网络电视IPTV技术在合肥地区通信网中的应用毕业论文.docx

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网络电视IPTV技术在合肥地区通信网中的应用毕业论文

毕业论文

网络电视（IPTV）技术在合肥地区通信网中的应用

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

目录

摘要2

Abstract2

第一章引言3

1.1选题背景与意义3

1.2国内外发展现状4

1.3研究思路及方法5

1.4主要内容和结构5

第二章IPTV的相关技术及架构分析6

2.1相关技术分析6

2.1.1组播技术6

2.1.2流媒体技术6

2.2架构分析7

2.2.1运营支撑层7

2.2.2业务应用层8

2.2.3数据承载层9

2.2.4用户终端层11

第三章用户业务需求分析13

（1）视频类服务13

（2）通信类服务14

（3）信息类服务14

（4）增值类服务14

第四章系统具体设计方案14

4.1网络结构设计14

4.2数据采集方案15

4.3数据传输模式17

4.4数据流量计算18

4.5IP地址分配19

4.6鉴权认证方式20

4.7网络安全措施21

4.7.1网络安全风险21

4.7.2IPTV安全保障分析22

4.8系统性能分析23

第五章结论及展望25

5.1结论25

5.2展望25

参考文献25

致谢27

摘要

IPTV目前还处于初级阶段，通过IPTV平台，能为用户提供丰富的、个性化的视频节目以及其它多种增值业务，从而刺激家庭宽带接入业务提升，扩大用户范围。

参与IPTV的有网络运营商，各大传统媒体，家电生产商，网络游戏公司等，可以说这块蛋糕具有诱人的利润，吸引众人的目光，IPTV的前景是乐观的。

对于将来如何健康有序地发展，受到广泛的关注。

本文结合IPTV当前的实际情况和##地区通信网固网综合优势，制定##地区的IPTV发展战略，有利于指导公司选择适当的技术标准和实施方案，最终实现IPTV在的顺利商用。

关键词：

IPTV，网络电视，通信网

Abstract

IPTVisstillinitsearlystages,throughtheIPTVplatform,abletoprovideuserswithrich,personalizedvideoprogramsaswellasmanyothervalue-addedservices,therebystimulatingdomesticbroadbandaccessservicestoenhanceandexpandtherangeofusers.AreinvolvedinIPTVnetworkoperators,majortraditionalmedia,homeappliancemanufacturers,onlinegamescompanies,canbesaidthatthiscakehastheattractiveprofits,attractingeveryone'sattention,it’sprospectsareoptimistic.

Inthispaper,thecurrentsituationIPTVandHefeithecomprehensiveadvantagesoffixedcommunicationnetworkareatodevelopIPTVHefeiregiondevelopmentstrategywillhelpguidethecompanyselecttheappropriatetechnicalstandardsandimplementationofprograms,andultimatelythesuccessfulcommercialIPTV.

Keywords:

IPTV,InternetTV,communicationnetwork

第一章引言

1.1选题背景与意义

“理解未来电视的关键，是不再把电视当电视看。

从比特的角度来思考电视才能给他带来最大收益。

”十年前，尼葛洛庞帝这样预测未来电视。

时至今日，当互联网在日新月异地发展，电视与电脑之间的界限开始慢慢模糊了，有专家预测，电视将成为具有通讯、互联网、电视功能的综合数字化家庭终端，电信网、计算机网、广电网三网融合有了一些新迹象，流传在电视这种接收终端里的物质，变成了比特，这在一定程度上成了尼氏的预言的注解。

IPTV即交互式网络电视，是一种利用宽带有线电视网，集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。

用户在家中可以有两种方式享受IPTV服务：

（1）网络+计算机，

（2）IP顶盒十普通电视机。

它能够很好地适应当今网络飞速发展的趋势，充分有效地利用网络资源。

今天，当广电系统在紧锣密鼓地做着数字电视时，电信运营商也开始推广起了IPTV。

IPTV扩展了“看电视”的概念，“看电视”已经不再是原来意义上的被动的观看，观众可以互动地选择和控制收视内容，享受新的体验，得到个性化的服务。

此外，服务提供商还可以提供电视播放范围以外的服务，例如信息浏览、时频电话、网络游戏和远程教学等，进而实现家庭购物、远程医疗、电视教育、电子函件、旅游指南、订票预约、股票交易等服务，极大的提高和改善生活质量和工作效率.IPTV系统是以IP网络作为传输媒介，以LiveTV和VOD为基础业务并以机顶盒＋电视机为接收终端的电视系统。

与传统的通过无线或同轴电缆播出的电视节目不同，IPTV系统通过宽带IP网络直接向顾客提供高质量的电视节目和视频内容。

运营商可以在传统电视节目播出的基础上，进行业务扩展，提供多种新兴增值服务，比如时移电视，使用户收看现场直播体育节目的同时，随时可以回溯过去的精彩瞬间，也可以随时暂停一段时间后，继续收看。

IPTV为极力摆脱对话音业务高度依赖的运营商提供了一个上佳的增值业务平台，借IPTV之力，运营商可以探索开展增值服务并积累经验，为今后开展更加丰富的增值业务奠定基础.同时IPTV也被视为扭转客户业务分流局面的关键业务。

此外，运营商还能够在IPTV的推进过程中完成对包括内容提供商在内的整个增值业务产业链的检验与整合。

1.2国内外发展现状

（1）国外IPTV发展情况

目前各运营商主要提供四类IPTV业务：

直播电视（LiveTV）、点播（VOD）、时移电视（TimeShiftedTV）、基于机顶盒的因特网浏览业务.1999年英国的VideoNetworks首先向用户提供IPTV服务起，此后国际运营商纷纷开展IPTV服务测试并推出相关服务。

2003年上半年，全球推出IPTV业务的运营商有30多家，而到了2004年9月，增加到了50多家，运营商的数量增长了66%以上。

到2005年底，全世界电信网已拥有约34亿用户，宽带接入用户超过1.6亿，其中IPTV用户有370万。

2007年底，欧洲IPTV用户有870万，到2008年底，欧洲IPTV用户已超1400万。

（2）国内IPTV发展情况

1999年，微软力推“维纳斯”计划，试图将中国庞大的电视机用户资源与互联网接轨，最后以失败告终。

2001年中国电信与新华社联手，成立了“上海新华电信网络电视公司”，但由于政策、技术等多种原因并未有很大影响力。

IPTV在我国真正的起步始于2004年。

2004年6月，长虹与微软签署了一份基于技术层面的战略合作协议，开始致力于IP电视的发展和研究；2004年6月，中央电视台开播了“央视网络电视”；2004年8月，继北京之后，央视网络电视又在上海落地，110多万上海电信宽带用户能在试验阶段免费上网收看中央电视台的网络电视节目。

2004年10月，中国电信集团互联网事业部号召组建了“IPTV联盟”，讨论5建立一个统一的网络电视企业标准，与此同时，中国电信在广东、江苏、上海3地正在准备IPTV的试用。

2004年下半年，中国网通在黑龙江、辽宁开通IPTV的商用测试系统，并且在北京等地升级一部分DSL带宽2M，结合2004年5月推出的“天天在线”推进视频宽带应用。

2005年4月，IPTV中国峰会召开；2005年4月，上海文广新闻传媒集团获国内首张信息网络视听内容集成运营牌照；2005年5月，新华社、中央人民广播电台、中国国际广播电台、北京人民广播电台等传统新闻媒体高调进军IPTV……目前，有许多地区的IPTV测试商用网络初步建成，向用户推出基于IPTV网络的VOD点播、电视直播、时移电视、信息浏览等业务。

1.3研究思路及方法

本文目的在于结合IPTV当前的实际情况和固网综合优势，制定合肥地区的IPTV发展战略，有利于指导公司选择适当的技术标准和实施方案，最终实现IPTV在的顺利商用。

本文理论分析与实证分析相结合。

对IPTV的构建需用科学理论作为指导，既要科学，又要合理，同时通过例证分析，说明其实用性。

本文思路：

从客户需求、业务需求这两个角度来分析IPTV的商业模式和运营模型→分析分公司的网络和业务现状，从技术角度分析IPTV的可行性→提出具体的运营模型。

1.4主要内容和结构

IPTV的出现将拉动宽带网络再次高速发展的一项关键应用。

通过IPTV平台，能为用户提供丰富的、个性化的视频节目以及其它多种增值业务，从而刺激家庭宽带接入业务提升，扩大用户范围，改变目前基本上靠出租带宽获得宽带业务收入的局面，有效提高ARPU值。

但在IPTV业务的推广过程中，必须首先做好市场分析，业务定位的工作，找出合理的运营模式，制定适合的市场策略，才能够真正的发挥出IPTV网络的巨大商业潜力。

本论文将以某地IPTV商用网络作为核心内容，详细论述它所涉及的关键技术和它的网络构建方案，并对它未来的优化改造和发展定位进行探讨。

第二章IPTV的相关技术及架构分析

2.1相关技术分析

2.1.1组播技术

在视频传输中，IP组播技术有其独特的优越性：

在组播网络中，即使用户数量成倍增长，主干带宽不需要随之增加，这样可以大大降低网络运营商的投资成本。

组播是一种允许一个或多个发送者（组播源）发送单一的数据包到多个接收者（一次的，同时的）的网络技术。

组播源把数据包发送到特定组播组，而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。

组播可以大大的节省网络带宽，因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。

组播组中的主机可以是在同一个物理网络，也可以来自小同的物理网络（如果有组播路由器的支持）。

2.1.2流媒体技术

流媒体技术就是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放上网站服务器，让用户一边下载一边观看、收听，而不要等整个压缩文件下载到自己的计算机上才可以观看的网络传输技术。

该技术先在使用者端的计算机上创建一个缓冲区，在播放前预先下一段数据作为缓冲，在网路实际连线速度小于播放所耗的速度时，播放程序就会取用一小段缓冲区内的数据，这样可以避免播放的中断，也使得播放品质得以保证。

显然，流媒体实现的关键技术就是流式传输，流式传输主要指将整个音频和视频及三维媒体等多媒体文件经过特定的压缩方式解析成一个个压缩包，由视频服务器向用户计算机顺序或实时传送。

在采用流式传输方式的系统中，用户不必像采用下载方式那样等到整个文件全部下载完毕，而是只需经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计算机上利用解压设备对压缩的多媒体文件解压后进行播放和观看。

此时多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。

与单纯的下载方式相比，这种对多媒体文件边下载边播入的流式传输方式不仅使启动延时大幅度地缩短，而且对系统缓存容量的需求也大大降低，极大地减少用户用在等待的时间。

2.2架构分析

2.2.1运营支撑层

运营支撑层位于用户的数据中心和网络管理中心，它是为业务运营和网络管理服务的，是运营商的业务管理和控制的核心平台，要适应不同的运营模式和管理风格；通常情况下，要考虑更多的业务模型和管理模型等方面，运营商一般还会提出很多定制性的要求。

一般把网络管理平台和运营支撑平台都纳入运营支撑层。

下面分别来介绍这两部分。

（1）OSS系统

OSS（运行支持系统）是一个为运营商进行节目管理、工作流管理、用户管理、计算及账务，以及用户自助服务的可伸缩且可扩展的业务支撑平台；它提供各种后台解决方案，如用户管理、业务管理、资费政策管理、销账处理、营收管理、结算分摊和数据分析等功能。

OSS系统主要包含如下四大部分。

1）媒体资产管理系统（MAM）

MAM与工作流系统结合在一起，提供视频媒体的数字化、分类和附加信息的输入，以及节目编制和节目分发等。

2）用户管理（SAM）

SAM支持各类业务，并且以实时的方式激活用户以享受不同的业务。

3）在线计费系统（OBS）

在线计费系统（OBS）的主要功能是实时或批量地对各种业务进行费用和优惠的处理及计算。

这些业务包括：

实时电视节目（LiveTV）、延时电视播放（TimeShiftTV）、视频点播（VOD）、实时话费或信用度业务、月结业务和按收看次数付费业务等。

OBS支持实时计费、多业务支撑和业务可扩展等功能。

4）用户自助服务系统（CSS）

CSS是提供给客户的自我服务的门户，即客户可通过Web、TVwithSTB、IVR交互式语音应答系统和短消息等多种方式的接入，直接进行某些业务的操作和信息的维护。

2.2.2业务应用层

主要的任务是对IPTV相关性服务进行控制。

一方面，保证合法用户可以通过正当的渠道得到相关的服务，对用户进认证和授权；另一方面，通过认证和授权措施来防止非法用户接入系统。

一般来说，服务支持层主要包括数字版权管理（DRM）系统、认证服务器和EPG服务器等组成。

DRM系统主要用于流媒体的数字版权管理；许可服务器主要用于License的分发；认证服务器主要用于用户的业务接入认证。

1）DRM系统

DRM是一个系统概念，它包含数字版权信息使用及受版权保护的数字媒体内容的管理和分发。

VOD节目资源和直播电视节目资源。

VOD节目资源对于系统来说，是相对静止的视频资源；而直播电视由于是以组播方式源源不断进行传递的流媒体资源，其版权管理是有很大区别的。

在IPTV系统中，版权管理是有多种模型的，这取决于系统开发者如何利用ERM规定来进行系统的搭建。

由于DRM本身涉及到整个媒体的引入和分发全过程，不仅仅指版权保护，同时也提供了数字媒体内容的传输、管理和发行等一套完整的解决方案。

2）认证服务系统

也就是通常所说的AAA服务器。

所谓AAA分别指Authentication（认证/鉴权）、Authorization（授权）和Accounting（计费），其主要任务就是对来自合法宽带用户发起的流媒体应用请求进行认证，通过认证，识别用户是否有使用的权限，同时对该用户进行授权，指明它可以使用的相关资源和对应的资费策略。

在用户进行点播以后，还要生成相应的账单信息，如果是预付费用户，就进行实时的扣费；如果是后付费用户，则只是将该服务相关信息（服务内容、开始时间、结束时间和流量等）记录下来，待到出账的时候进行账务处理。

认证服务器的目的是监控和记录，对于相应的账单信息，一般会送到运营支撑系统的Billing中。

认证服务器是运营支撑系统的数据采集单元和控制单元，它在进行授权时，需要从运营支撑系统中取得用户的数据，包括密码和权限等，只有和运营支撑系统一致的合法用户，才能通过开户或缴费等方式获得的权限，运营支撑系统也才会将相应的权限赋予该用户。

认证服务器是系统服务支持层的关键组件之一，它同运营支撑平台共同控制用户的权限等，和运营支撑平台之间的交互数据将十分频繁（每一次用户的业务接入都将进行多次的数据接入）。

考虑到用户量及其负荷的因素，一般系统要求认证服务器冗余，甚至可以支持分布式的认证。

当然，在实际的系统构建中，也可以将接入的认证和应用的认证合在一起，一次认证，多次授权的方式也是可行的。

不过，考虑到IPTV业务的特殊性，通常，在更多的情况下，都采用接入认证和业务认证分离的方式，即两次认证。

3）EPG电子节目指南系统

是服务支持平台中的关键组件，它是用户接入到IPTV系统的唯一入口，其作用是为用户享用视频服务提供指引服务。

EPG界面必须符合人们的使用习惯，同时也应该可以支持客户个性化定制。

一般来说，IPTV系统的EPG画面中会包括两部分资源的指南，一部分是电视资源，包括直播电视和时移电视，可以根据频道和时间来编辑，相对比较单一；而另一部分是VOD资源，这部分由于内容庞杂，相对来说需要更多的辅助手段来帮助用户快速查找资源，比如根据片名、导演和主要演员，等等，一般还会有热门影片指南等。

当然，EPG的编辑和自动生成是一项非常复杂的工作，它会和统计数据库中很多数据相关，比如，热门影片来源于点播记录，影片资源的更新要与媒体资源数据库保持同步；电视节目的节目表也要不断地导入到系统中，系统要根据最新的节目表，不断更新EPG画面。

同时，运营商可以利用EPG界面进行一些消息公告等。

EPG界面在IPTV的运营中和媒体资源息息相关，所以，一般由内容制作部门负责定制和更新。

总之，服务支持层是与为用户提供媒体服务相关的，包括用户的业务接入控制、媒体资源的保护和用户服务指引等主要内容，它的目的是使用户的服务合法、可控、便捷。

同时，为运营支撑层和终端层提供相关服务

2.2.3数据承载层

数据承载层包括进行媒体存储和分发的媒体工作站（有些厂家也称之为流媒体服务器），以及媒体编码加密和导入的内容工作站。

考虑到今后的业务扩展，还会增加更多的内容，比如说，如果增加网络可视电话业务，必然还要增加相关的服务器，以负责可视电话业务的媒体流处理；如果增加网络游戏服务，还需要相关的游戏服务器来处理相关事务。

媒体工作站（流媒体服务器）主要是用来存储流媒体文件，并为用户提供流媒体业务的接入。

在流媒体工作站中，如何进行业务的负载均衡是各大公司在IPTV系统开发中重点考虑的问题。

媒体工作站是对用户视频媒体进行存储的，它是IPTV系统的核心，一般来说，存储内容的多少直接关系到可以为多少用户提供多少服务的问题。

每台服务器能够为多少用户服务是存在瓶颈的，瓶颈来源于两个地方，一个是服务器的网络带宽；另一个是服务器的处理能力（包括I/O能力、CPU处理速度和内存大小）。

如何进行合理部署，以满足短期和长期用户的需求是系统设计中非常关键的因素。

IPTV系统的目的就是为用户提供海量的媒体资源，打造个性化的TV视频，如何进行海量存储是非常关键的问题。

目前，IPTV系统的存储有多种解决方案，主要有采用直接外挂存储的PCserver分布式存储解决方案和采用存储域网络的集中存储解决方案，每种方案都有其特点。

这两种存储方式各有优势，关键在于如何在应用中通过各种手段，扬长避短，既保证系统的可靠性，同时又尽可能降低系统成本。

由于IPTV的系统提供的是持续的高码流的速度，这将耗费大量的带宽资源，还要求媒体工作站能够长期忍受大的负荷压力，在媒体工作站部署中，如何实现系统的负载均衡是一个非常关键的因素。

无论是采用何种存储解决方案，都必须充分考虑负载均衡的问题。

这种情况下，负载均衡既可以更好地给用户提供流畅的媒体服务，也可以避免某些服务器长期处于高负荷下运行，提高工作站的寿命。

负载均衡是由多台服务器以对称方式组成一个服务器群集，每台服务器都具有同等地位，均能单独对外提供服务。

通过特定的负载均衡技术，将外部客户请求，按照服务器群，集中各服务器上的负载状况，合理分配到某台服务器上，借此大幅提高获取数据的速度，解决海量并发访问问题。

此种群集技术可以用最少的投资，获得接近于大型主机的性能。

当前，较常用的负载均衡技术主要有：

基于DNS的负载均衡、反向代理负载均衡和基于NAT的负载均衡。

负载均衡技术根据实际响应时间制定优先响应策略，从而提高系统性能，优化流量管理，提高服务器群集性能，保证系统正常运行的高可用性和高可靠性。

如果访问量超出了服务器的响应能力，只需增加服务器数目就可平滑升级。

正是因为IPTV系统要求提供海量存储和高并发数的支持，一般来说，需要较多的服务器来共同完成这项艰巨的任务。

通常也是需要进行冗余保护的高可靠性服务器。

在数据承载层中，除了需要考虑高效存储和负载均衡的媒体工作站外，还有一些其他的组件，比如电视节目导入的内容编码服务器，它不停地将模拟或者数字的电视节目信号，通过压缩编码的方式转化成可以用于网络传递和存储的数字格式。

压缩编码技术一般有MPEG系列编码、WMV编码和H.264编码，根据可以为用户提供的带宽情况，相应地将视/音频信号压缩成对应码流的格式，通常可以提供1Mbps码流和2Mbps码流等。

本质上来讲，码流和视频图像的清晰度相对应。

如果要减小带宽需求，就要降低码流，视/音频图像压缩比就越高，图像损失的信息就越多，对应的视/音频质量就必然下降。

由于音频需要的带宽远低于视频，所以，损失比较大的还是图像的质量。

在IPTV系统中，电视内容编码服务器一方面通过组播的方式直接为用户提供直播电视服务；另一方面，通过组播将内容传输给媒体工作站存储起来，作为极具特色的时移电视的节目源。

组播方式可以极大地降低带宽资源。

调查显示，在IPTV业务中，直播电视业务将在初期占到系统业务的80%，如果全部以单播的方式，将是一个天文级的带宽需求：

1万个并发用户所需要的最大带宽将达到16Gbps（每一个组播流按2Mbps计算），是目前网络很难提供的。

而用组播代替以后，每个频道在任何一段网络中只需要一个组播流2Mbps，而100个频道，在任何一段网络中，最大的带宽需求才200Mbps。

所以说，组播技术可以极大地降低IPTV系统的带宽需求，而在系统不支持组播的网段，我们可以通过单播的方式穿过这一网段，然后，在支持组播的网段内，通过中转服务器的方式来重新生成组播源。

由于内容编码服务器在内容编码的同时还要进行码流的媒体分发，所以，组播技术对于它来说尤为重要，是数据承载层重点利用的分发技术之一。

数据承载层的各种服务器协同工作，共同为用户提供各种媒体服务，目前，主要是直播电视、时移电视和视频点播业务，并对流媒体的安全进行控制，防止非法用户的盗用。

当然，防止非法用户的盗用将由各个平台协同完成，而数据承载层主要是在媒体的源头方面采取一些保护措施，主要方法是加密。

2.2.4用户终端层

终端层是整个系统用于和用户交互的平台，也是呈现在用户侧的唯一设备。

终端层是整个多媒体业务的最末端，典型的设备是STB和PC设备，其中包括：

EPG的客户端软件和解