OTT TV的直播解决方案

刘明亮，刘思韵，辛晓玫

（广州珠江数码集团有限公司，广东 广州 510000）

OTT TV的直播解决方案

刘明亮，刘思韵，辛晓玫

（广州珠江数码集团有限公司，广东 广州 510000）

组播技术是OTT电视直播的解决方案之一。首先介绍了OTT TV的发展现状与存在的一些问题，然后介绍了组播的技术要点，同时，根据OTT中直播电视的使用场景，分析了直播电视的技术要求，提出了组播技术应用于直播电视的可行性方案，结果表明该方案运行良好。

OTT；组播；直播电视；Internet组管理协议

1 OTT TV的现状与问题

在刚刚过去的2013年中，OTT（Over The Top）成为业内最流行的一个词语。就OTT TV的发展现状而言，其产业链已逐步形成。截至2013年，广电总局已颁发7个互联网电视集成业务牌照和9个互联网内容服务牌照。这些牌照持有方一方面与地方广电合作，增强内容的本地服务，另一方面展开与电视机、机顶盒制造商的合作，布局终端市场，以此形成全产业链的运营。

就用户体验而言，最直观的是各类OTT盒子使用户享受互联网电视服务变得越来越便捷，而功能和内容的多样化也使用户收看电视有了更多主动的选择权。

然而，从网络运营商的角度出发，OTT盒子（或装有直播软件的智能电视）却不是特别受欢迎。究其原因，除了业务层面的冲突外，还有一个技术上的问题，即OTT盒子直播节目的传输机制。现有的主流解决方案中，直播节目都是使用单播进行传输。单播的优点是服务器可以及时响应终端请求，但其缺点也是显而易见的：1）对内容提供商来说，分发服务器针对每个终端发送数据流，在用户数量庞大、单个数据流流量大的直播应用场景中，服务器将不堪重负。2）在主流的网络模型中，大流量数据、重复数据都是尽量放在本地，并在靠下游的缓存设备上进行分发，即金字塔模型。如果全部使用单播协议，将会出现大量重复数据在运营商骨干网络上传输。这种情况将会造成骨干网络不堪重负，也是运营商所不能接受的。

解决这个问题的方案之一就是使用组播技术。组播技术的优点如下：1）需要相同数据流的终端加入相同的组共享一条数据流，大大减轻了分发服务器的负担。2）同样基于上述原因，骨干网络中的直播节目流量将会维持在一定的范围之内。而且，由于组播协议是根据接收者的需要对数据流进行复制转发，所以服务端的服务总带宽不受客户接入端带宽的限制。如此即可大大减轻内容提供商出口网络以及网络运营商骨干网络的压力。3）此协议和单播协议一样允许在In⁃ternet宽带网上传输。

2 组播技术简介

2.1 组播协议的工作原理

组播通过把224.0.0.0～239.255.255.255的D类地址作为目的地址，有一台源主机发出目的地址是以上范围组播地址的报文，在网络中，如果有其他主机对于这个组的报文感兴趣，可以申请加入这个组，并可以接收这个组的报文，而其他非组内成员则无法接收到这个组的报文。组播技术涵盖的内容相当丰富，从地址分配、组成员管理，到组播报文转发、路由建立、可靠性等诸多方面。实际应用中，比较关心的是组成员关系的维护及组播路由的维护。

2.2 组成员的维护

维护主机和网络设备间组员关系的常用协议是互联网组管理协议（Internet Group Management Proto⁃col，IGMP），负责IP组播的成员管理，用于在IP主机与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播成员关系[1]。IGMP组播协议具备双向功能：一方面，主机利用IGMP协议通知本地路由器希望加入并接收某个特定组播组的信息，不需要等待IGMP查询报文；另一方面，路由器利用IGMP协议周期性发送IGMP查询报文，查询局域网内某个已知组的成员是否处于激活状态，实现对所连网络组成员关系的收集与维护。通过执行IGMP组播协议，能在组播路由器中生成一张记录路由器接口及其相应接口对应子网的成员信息的表，一旦路由器接收到某个组的数据报文，会根据该记录表向仅有该组成员的接口进行数据转发[2]。

2.3 组播路由协议

常见的组播路由协议有PIM。PIM协议专注于维护接收者和组播源的状态信息，在降低协议复杂度的同时也减小了开销。PIM协议参考了成熟的组播技术和转发模型，将组播应用分解为松散模式协议独立性组播（Sparse Mode，SM）和密集模式协议独立性组播（Dense Mode，DM）。其中，PIM-DM协议假定网络中的每一个路由器都想接收组播数据包，组播数据会转发到组播路由器所有的下游路由器上，如果存在不需要此组播数据的下游路由器，该组播下游路由器会发送停止此路径转发的剪枝要求。PIM-DM协议主要用于中小型网络。对运营商网络，更多的是使用PIM-SM协议。PIM-SM协议先定义了汇聚点（RP），汇聚点会收集和记录需要组播的路由器，同时汇聚点转发对应的组播数据到上述路由器中去[3]。

3 应用组播技术的直播电视解决方案

3.1 网络方面解决方案

对于运营商内部网络，首先需要构建一个组播骨干网。这个组播骨干网可以建立在现有的数据骨干传输网络上。数据骨干网内的各三层设备之间，使用PIM协议，把组播路由表传送到各台三层设备上。如图1所示。

对于接入网络，需使用IGMP协议，用以处理终端设备的接入请求，如图2所示。

图1 组播骨干网示例

图2 接入网示例

3.2 终端方面解决方案

为了适应这种组播解决方案，终端设备的软件系统也需作出相应的调整，包括：

1）终端设备的播放器需支持IGMP协议。当用户发起转台时，系统可以发起相应的IGMP join请求；并在观看过程中，当网络设备发起维护组关系的query查询信息时，终端设备可以返回一个ack确认信息，以保证直播流可以持续传输。

2）为区分不同的直播频道，终端设备还需一个记录了所有频道的组播列表（本文称为channel_list）。channel_list文件的存在也为用户组的管理提供了方便。为不同授权的用户提供一个不同的channel_list文件，即可实现对不同用户组的区分。

3.3 跨运营商的运营

由于上述方案构建的组播骨干网络都是基于同一个组播域提出，因此，该方案实际上只适用于单个运营商的内部网络。但实际上，OTT盒子的运行情况多为跨运营商传输数据，因此上述方案仍需作出调整以满足实际需求。

3.3.1 对网内网外用户进行区分

网内用户直接使用组播传输，网外用户则依旧使用单播传输。为了减轻单播网络的压力，对单播传输网络的用户，必然只能低码率码流传输。区分网内网外用户的方法有很多，此处列举几个简单的方法，仅供参考。

1）通过终端MAC辨别。由于设备MAC是唯一的，运营商可通过记录内网发放设备MAC的方法，对用户进行辨别。

2）通过IP地址辨别。由于多数运营商内网终端设备都使用内网IP地址，因此，可通过内网或公网地址的方法，对用户进行辨别。

3）通过DNS域名解析的方法来辨别。运营商可在内网建立一套完整的DNS系统，或DNS缓存系统，把某些内网的域名、地址添加到系统中。当终端设备上线注册时，可请求访问某些内网的域名。当设备可获取到正确的解析时，则可被认为是内网用户；若不能，则可被认为是外网用户。

当用户被正确区分之后，运营商就可以采取不同的方式来传输数据：

1）对全网用户发送一份单播通道的直播频道表（channel_list_unicast），以保证所有用户都可以接收到直播节目。

2）对内网用户发送一份组播通道的直播频道表（channel_list_multicast），对内网用户可以提供高码率的直播节目。

3）用户终端需对优先级进行判断。当终端已获取到channel_list_multicast，则终端优先接收组播流节目；当终端无法获取到channel_list_multicast，或终端无法正确接收到组播流内容，则终端自动切换到chan⁃nel_list_unicast，以保证直播业务正常运行。

这种对用户区分的方法，是最容易实现，也是最快可以实现的。但相应地，由于用户被区分，其收到的服务也是被区分的，因此，势必会造成用户体验的下降。

3.3.2 使用MSDP等协议

MSDP是Multicast Source Discovery Protocol（组播源发现协议）的简称，是为了解决多个PIM-SM域之间的互联而开发的一种域间组播解决方案，用于发现其他PIM-SM域内的组播源信息[4]。MSDP通过在网络中选取适当的路由器建立MSDP对等体关系，以连通各PIM-SM域的RP。通过在各MSDP对等体之间交互SA（Source Active，信源有效）消息来共享组播源信息。示意图如图3所示。

使用此方案，需把PIM-SM域的RP透露出去。对于同一个运营商内部的不同PIM-SM域之间互联，这种情况是可以接受的。但对于不同运营商之间互联的情况，由于运营商之间互信程度不一致，以及出于网络安全的考虑，直接把RP透露出去，是不可接受的。因此，使用MSDP互联的方案，必须增加相应的安全防护措施，如添加访问控制列表、增加防火墙等。

图3 MSDP使用示例

3.3.3 用硬件设备，作为专门的组播转发网关

如图4所示，组播转发网关把运营商A的PIM-SM域内的组播流进行转封装，对PIM-SM域的RP进行修改（或可理解为隐藏起来），再传输到运营商B。运营商B再自建一个RP，传输到PIM-SM域中。

图4 使用硬件设备作转发网关

使用此方案的好处，在于网络安全性的提高。当发生来自运营商B的网络攻击时，受到攻击的仅为组播转发网关，运营商A的内部业务网络不受影响。另外，使用此方案还可达到可控可管的目的，运营商A转发出去的组播流，是可以受其控制及监管的。当然，使用此方案也需相应地增加必要的硬件成本。

3.3.4 各方案对比

对比上述3种方案，它们各有优缺点，表1将进行相关的对比。

3.3.5 方案实例及验证

组播码流跨运营商转发技术在广州珠江数码集团有限公司（下称“珠江数码”）已有相关的应用案例。珠江数码现有为广州市各区市广电运营商传输高清直播码流的任务。由于各运营商系统之间并非绝对可信，珠江数码采用了使用硬件网关的方案，拓扑如图5所示。

表1 应用组播技术的电视直播解决

图5 珠江数码组播码流跨运营商转发实际案例

珠江数码的组播转发网关，使用了思科公司DCM D9900，把珠江数码网内的组播码流，更换成其他组播地址后，传输到对方运营商的交换机。对方收到组播码流后，再输入到相关编码器等设备。呈现给对方运营商的地址，仅为DCM的相关接口地址，而非珠江数码PIM-SM域的RP地址。当发生网络攻击等情况时，攻击行为仅能到DCM这台网关，无法到达珠江数码内部网络，保障珠江数码业务的正常运行。

4 结束语

综上所述，对于网络运营商而言，考虑到服务器及骨干网络的承载能力，对内网用户，OTT TV的直播业务可采取组播传输技术；由于OTT TV的跨运营商运营，兼顾到网络安全性，可综合考虑对外网用户采取单播技术传输直播节目，或者通过增加网络安全防护措施实现不同运营商之间组播域的互联互通，组播传输直播节目以提高外网用户的用户体验。具体采用何种组合方案实现OTT TV的直播节目传输，仍应依据具体网络环境及使用效果而定。

[1]史蒂文斯.TCP/IP详解[M].范建华，胥光辉，张涛，等，译.北京：机械工业出版社，1999.

[2] 杭州华三通信技术有限公司.组播配置举例[EB/OL]. [2014-03-01].http://www.h3c.com.cn/ProductsTechnology/Techno⁃logy/Group_Management/Other_technology/Representative_colloc⁃ate_enchiridion/200806/607843_30003_0.htm.

[3]章磊，程巍，高传善，等.域间组播与PIM-SM的域间改进[J].微型电脑应用，2003，19（10）：54-56.

[4]Cisco Systems.域间组播解决方案[M].韦新，译.北京：人民邮电出版社，2003.

腾讯：联手产业上下游建W iFi联盟

9月17日，腾讯宣布正在参与打造安全WiFi服务标准，并宣布与迈外迪、光音网络等国内数家商用WiFi服务提供商以及星巴克、万达广场等商家成立“腾讯安全WiFi联盟”。

该联盟的成立将加速免费WiFi全国布局，助力国家国家“数字城市”战略，同时，期望由此逐步规范免费WiFi服务接入标准，为网民提供随时随地安全上网的WiFi服务。具体来说，装有腾讯手机管家的手机可以自动搜索和连接识别为安全的WiFi热点，并实现免鉴权一键连接。并且，用户在联盟认证下的WiFi热点区域可以获得真假热点识别、数据传输加密保护和DNS保护等服务。据悉，迈外迪、光音网络、维盟、潮WiFi等国内商用WiFi服务提供商已加入该联盟，使得免费WiFi网络的覆盖范围得以延伸得更广。该联盟已经实现了对1万多家商场超市，1.5万多家咖啡馆，3.5万多家餐厅，以及45%以上的机场和火车站的WiFi覆盖。

Solution for Live OTT TV

LIU Mingliang,LIU Siyun,XIN Xiaomei
（Guangzhou Digital Media Group,Guangzhou 510000,China）

Multicast is one of the main solutions for live TV on Over-The-Top(OTT)box.The current states of OTT TV and the existing problems of OTT TV are introduced in this paper.Then the techniques of multicast are introduced.The technical requirements of live TV are analyzed according the use of scenarios based on OTT live TV,and the feasible solution of multicast technology used in live TV is proposed.The results show that the solution performs well.

OTT;multicast;live TV;IGMP

TN949

A

�� 京

2014-04-22

【本文献信息】刘明亮，刘思韵，辛晓玫.OTT TV的直播解决方案[J].电视技术，2014，38（20）.

刘明亮，硕士，珠江数码集团副总裁。