频和数据于一体，不但具有IPTV业务的媒体播放能力，而且具备可视电话和视频会议等通信能力。他们经P-CSCF注册到IMS核心网，接受IMS的接入、控制和认证管理，经S-CSCF与IPTV平台的IPTV应用服务器交互，实现IPTV业务，同时与其他业务平台的应用服务器进行交互，实现IPTV机顶盒与多种通信终端互通。

    设计理念

    兼容现网，平滑演进，遵循国际标准，开放的下一代IPTV架构

    中兴通讯下一代IPTV研发团队多年来一直积极参与国际IPTV技术研究活动，深入研究了ITU-TIPTV-GSI、ETSITISPAN和OpenIPTV Forum等国际标准组织的技术规范，提炼精华，摈弃不足，设计了独有的兼容现有网络、平滑演进、遵循国际标准、适应未来通信生态环境的开放的下一代 IPTV架构。

    中兴通讯下一代IPTV的设计目标是充分发挥自有IMS解决方案和IPTV解决方案的优势，支持传统IPTV系统向IMS网络的平滑演进；以IMS为核心交换网，与通信网充分融合，建设开放的下一代IPTV网络；以SIP协议作为核心通信协议，与平行通信业务平台无缝连接，建设充分融合的业务平台；以IPTV业务为中心，融合平行通信业务，满足多层次多样化的用户需求。

    全系统，端到端的解决方案，破解运营商多网络融合迷题

中兴通讯下一代IPTV解决方案是一个包括核心控制网络、多媒体业务平台、综合用户数据库系统、综合接入网络、多媒体固定和移动终端在内的全系统、端到端的一站式解决方案。横向跨移动网络、宽带互联网络和IMS/NGN网络，纵向贯通接入层、承载层、控制层和业务层。多样化的终端支持能力和丰富的接入手段能全面覆盖各种用户群体。

    丰富的融合业务形式，满足未来用户的多样化业务需求

    在保留传统IPTV的直播、点播、时移电视、电视回看、轮播视频、个人电视录播等TV视音频业务的基础上，中兴通讯下一代IPTV业务的发展方向是向纵深地带细分业务，向融合地带拓展业务。用户使用IPTV业务的场景不再局限于家庭娱乐，通过移动终端与IPTV机顶盒经IMS网络与IPTV业务平台及相关通信平台的紧密融合，IPTV业务将无处不在。如，可使用移动终端定购IPTV节目，移动终端可与IPTV机顶盒同步接收媒体内容，可在移动终端和IPTV机顶盒间无缝切换，可使用IPTV机顶盒进行可视电话或视频会议，等等。

    结束语

    中兴通讯将长期致力于下一代IPTV架构的研究，未来将进一步探索IPTV与IMS的深度融合，化IPTV系统于无形，提炼IPTV为纯粹的业务模型，使之成为未来通信生态环境的重要组成部分。