基于IPTV的休闲农场观光平台的研究与设计

姜大庆，顾卫兵

(南通农业职业技术学院信息工程系，江苏 南通 226007)

0 引言

随着互联网技术的不断发展和广泛应用，网络休闲已成为互联网时代在世界各国出现的一种新的休闲方式。而作为“三网融合”最具代表性的业务——交互式网络电视(IPTV)业务的出现，有效地将电视网、电话网和互联网3个领域结合在一起，又使休闲平台网络化成为今后休闲产业转型和升级的趋势。

IPTV又称ITV，即交互式网络电视(Interactive Television)，是集互联网、多媒体、通信等多种技术为一体的崭新业务集合体。它基于TCP/IP协议和流媒体技术，利用ADSL或以太网等接入宽带网，通过聚合服务提供商(SP)的各种流媒体服务内容和增值应用来进行单播、广播或组播视频业务，提供包括数字电视节目、互联网浏览、电子邮件以及在线娱乐、远程教育、网上购物等多种交互式媒体服务［1］。IPTV系统的关键技术包括承载网技术、流媒体技术、编解码技术、内容分发网络CDN技术、数字版权管理DRM技术、IPTV机顶盒与电子节目向导EPG技术、业务运营支撑系统技术等［2］。

本文研究并设计了一个基于IPTV的集影音互动平台、教育平台和购物平台于一体的休闲农场观光系统，可以通过互联网向世界各地的IPTV和网络用户传送休闲农庄的产品、销售信息及远程实时音视频数据，提供以互动网络电视(IPTV)或计算机为播放媒介的IPTV增值服务。

1 休闲农场观光系统的设计

1.1 系统的功能设计

休闲农场观光系统的用户主要面向广大中小学生、白领阶层和城市居民，针对这类消费群体，整个系统的设计包括影音互动、在线教育和在线交易三大部分，由互动多媒体影音管理子系统、在线教育子系统、在线交易子系统、会员管理子系统和安全认证子系统等5个功能模块组成，具体功能如图1所示。

系统实行会员制运营。运营时，休闲农场将在智能大棚内外选取若干控制点安装IP摄像机，对整个农场进行远程实时监控，并将监控图像、农作物产品以及销售信息等放在网上供注册会员随时随地参观浏览，开展休闲娱乐活动或互动式交流。会员们可到现场选择一块自己满意的地，种植自己需要的瓜果蔬菜，培育花卉等，系统可提供24 h远程监控，会员可随时通过互联网查看自己种植的蔬果生长情况，以满足因距离、交通等原因无法亲身体验的网民亲近农事、回归自然的需要。会员可以通过IPTV购买农场的产品，系统的在线支付和物流配送功能可以将农场的产品送到会员家中，这可以作为现实休闲农场经营模式的一个有益的补充。同时，系统提供了在线教育功能，可利用休闲农场的动植物资源对中小学生进行农业生产和自然科学知识的教育和培训。

图1 系统的功能模块

1.2 系统的架构设计

为了实现上述功能，休闲农场观光平台的架构设计由运营管理平台、观光平台业务门户、观光平台业务接入网关以及各种业务能力系统组成［3－4］，如图2所示。

图2 休闲农场观光平台的系统结构

1.2.1 运营管理平台

本系统运营管理平台提供统一单点认证、统一计费、统一门户等功能。主要包括农场影音内容管理、会员管理、业务处理、终端管理、认证授权、计费结算、门户服务、统计分析等功能模块。

1.2.2 观光平台业务门户

观光平台业务门户为IPTV终端用户提供休闲农场观光业务的展现，引导用户使用本系统提供的各项增值业务，是用户选择本系统的入口。为方便用户使用，本系统与运营商的基本业务系统相互对接，即在基本业务系统的EPG中提供指向本系统业务的链接，同时在本系统业务的EPG中也提供了指向基本业务系统的链接。

1.2.3 观光平台业务接入网关

观光平台业务接入网关是实现农场观光服务业务接入的功能实体，提供对服务的接入鉴权控制以及与观光平台业务处理系统的适配。本系统的接入网关由多个模块组成，每个模块有各自的对外通用接口，负责一类业务的适配。

1.2.4 观光平台业务能力系统

各个业务能力系统是分别实现各个业务能力的功能实体，包括各业务能力的认证触发、计费触发和业务处理。本系统提供了流媒体、信息服务(含浏览、检索及推送)、下载、远程视频监控等多种业务能力系统，以供不同的业务进行组合应用(如远程教育业务)，需要使用流媒体、多点视频会议、即时消息等业务能力。在线交易业务，需要使用信息服务、视频通信、在线支付等业务能力。同时，本系统的业务能力系统还可随着业务需求的扩展而扩展。

1.3 系统实现的关键技术

基于上文描述的系统功能特点及总体架构，在实现和部署平台的过程中，采用了如下一些关键技术。

1.3.1 富客户端技术

目前的IPTV增值业务应用系统一般都基于通用浏览器，采用被称为“瘦客户端”的B/S技术开发。但是传统的B/S架构客户端技术存在以下不足:用户界面不够丰富友善，部分功能实现的流程较复杂;“瘦客户端”过于依赖网络连接，请求/应答的模式使交互速度受到限制，例如，很多游戏都无法通过B/S方式实现。为使系统具有强大的交互性和丰富的界面效果，本系统采用新兴的“富客户端”技术代替传统的“瘦客户端”技术进行开发。在比较、权衡了 Adobe Flash/Flex，Avalon，SilverLight等多项“富客户端”开发技术的基础上，选择了较为成熟的基于微软.NET平台的Smart Client(智能客户端)技术。Smart Client拥有自动更新、离线状态下的数据处理和可以使用本地资源等特征，运用该技术开发和部署的IPTV休闲农场观光系统集“桌面应用程序”的最佳交互性与“Web应用程序”的易部署、易升级特性于一体，同时支持高效率的网络传输，例如IPTV机顶盒与平台系统之间的交互主要采用XML来描述数据，以SOAP传递方法与参数，并以HTTP进行承载，从而为用户提供一个更高和更全方位的网络休闲体验，很好地实现了系统的设计目标。

1.3.2 业务的认证和授权机制

本系统的运营实行会员制。会员分为普通会员和VIP会员两种类型，不同类型的会员可以访问不同的业务集，如普通会员仅可以进行休闲农场的游览和在线学习，而VIP会员除具有普通会员的权限外还可进行在线购物和体验农事。因此系统的统一认证功能应保证应用认证的安全性，防止用户认证信息被盗用，并能通过严格的访问控制策略来对合法用户进行授权。

业务认证和授权的基本需求包括:保证只有被认证和授权的用户才能接入并使用相应的业务;保护用户上传的身份认证信息不会被非法窃取和重置。本系统中业务的授权由专门的授权模块执行，业务的认证采用以下安全机制［4－5］:

1)两级密钥机制。将用户上传的所有认证信息用“业务密钥”加密，而业务密钥本身的传送由“终端密钥”加密。

2)业务密钥传送中增加时间戳，使业务密钥具有时效性。

3)业务密钥与IPTV终端的惟一标识一一对应，以验证终端合法性。

4)终端密钥存储在机顶盒的专用Flash芯片中，增强其保密性能。

1.3.3 农场视频流远程实时传输与控制技术

为满足网络用户租用农场土地认养(认种)农场动、植物，实时监控农场生产状况的需要，本系统需要构建基于Web技术和IP宽带网络，覆盖农场主要生产、经营区域的远程视频实时监控子系统。系统能够提供现场视频的采集、编码压缩、传送和云台控制等功能，远程用户经过身份验证后可以通过浏览器请求捕捉和控制当前现场图像。

以NVR(Network Video Recorder)为核心的第三代网络视频监控系统，正成为当前监控系统建设的主流。根据该系统的总体需求，采用内置Web服务器的NVR设备和网络摄像机(IPC)来构建视频监控系统。在农场生产、经营、观赏区域选取若干控制点，安装具有高速云台控制功能的高速球型网络摄像机和红外防水网络摄像机进行数字化视频数据的采集和编码，经农场Intranet网传送到农场主机房中的NVR设备中进行管理和存储，IPTV用户经过认证，可以直接用机顶盒和电视机观看NVR设备上的实时高清视频图像，授权用户(会员)还可以实现录像和回放、PTZ控制，进一步增强了本系统的娱乐功能。

对于多媒体视频监控系统，用户对传输的实时性和可靠性要求很高，因此本系统运用支持网络实时传输服务的RTP/RTCP(Realtime Transport Protocol/Realtime Transport Control Protoco1)协议来进行视频数据的远程实时传输。同时，由于多个用户的同一视频请求会占用大量前端IP摄像头网络带宽，易造成视频在网络中传输时出现频繁抖动，最终影响视频传输的服务质量(QoS)，本系统设计采用组播技术来实现网络视频传输。NVR设备收集的多路视频数据按多个不同的组播地址发送出去，并且可以同时存储为录像资料，以备今后查询。客户端有选择性地加入一个或多个组，接收视频数据流并播放出来，以达到远程浏览和监控的目的。

2 系统部署与应用

一个完整的IPTV系统分为3个子系统:服务端系统、网络系统和用户端系统。其中，服务端系统是影响IPTV系统运行效果的关键因素。服务端系统的关键指标包括内容分发方式、流媒体并发性能、系统管理功能及互连接口、系统监控及容灾能力等［6－7］，在IPTV系统中对于服务器的供应和部署、监测和排错、变更和配置、备份和恢复等都至关重要。

休闲农场观光系统部署于农场主控机房和IDC电信机房中。在IDC机房中部署2台AP服务器，用于系统的账务管理、会员管理和DRM授权管理;1台VOD点播服务器，用于农场多媒体音视频和远程教育流服务;1台终端服务器，为用户提供增值应用服务，如新闻发布、在线交易等;2台数据库服务器，用于存储服务和农场音视频数据并配置成集群作容错。农场主控机房部署数据库服务器1台，主要用于收集农场的影音数据、产品信息等。农场局域网主干为1 000 Mbit/s，采用两个100 Mbit/s带宽的双出口，分别接入电信网和教育网并配置策略路由。该设计在用户量大的情况下，从功能和用户体验角度来看，不仅满足了高QoS保证需求、点对多点的广播流需求、大量的系统资源需求、巨大的并发服务/业务数需求等，而且该系统也具有很好的安全性和稳定性。具体网络拓扑结构如图3所示。

3 结束语

随着宽带网络的迅猛发展，基于IP网络的IPTV将走入千家万户。本文在分析IPTV相关技术和业务特点的基础上，提出一个完整的基于IPTV的休闲农场观光平台的解决方案。系统使用基于微软.NET框架的Smart Client技术进行设计和开发，技术架构先进、实用，经过严格的测试，达到了预期的设计目标，取得较好的应用效果，为广大IPTV用户提供在网上观光、互动、接受教育和在线交易的宽带增值业务，作为现实休闲农场的经营模式的一个有益的补充，弥补淡季游客量的不足，为农场经营者带来额外的丰厚利润。

图3 系统拓扑结构图

［1］李健荣.ITV系统通信运营原理及网络应用［J］.通信与信息技术，2009(5):67 －71.

［2］张志彬，崔晓斐.IPTV系统组成及关键技术［J］.深圳信息职业技术学院学报，2006，4(4):32 －36.

［3］徐向辉，嵇智辉.IPTV增值业务平台架构研究及实现［J］.通信世界，2006(41):6－7.

［4］肖晴，祁庆中，昊志明.IPTV增值业务及其实现技术探讨［J］.电信科学，2006，22(3):32 －35.

［5］邢铁燕.计算机网络电视(IPTV)关键技术及解决方案［J］.天津职业院校联合学报，2009，11(5):47－50.

［6］戴敏利，王敏.IPTV在远程教育中的系统部署方案研究［J］.计算机工程与设计，2008，29(8):1987 －1989.

［7］张少明，刘强.IPTV中的EPG管理系统的设计与实现［J］.计算机工程，2005，31(23):229 －231.