精品解决方案IPTV互联网电视平台系统解决方案(基于网格技术).doc
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1、 基于网格的IPTV互联网电视平台系统解决方案*网络通信技术有限公司2010-06-08目 录1IPTV系统概述32网格IPTV平台简介32.1网格流媒体技术42.2新型网络机顶盒42.3网络电视系统特色53应用需求分析54系统方案设计64.1系统设计原则64.2系统设计依据74.3网络电视平台整体架构74.4网格流媒体直播平台部署84.5专业网格流媒体平台简介94.6网格流媒体直播系统114.6.1 网格流媒体直播系统构成114.6.2 网格流媒体直播系统工作流程124.6.3 网格流媒体直播系统特点与优势134.7网格流媒体运营平台服务器配置134.7.1 设备配置要求134.7.2 系统
2、费用预算144.8相关设备参数154.8.1 标清IP机顶盒参数154.8.2 高清IP机顶盒参数204.8.3 H.264编码器技术参数254.9系统扩展与升级275产品售后服务275.1软件服务承诺275.2硬件服务承诺286公司介绍与相关案例287网络电视发展前景分析297.1国外网络电视的示范作用307.2国内网络电视的初步崛起317.3国内网络电视的发展机遇311 IPTV系统概述IPTV即交互式网络电视,是一种利用宽带网络采用DSL或以太网等接入方式,通过网络机顶盒(STB,Set-Top Box)向TV用户提供多种交互式的宽带视频业务。同时可以向PC机用户提供同样的服务。它利用宽
3、带互联网的基础设施,以家用电视机作为主要终端,利用网络机顶盒(STB)通过互联网协议来传送节目内容,提供包括电视节目在内的多种数字媒体服务。它能为用户提供电信级的服务质量和便捷的收视体验。IPTV系统提供的服务类型包括:直播、点播、交互、下载等功能,应用形式主要有电视直播、活动类直播、影视娱乐节目点播、多媒体网络远程教学、时移电视等。IPTV的应用范围非常广泛,它能够取代传统的有线或数字电视系统,将电视技术与互联网技术融为一体,以传统电视的收看方式来享受互联网上更加丰富多彩的节目内容,用户不用再被动地收看电视,可以随时点播自己想看的节目内容,即使错过的电视节目也能在这里收看到。它是真正意义上的
4、交互式电视,是未来网络电视发展的最终方向。 基于网格IPTV的兴起基于网格的IPTV系统是一种最新的IPTV应用技术,它是随着近几年网格技术的成熟而逐渐发展起来的,目前中国的网格计算技术全球领先。该技术的应用形式和传统的IPTV一样,在用户端都是通过网络机顶盒(STB)或PC机来收视节目,采用遥控器的方式用电视机来显示。但是,它的平台系统架构和内容传送方式和传统的IPTV有着本质的区别。传统IPTV采用组播技术或点对点技术来传输内容,在现有的网络环境下难以满足大规模的应用要求,而且对传输链路带宽要求必须稳定可靠(国内的网络现状是不能满足的),部署和运营成本高昂,只有电信运营商有能力部署,很难满
5、足大众化应用需求。网格流媒体技术的出现,将IPTV应用逐步推向了平民化,个人或组织都有能力搭建自己的IPTV应用平台,部署与运营成本极大地降低,并能为用户带来更好的体验效果,是本世纪IPTV应用技术的巨大进步。2 网格IPTV平台简介网格 IPTV平台是伴随着网格流媒体技术的成熟发展起来的,它以互联网为依托,采用网格计算技术来实现IPTV的功能,用户端采用网络机顶盒或PC机来接收内容,对传统的IPTV技术带来了颠覆式革命,使IPTV应用走向了平民化。2.1 网格流媒体技术网格流媒体技术属于覆盖层网络(Overlay Network)的范畴,是相对于客户机/服务器(C/S)模式来说的一种网络信息
6、交换方式。在C/S模式中,数据的分发采用专门的服务器,多个客户端都从此服务器获取数据。这种模式的优点是:数据的一致性容易控制,系统也容易管理。但是此种模式的缺点是:因为服务器的个数只有一个(即便有多个也非常有限),系统容易出现单一失效点;单一服务器面对众多的客户端,由于CPU能力、内存大小、网络带宽的限制,可同时服务的客户端非常有限,可扩展性差。网格技术正是为了解决这些问题而提出来的一种对等网络结构。在网格网络中,每个节点既可以从其他节点得到服务,也可以向其他节点提供服务。这样,庞大的终端资源被利用起来,一举解决了C/S模式中的两个弊端。2.2 新型网络机顶盒IPTV应用中用户端的关键设备是I
7、P机顶盒,因为IPTV平台提供的所有服务都是通过机顶盒来解码播放,因此,机顶盒的设计也是该系统中非常关键的环节。在国内,我们是最早从事新型网格机顶盒设备研发的厂商,经过精心设计与测试,我们推出了嵌入式网格功能的IPTV机顶盒。它具有基于Linux系统的嵌入式客户端软件、网格机顶盒的管理系统和完整解决方案,可通过宽带和机顶盒实现在电视屏幕上的数字节目直播、视频录播、视频点播等应用。利用该产品和技术,将帮助用户克服带宽限制,减少部署IPTV业务的投资,为快速部署和提供IPTV业务提供了条件。此举将有助于促进IPTV产业的发展,为IPTV应用开辟更加广阔的发展空间。平台的核心技术和设备包括TS流量子
8、封装服务器、网格管理服务器、新型网格机顶盒。使用这种机顶盒, IPTV服务提供商就可以为成千上万甚至数百万电视机用户提供高画面质量的电视直播、视频节目推播、及点播(VOD)等IPTV流媒体业务。加上采用H.264先进编解码技术,1Mbps的码流就可得到DVD的视频质量,从而可以给互联网上的任意用户提供实时、流畅、清晰的电视节目直播,而不会受到网络带宽和流量的限制。随着教育信息化建设速度的加快,各种流媒体应用如直播、点播等将掀起新一轮视频应用的高潮,为教育事业注入一剂强心剂,推动我国的教育事业以更快的速度向前发展。2.3 网络电视系统特色由于该系统采用先进的网格计算技术进行内容的分发与传输,因此
9、该系统与传统C/S方式的IPTV有着很大区别,其优势主要体现在:1、 在同样的用户规模情况下,采用该系统可以在服务端节省40%80%的带宽资源和服务器硬件资源,只相当于传统IPTV平台所需资源的1/3;2、 可以以较低的投入成本实现大规模的应用,并且在以后的扩容过程中投入很低。由于该系统采用完全的网状结构,用户与用户之间充分共享内容,在系统达到一定规模后,服务器端的负载压力会越来越低。比如从支撑1万人扩容到支撑2万人,扩容成本只有前期投入的20%;3、 采用该系统稳定性高。由于所有用户之间充分共享数据,网络中任何一个用户播放的内容都有很多用户为他提供,因此即使服务端出现短暂中断,也不影响用户的
10、正常收看;4、 相比传统的数字电视系统而言,采用该系统可以实现资源共享,从而为长期运营节省大量费用开支。比如采用数字电视系统,用户要收看电视节目,每个用户都要单独按月付费,而采用该系统可以把当前的数字电视节目共享给所有用户收看,而只需要按一个用户给当地广电交纳节目收视费,因此单个用户的费用将极大地降低;5、 相比传统的数字电视系统而言,该系统更加灵活。数字电视用户只能收看到频道中现有的节目,如果要收看频道中没有的卫星电视节目,或者自办节目,则需要一套单独的卫星接收系统或节目播出系统,投入成本很高,而采用该系统后,只需要在采集服务器端把卫星节目接收下来编码后播出,所有用户都可以享用,频道的扩容非
11、常经济、灵活。6、 采用该系统可以在将来增加视频点播功能,让用户通过电视机来点播收看教育视频节目,并且是真正意义上的视频点播,而采用数字电视机顶盒系统无法实现视频点播应用,这也是二者的本质区别。除此以外,后期还可以增加其它增值业务,为运营方提供更多收入来源。3 应用需求分析当前,我们需要采用网络电视技术来直播电视节目,前期先将9套电视节目和1套自办节目通过IP网络来进行直播发布,用户端通过机顶盒与PC机同步收看。要求该系统具有很高的性价比,并且运行稳定,扩容方便,在当前的网络环境下能为用户提供流畅的网络电视服务。4 系统方案设计4.1 系统设计原则从用户角度考虑,该平台要实现很高的安全性、可管
12、理性,具备良好的控制性以及良好的系统扩充能力。针对于此,我们考虑的设计原则如下:l 资源的经济性由于网络流媒体应用,是一个非常消耗服务器和带宽资源的服务,在该系统中,我们通过采用网格流媒体技术,使得整个平台极大地降低了对服务器和网络带宽资源的消耗;在我们的系统中,中心节点只需要2台服务器,100M带宽,就可以支撑10套电视节目的高清发布;l 安全性1. 由于在网络上提供视频服务,在视频的播放过程中,需要有良好的技术手段来保证服务器的安全可靠,防攻击能力强,网格流媒体技术所构造的内容分发网络使服务器有很好的隐蔽性,服务器安全系数更高。2. 其次,在系统本身,我们为每个频道内容都进行了加密,以防止
13、内容被恶意篡改和非法传播;l 稳定性系统能够支持7*24的运行,并且在碰到意外情况的时候,能够及时恢复并尽量防止服务中止。1. 网格流媒体系统中除了核心服务以外,其它服务程序都是可以实现冗余的,单一服务失效,不会导致整个网络平台的服务中断;2. 在中心节点上,我们将提供监护服务,可以按照自定义逻辑,对失效的服务进行重启尝试;3. 提供的监控服务程序,将24小时监控网络的运行状况,在出现致命性错误的时候,将主动告警;l 可管理性我们将在三方面提供系统的可管理性;1. 首先在内容层面上,我们将提供内容管理系统(Content Management System),能够提供从内容组织,内容审核,内容
14、发布和频道控制的管理;2. 其次,我们提供完善的日志(Log)管理系统,能够分析出网络运行过程中的用户访问数据和系统运行日志信息;3. 最后,我们提供监控系统(Monitoring system),对整个网络的服务器运行情况和服务运行情况进行监控和监护;l 可扩展性为了保护投资,我们的服务将能够简单地通过弹性扩张,在访问用户量提升上来,对服务器提出更高要求的时候,我们将能够更好支撑更多的访问用户和边缘节点;这一切将只需要通过简单地架设服务器来实现。对于已经建设的网络不需要进行任何的更改。4.2 系统设计依据该系统视频流编码采用国际上最先进的H.264编码技术,在传输上采用自主开发的网格流媒体技
15、术进行数据分发,降低投入成本,提高分发效率,使整个系统具备良好的弹性与可控性。在100M独享带宽的支撑下,采用网格流媒体直播系统,单台服务器即可满足并发1000人以上的需求。考虑到系统冗余,我们建议配置一台相同的服务器作为备份。4.3 网络电视平台整体架构考虑到学校将来的教学应用情况,我们量身定制了一整套解决方案,该平台的整体架构设计如下:4.4 网格流媒体直播平台部署电视直播应用在电视直播中,我们通过在前端架设数字电视和卫星电视信号接收器,并通过我们的H.264高清编码器进行节目的编码压缩处理后,上传到网络中心机房的网格流媒体服务器上去,然后通过网格流媒体服务器实现内容的播出。用户通过机顶盒
16、或访问我们发布的WEB站点即可实时收看到电视节目。系统组成结构如下:(见4.3章节)主要部分组成:1) 视频源:该系统中的视频源为有线数字电视、卫星电视信号和学校的自办电视节目。2) H.264高清编码器:该设备主要完成电视信号的数字化和编码工作,并将编码后的数据上传到网格流媒体服务器上去。3) IPTV流媒体服务器:负责节目内容的分发和资源调度,用户控制。该服务器采用分布式网格计算技术进行内容的分发,具有很高的分发效率并能大大节省服务器端带宽资源的占用。4) EPG服务器:用来发布节目信息供机顶盒浏览播放。同时,该服务器也作为WEB服务器使用,通过网站形式发布节目内容供教师机访问,并通过投影
17、机在教室内回放。4.5 专业网格流媒体平台简介我公司创建于2002年,是国内最早从事流媒体技术研发的专业公司,公司自主开发的网格流媒体应用平台是采用网格协同计算技术在互联网上实现在线直播和点播应用的平台软硬件产品。公司依托自身多年积累的流媒体系统开发经验和对网格流媒体技术的核心算法研究,使得网格IPTV流媒体系统与市场同类产品相比有极强的性能优势,并得到了全国众多用户的认可。该平台运营稳定可靠,管理方便,基于Linux操作系统或Windows Server 2003平台部署,具有电信级的安全性和稳定性,并且采用自主研发的网格流媒体技术为运营商大大节省了服务器及带宽资源,与传统的非商用的流媒体系
18、统相比较,更精确细化的算法使得文件块的请求及校验传输更加准确,这样减少了大量的无效的请求及数据发送,大大节省了网络带宽的占用,深受合作伙伴和广大客户的高度评价。传统C/S模式与网格计算模式比较 图1.1传统C/S模式 传统采用C/S (Client/Server)模式(如图1.1),该模式的一个缺点是当用户数目大规模增加时,服务器端将受CPU处理能力和网络带宽的限制成为直播系统的瓶颈。因此,传统的模式无法满足大规模用户的应用。C/S模式的另一个根本缺陷是无法解决网络带宽的分布不均状况,当个别用户连接服务器状况较差时将无法得到服务。采用集群式处理器可以缓解系统性能受CPU处理能力的限制,但无法从
19、根本上解决问题,此外也无法解决网络带宽限制的问题,投入成本很高;服务器端采用分布式处理器也是一种解决方案,一定程度上可以解决网络带宽限制问题,但是投入成本也很高。尽管这两种解决方案可以增加最大用户数,但是因为服务器端处理器数目的限制,它们仍然有用户数上限,同时它们也不能解决个别用户无法得到服务的问题。图1.2本系统采用的网格计算模式网格流媒体解决方案原理图如图1.2所示。该系统中的各个客户端不仅可以直接连接到服务器获取流媒体数据,客户端之间也可以彼此相连获取流媒体数据。因此,只需要系统中的部分客户端从服务器获取流媒体数据进行播放,其余的客户端通过彼此建立的连接便可以实现播放了。这种解决方案能从
20、根本上解决前述传统解决方案无法避免的问题。此外,服务器端仅使用普通PC机也可以实现该系统,支持大规模用户在线,因此投入成本很低。在网格系统中,保障服务质量(QoS)也是其中的核心技术,因此,智能节点查找算法的优劣将直接决定系统整体的服务质量(QoS)。我们经过数年的研发和测试,针对媒体服务近邻的智能获取,采取了国际领先的下列近邻智能获取原则:1)、 ESM:依据带宽多重编码、地域相近服务调度;2)、拓扑匹配:物理与逻辑拓扑动态匹配;3)网格流媒体: 依据IP地址分域策略调度服务等。通过采用我公司自主开发的这些技术,彻底保证了邻近获取的成功和高效。4.6 网格流媒体直播系统4.6.1 网格流媒体
21、直播系统构成如图1所示,网格视频直播系统由源服务器(Source Server),控制服务器(Control Server),采集工作站组成。系统示意图如下。图1 网格流媒体直播系统结构图编码服务器(Encoder Server):主要完成原始信号采集编码工作,编码后的数据上传给源服务器(Source Server)。源服务器(Source Server):负责接收编码服务器发送过来的频道节目流信息,并且负责将频道节目流发布到网格网络当中。控制服务器(Control Server) 维护、管理控制网格网络 实时的汇总系统中的所有频道的统计信息 为用户提供频道列表信息Peer:负责从其它节点获取
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