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浅析有线电视网、IP网和是电信网互连的几个关键技术

2/14/2005来源:视频通信人气:12369

浅析有线电视网、ip网和是电信网互连的几个关键技术 [提要] 本文对有线电视网、 IP网和电信网互连的几个关键技术进行了分析和研究。 [关键词] 有线电视网 电信网 IP网 互连 1引言 现在我们正处在一个快速变化的时代,信息革命的序幕已经拉开。21世纪是高度 信息化社会,加快推进信息化是世界各国普遍关注的焦点。由于数字技术和压缩技术 的发展,不管是广播电视,还是通信、数据信息的数字化均以“ 0”、“ 1”为基本 单元,形成“0”和“1”符号的比特流。通信的现代传输手段是光纤、卫星、数字微 波,加上地面无线广播电视发射等。因此,广播电视、通信和计算机业这些目前相互 分离的技术融为一体,使这些业务互相渗透、融合、会聚,不但具有理论基础,而且 也具备一些物质条件。 虽然当今各国的通信业、广播电视业和计算机业都已自成很大规模,“三网合一” 的呼声颇高,但至今没有一个国家真正得以实行,主要是因为目前各网的特点及互连 存在的一些问题。有线电视网具有频带宽、容量大、普及面广等特点,已成为信息高 速公路的非常富有潜力的组成部分,但其双向传输和地址选择功能尚未开发等。IP网 采用路由器的方式进行交换连接,在路由器中对地址信息进行识别,它具备智能的功 能,能够自动寻找最佳的路径,将信息送到对方,但随着网络现模的扩大,拓扑复杂 性的增加以及接入网络数和用户数呈指数地迅速增长,IP网的各种应用特别是实时多 媒体应用的需求,使得具有TCP/IP体系结构的因特网本身面临重大的挑战,视频或音 频等实时应用尚未建立QoS的保证机制,而仅提供“最佳效果”服务,另外网络信道带 宽不够,容易造成网络的拥塞,信息传输的实时性比较差。电信网则采用线路交换和 程控交换技术,其信息传输实时性比较好,且电信网覆盖面广,但用户级信息传输线 路一般采用电缆,其带宽窄。 总之,这三个网都有各自的优点和缺点,但它们的进取目标是完全一致,即建成 数字化、宽带化、智能化、个人化、综合化和多媒体化的综合业务信息网络。通信、 计算机和图像传输技术日趋融合,使三网合一在技术上成为可能。但三网合一并不是 简单地连接,而有许多关键问题需要解决。以下对三网互连的几个关键问题进行分析 和研究。 2 IP技术解决有线电视网地址选择问题 交互式可视通信已成为数字压缩技术和宽带传输技术发展的重要推动因素。目前, 人们已在关心“三网合一”,在这个融合过程中,视频通信将是极其重要的市场驱动 力,人们梦想的是:通过网络随时、随地、自由地进行可视电话通信,通过网络收看/ 点播全球任何地方的电视节目。因此对于有线电视网必须解决双向传输和地址选择问 题。利用HFC网可解决有线电视的双向传输问题,但解决地址选择必须利用IP多播技术。 象电话机的电话号码一样,在互连网上的主机用户有一个世界唯一的网络地址, 该地址被称作主机的IP地址。IP地址对路由器、主机等机器来讲非常方便,这种情况 属于点对点传播,在发送方和每一接收方需要一单独的数据通道,从一台服务器送出 的每一个数据也只能传送给一个客户机,但对于电视信息来说,可能有许多用户希望 顺路获得这个数据包的信息,这样可减小信道中的数据量和服务器的响应时间,解决 办法采用IP多播技术,构建一种具有多播能力的网络,允许路由器一次将数据包复制 到多个通道上。多播发送方只要发送一个信息包而不是很多个,所有目的地同时收到 同一信息包,更及时,更同步,可以把信息发送到任意不知名目的地,减少网络上传 输的信息句的总景,这种方法对有线电视具有独特优点。具体实现方法可采用:按不 同应用项目进行分组,小组成员家多播服务器(一般是路由器)进行注册登记,用户 主机发出请示,提出具体多播地址,这样可解决广播给谁的问题。 IP协议参考模型为6层模型,如图1所示。其各个协议层的功能如下:物理层完成 信息传输数据链路层完成数据成帧及数据帧的传送;IP层协议主要说明跨过Internet 的数据包格式及数据包转发到目的地的机制;传送层(TCP,UDP等)用于数据的可靠 传送;应用层主要支持用户的各种应用。 顺应三网合一的发展,传统的会议电视等视频系统必将进入重要的转型阶段:交 互可视通信所依附的传输网络基础,由电路交换式的ISDN和专线网络向分组交换式的 IP网过渡;基于H. 323的IP视频通信将成为人们关注的热点。需解决以下几个方面的 问题: (l)解决收取哪个广播的方法。因为有时在同一网络中有多个多播,每个广播选 择国际规定的特定地址(多播的IP地址),为了接收数据包,用户工作站上的应用要 申请与特定多播关联的多播主组会员资格,这种申请传送到用户的局域网路由器。接 收工作站的网络接口卡开始“侦听”与新多播组地址关联的数据链路层地址。广域网 络路由器把请求进入的多播数据包送往局域网络路由器,局域网络路由器把主组地址 变换成与它相关的数据链路层地址,并用这个地址建立报文,接收链路的网络接口卡 和网络驱动程序侦听这个地址,把多播地址传向 TCP/IP协议堆栈,从而使数据适合用 户的应用。 (2)解决如何广播问题。要解决多播路由以启动网络,对于路由器网,可利用传 统的路由协议,选择路由;要建立多播组,明确接收者;要建立多播树,由与IP路由 协议无关的多播协议构建多播树;进行数据复制,多播树分叉处书点对转发的多播包 进行拷贝和分流。 3 ATM技术和IP技术结合为互连网开辟了广阔的前景 三网互连后将是话音、图像和数据为一体的多媒体信息传输。这些对网络在带宽、 灵活性、网络资源利用率以及为多种协议提供通用的子网基础设施的能力上提出了更 高的要求。而目前传统的共享式网络存在以下几个方面的问题:带宽瓶颈;网络系统 中存在时延;不能解决网络的全方位管理。随着信息技术的发展,人们提出了在同一 通信网络内既容纳非实时的数据业务,又容纳实时性的电话和电视业务的要求。显然, 传统的电路交换和帧交换(分组交换和帧中继)都不能满足这种要求,为此人们开发 了异步转移模式(ATM)。从实质上看,ATM是一种快速分组交换技术,是一种面向分 组的转移模式,具有电路交换和分组交换的双重性,它使用异步时分复用技术,将信 息流分割成固定长度的信元,由于使用了统一的信息单位,因而能够比较容易地实现 各种信息混合在一起的多媒体通信,并能根据业务类型和速率的需要动态地分配有效 容量。在网络运行过程中,ATM能根据需要改变传送速率,按照统计复用的原理进行传 输和变换。所以ATM完全可以灵活有效地支持从窄带的语音、数据传输到高清晰度电视 等。 ATM技术已被ITU-T确定为传输语音、数据、电视及多媒体信息的新工具,是未来 宽带综合业务数字网(B-ISDN)的基础和核心。如图2所示,其各个协议层的功能如 下:物理层完成信息传输;ATM层负责交换、选路由和信元复用;适配层将各种业务的 信息配成ATM信元流;用户层的主要功能是支持各种用户服务。自ITU-T提出ATM作为 B-ISDN的核心以来,ATM就得以迅速发展,提供了多速率接口及高速率接口。广域网 (WAN)和局域网(LAN)将在ATM上统一起来,如何有效地将其互连,共管理高速、高 性能的ATM网络已成为迫切需要解决的问题。 ATM和IP技术有各自的发展原因和技术特点,它们有显著不同。 3.1 IATM与IP技术结合 ATM和IP技术都有良好的发展前途,但它们在发展过程中都遇到了不少问题。ATM 的用产业务(如多媒体会议电视等)由于价格昂贵,难以得到普及推广;而IP技术在 发展过程中遇到了路由器瓶颈、服务质量难以保证等问题。如果把这两项技术结合起 来,利用 ATM网络为IP用户提供高速直达数据链路,既可以使ATM网络充分利用本身的 资源,发展ATM上的IP用户业务,又可解决IP网络发展中遇到的瓶颈问题,推动IP业务 的进一步发展,使这两种技术的潜力充分发挥出来。 ATM与IP互连的难点在于,前者是面向连接的技术,后者是面向无互连的技术,各 自都有其信令、寻址、路由规程。为此,ATM定义了局域网仿真(LANE)和ATM多协议 规范(MPOA),Internet工作小组(IETF)定义了IPOA。IETF正在考虑 IP交换和Tag 交换标准化进程,并正指定多协议标准交换(MPLS)标准。这些规范或标准从协议关 系上可分为叠加模式(LANE、IPOA、MPOA)和集成模式( IP Switching、Tag SWitch、 MPLS)。 叠加模式是指IP协议由IP路由器实现,ATM路由协议由ATM网络实现。ATM网上的终 端系统需要两套地址,即ATM地址和IP地址。IP数据包在ATM网络中传输时,必须经过 地址解析才能完成寻址,各种标准化较为完善,但效率较低。 集成模式是指IP协议和ATM协议集成在一起,使ATM交换机与IP路由器合二为一,仅 使用IP地址,不需要地址解析,简化了ATM路由选择过程。 3.2 ATM与IP互连技术 (1)IPOA技术 IETF在 RFC1483和RFC1577两个文件中描述了IPOA规范,其基本思想继承了TCP/IP 协议,仅把ATM网络看成是一种异型子网,与现存的以太网、令牌网地位相同。IPOA仅 支持IP协议,只适合使用IP协议的互连网和局域网。IPOA引入逻辑子网LIS概念,由连 接到 ATM网上的主机、路由器集合组成一个逻辑子网,每一个LIS中有一个地址解析服 务器(ARP Server),负责IP地址和ATM地址映射。在一个LIS内,当某一主机向另一被 叫主机发送IP数据包时,由于主叫方仅知道被叫方的IP地址,不知道ATM地址,因此, 需要ARP服务器上查找ATM地址。在两个LIS内的主机通信时,必须使用中间路由器。 (2) ATM局域网仿真(LANE) 在ATM局域网仿真中,原局域网终端的硬件、软件及原有网络的数据链路层及更高 层的协议不需要改变。ATM作为骨干网将现有的LAN连接起来,实现高速、高效的数据通 信。LANE工作于客户/服务器方式。每个ELAN(仿真局域网)中都存在一套客户服务器 结构,ELAN之间需采用传统的路由器相连。因此,存在着与IPOA类似的时延、处理能力 等问题。 (3) ATM上的多协议规范(MPOA) MPOA是 ATM开发的一种新型规范。它集成LANE、IPOA、下一跳解析协议(NHRP)和 IETF的广播地址解析服务等多项技术,能支持多种网络协议,直接把网络层地址映射为 ATM地址。它引入虚拟路由器的概念,使主机之间和建立起直接的ATM虚电路,解决了 LANE和IPOA路由器瓶颈问题,实现下述3个基本功能:①网管人员可以建立跨越路由边 界的虚拟子网;②IP或其它协议可以在ATM上运行;③允许应用程序使用 ATM服务质量 参数。 在MPOA中,相同或不同子网和边缘设备,只要符合MPOA规范都可以和另一台设备在 ATM交换口建立直接连接。数据包在直接连接上传输,不必经过多个路由器一跳一跳地转 接,减少了端到瑞之间的延时,数据传输是通过将网络层IP、IPX直接映射到ATM,这样 能够充分体现ATM体系QoS功能对时间敏感的流量控制。 (4)IP交换(IPSwitching) IP交换是IPSILON公司提出的ATM网络上传送IP分组的技术,其核心是IP交换机。IP 交换机由ATM交换机和IP交换控制器组成。IP交换控制器又分为路由软件和控制软件两部 分。ATM交换机和IP交换控制器之间采用RFC1987通用交换机管理协议(GSMP), IP交换 机之间采用RFC1953 Ipsilon流管理协议(IFMP)。 总之,ATM和IP都是当今最热门的技术之一,是建立三网互连的关键。ATM解决了信 息高速、高质量的传输问题,IP解决了网络互通问题,只有将二者融合、互补,充分发 挥其优势,真正的信息高速公路才能成为现实。 4 利用H.323标准 全面解决视频网络 4.1 H.323协议 H.323属于ITU多媒体通信协议系列H.32x(提供基于分组网的话音、视频、数据和控 制等协议)。H.323支持点对通信及在MCU(多点控制单元)支持下的点对多点通信协议。 H.323作为一个协议框架,提供了系统及组成部分描述、呼叫方式描述以及呼叫信令程序。 H.323相关的协议包括H.263、H.261视频编码标准和G.711、G.723、G.722、G.728音频编 码标准,T.12O多点数据会议系列标准,H.225.O分组和同步标准,H.245系统控制标准等。 4.2 H.323系统构成 H.323的系统构成包括:H. 323终端、网关、网闸、多点控制单元(MCU)。 4.3 利用H.323标准解决视频网络方案 目前人们已不再满足网络简单的数据交互应用,而希望能实现数据、话音、图像的 双向交流,因此利用现有的基础设备,并利用网关和路由器技术,将视频会议系统、电 信网、有线电视网以及IP网互链,将网络延伸到全球,已成为人们关注的焦点,由于H.323 标准出台,提供了视频网络解决方案。这种方案能充分利用多样化网络环境,构建多媒 体互连网,其可提供的业务包括:管理信息服务、视频会议、视频点播、视频广播、多 媒体呼叫等方面。视频会议、视频广播和视频监控是三网互连后信息传输的关键问题, 一方面数据量大,另一方面要求实时性高。 5 未来三网合一的结构 未来三网合一的结构如图3所示。 6结束语 有线电视网、IP网和电信网互连将是未来网络发展的必然趋势,要真正实现互连, 还有许多方面的问题需要解决。以上只是对互连的几个关键技术进行了分析和研究。