CN111343198A - 基于组播vlan技术实现广播视频ip化的***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于组播VLAN技术实现广播视频IP化的***和方法。该***包括DHCP服务器、信号源、SDN设备、业务交换机、C‑CMTS设备、KEY值机、分配器和CM设备；信号源与SDN设备连接，SDN设备和DHCP服务器分别通过网络与业务交换机连接，KEY值机和业务交换机连接C‑CMTS设备，C‑CMTS设备通过分配器分接至不同的CM设备。该方法主要是通过利用组播VLAN技术实现C‑CMTS设备双向业务、广播视频及视频点播业务等全业务IP化传输，有效利用C‑CMTS设备下行频点大带宽及上下行非对称传输特性，可充分提升频点带宽利用率，降低组网成本和维护成本。

Description

基于组播VLAN技术实现广播视频IP化的***和方法
技术领域
本发明属于广电技术领域，具体涉及一种基于组播VLAN技术实现广播视频IP化的***和方法。
背景技术
通信技术和广播电视技术的快速发展，有线电视网正向下一代广播电视网过渡。随着业务发展，用户对有线电视网络质量和承载能力提出了更高的要求，直播电视业务从标清、高清发展到4K/8K超清节目，上网业务增长到100M以上，直播以及点播视频节目数量均呈***式增长。而传统广电运营商接入网普遍采用75欧姆同轴电缆介质，直播电视节目固定占用无线频谱以广播形式进行下发，而数据业务通常要与直播节目争抢频谱，导致“上网快不起来”、“视频节目总数扩容困难”、“无法支持40Mbps以上码流的节目”等问题，使得运营商的基础接入网络陷入恶性循环。
C-DOCSIS是基于有线电视网络的宽带接入技术，能够实现大带宽入户、承载视频、语音和数据等综合业务，可以有效解决广电双向接入网的带宽瓶颈问题，满足用户对三网融合的需求。三网融合重要的技术特点是各种新业务都以IP作为承载协议，多业务融合构架在IP协议上，因此作为三网融合基础网络之一的广播电视网，IP化也就成为其发展的必然趋势。IP化的过程分为三个阶段，前端平台IP化、传输网络IP化和用户终端IP化，在数据上网业务的推动下，大多数广电运营商已经完成了前端和核心网的IP化改造。同轴接入网是目前广电运营商IP化网络改造的最后一个需要攻略的难点。
在C-DOCSIS***架构中，C-CMTS设备作为C-DOCSIS头端，连接同轴分配网络和汇聚网络，负责它们之间的数据转发，通过汇聚网络接入运营商的业务***、配置***及网络管理***。在传统组网中，视频业务包括点播和直播视频通常由QAM调制设备实现，C-CMTS负责双向业务的传输。利用QAM调制设备传输视频流，存在如下弊端：
1)节目的质量与数量受到频点带宽极大的制约。单个8MHz频点在64QAM调制下的带宽为38Mbps，约能放4套高清(MPEG-4)，现在只能放一套4K节目。
2)直播节目长期占用大量带宽。无论是否有实际用户观看，所有的直播节目全部都在信道中传输，这导致即使节目数量不增加，但随着单个节目的码率提升，现有频点仍会逐渐无法满足未来的大码率视频。
3)点播节目数量受限。点播节目的特点是完全个性化，每个用户点播的节目在传输时都是不同的内容，占用大量带宽，超过一定数量点播后会造无法点播或者视频卡顿等现象。
4)无法充分利用频点带宽“碎片”。单个8MHz频点在64QAM调制下的带宽为38Mbps为例，高清节目以H.264编码，一套码率约为8～12Mbps，若按8Mbps计算，可传输4套高清，剩余6Mbps带宽无法再放节目，造成空置浪费。
5)用户接收端成本过高。基于QAM调试设备推送的直播、点播，采用RF传输，用户终端须由具备解DVB-C格式的高频头来接收，将其转化为TS流，再由STB转化为模拟信号传送至用户设备，要求用户接收端必须采用运营商提供的特质接收盒，无法实现社会大众化，导致***格居高不下。
6)维护费用高。该模式下不仅需要维护QAM设备，还需要维护配套使用的C-CMTS设备，多套设备容易出现多个故障点，排查难度增加，耗费较多人力成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种解决上述弊端的基于组播VLAN技术实现广播视频IP化的***和方法。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一方面，本发明提供一种基于组播VLAN技术实现广播视频IP化的***。
所述***包括：DHCP服务器、信号源、SDN设备、业务交换机、C-CMTS设备、分配器和CM设备。信号源与SDN设备连接，SDN设备和DHCP服务器分别通过网络与业务交换机连接，业务交换机连接C-CMTS设备，C-CMTS设备通过分配器分接至不同的CM设备，CM设备与用户终端连接。
作为进一步的改进：
所述SDN设备用于将信号源发出的组播流推送至业务交换机，组播流进入业务交换机前打上VLAN标签；所述CM设备用于将用户终端提交的组播申请报文验证后打上VLAN标签，然后经过C-CMTS设备转发至业务交换机；所述业务交换机用于根据接收到的申请报文，将组播流经对应接入端口的C-CMTS设备转发至CM设备，组播流由CM设备发送至用户终端前剥除VLAN标签。
所述***还包括有连接至C-CMTS设备的KEY值机。所述KEY值机用于监测当前C-CMTS设备满足传输组播流的可用宽度由大到小的N个下行频点，并改变相应频点的触脚的电平，然后根据当前所有触脚的电平分布情况生成KEY值，并向C-CMTS设备反馈；所述C-CMTS设备用于根据接收的KEY值，通过上述的N个下行频点转发组播流，同时向CM设备发送带KEY值的DBC消息；所述CM设备用于根据KEY值锁定相应频点，接收并将相应的组播流输送给用户终端。
所述***还包括网络核心交换机，SDN设备通过网络核心交换机接入网络。
所述信号源包括直播信号源和点播信号源。
所述用户终端包括机顶盒、电脑等；机顶盒可采用市面支持安卓***的任何机顶盒。
所述CM设备为DOCSIS3.0或以上，支持多个频点接收及下行信道绑定功能。
所述KEY值机采用单片机，单片机优选采用SYM32芯片，以快速进行数据交互对比与反馈。
所述C-CMTS设备下行支持32频点。
另一方面，基于上述***，本发明还提供一种基于组播VLAN技术实现广播视频IP化的方法。
所述方法包括以下步骤：
1)信号源推出的组播流经过SDN设备，打上VLAN标签后推送至业务交换机，业务交换机在未收到组播申请时，不对组播流进行转发；
2)用户终端通过DHCP服务器下发的EPG列表选定节目生成组播申请报文，组播申请报文经过CM设备验证后打上VLAN标签，打上VLAN标签的组播申请报文经C-CMTS设备转发至业务交换机；
3)业务交换机根据接收到的组播申请报文，将从上层接收到的组播流转发至C-CMTS设备，C-CMTS设备将组播流转发至CM设备，CM设备将接收的组播流剥除VLAN标签后发送至用户终端。
作为进一步的改进：
所述C-CMTS设备将组播流转发至CM设备的过程为：
先通过KEY值机监测当前C-CMTS设备满足传输组播流的可用宽度由大到小的N个下行频点，并改变相应频点的触脚的电平，然后根据当前所有触脚的电平分布情况生成KEY值；C-CMTS设备根据KEY值选定用于转发组播流的N个下行频点，并向CM设备发送带KEY值的DBC消息；CM设备用于根据KEY值锁定相应频点，接收相应的组播流。
更进一步地，所述KEY值生成的过程为：
先通过KEY值机反馈当前可用宽带最大的频点N1的信道传输组播流，并将该频点的触脚置高电平取“1”；在当前频点宽带不足的情况下，再捆绑另一个宽带利用率最低的信道，同时将该信道对应的频点N2的触脚置高电平取“1”，以此类推直至第N个频点Nn可以满足输送的带宽；其余频点的触脚则置低电平取“0”；最后根据当前所有触脚的取值和排列情况即可生成KEY值。
相比于现有技术，本发明的优势在于：
本发明的***实现架构简单，无需复杂昂贵的设备，屏除复杂的QAM设备，节省大量的设备成本与后期维护成本；采用VLAN组播技术实现按需传送视屏流，可有效的节省带宽；用户设备接收端简化升级，祛除了传统DVB-C解高频头，降低机顶盒成本，同时无需指定机顶盒，极大程度解决了用户使用机顶盒的局限性。C-CMTS设备与CM设备还可采用下行信道动态捆绑技术，有效利用了信道碎片，结合信道均衡技术，节省带宽，提升网络利用率，最大限度提供用户网络带宽，提供了优异的网络体验。
附图说明
图1为优选实施例的***的结构示意图。
图2为优选实施例的方法的流程图。
图中标号为：1、终端设备；2、机顶盒；3、CM设备；4、分配器；5、C-CMTS设备；6、业务交换机；7、网络；8、DHCP服务器；9、SDN设备；10、直播信号源；11、点播信号源；12、网络核心交换机；13、KEY值机。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案作进一步非限制性的详细描述。
参考图1，本实施例的基于组播VLAN技术实现广播视频IP化的***，包括DHCP服务器8、信号源、SDN设备9、业务交换机6、C-CMTS设备5、分配器4、CM设备3、KEY值机13和网络核心交换机12。信号源包括直播信号源10和点播信号源11。信号源与SDN设备9连接，SDN设备9通过网络核心交换机12接入网络7。网络核心交换机12和DHCP服务器8分别通过网络7与业务交换机6连接。网络7为万兆城域网。业务交换机6连接C-CMTS设备5，C-CMTS设备5通过分配器4分接至不同的CM设备3，CM设备3与用户终端连接。KEY值机13连接至C-CMTS设备5。用户终端由连接CM设备3的机顶盒2和连接机顶盒2的终端设备1(一般是显示器)构成。CM设备3为DOCSIS3.0或以上，支持多个频点接收及下行信道绑定功能。KEY值机13采用SYM32芯片的单片机。C-CMTS设备5下行支持32频点。
SDN设备9用于将信号源发出的组播流推送至业务交换机6，组播流进入业务交换机6前打上VLAN标签；CM设备3用于将用户终端提交的组播申请报文验证后打上组播VLAN标签，然后经过C-CMTS设备5转发至业务交换机6；业务交换机6用于根据接收到的申请报文，将组播流经对应接入端口的C-CMTS设备5转发至CM设备3，组播流由CM设备3发送至用户终端前剥除VLAN标签。
KEY值机13用于监测到当前C-CMTS设备5满足传输组播流的可用宽度由大到小的N个下行频点，并改变相应频点的触脚的电平，然后根据当前所有触脚的电平分布情况生成KEY值，并向C-CMTS设备5反馈；C-CMTS设备5用于根据接收的KEY值，通过上述的N个下行频点转发组播流，同时向CM设备3发送带KEY值的DBC消息；CM设备3用于根据KEY值锁定相应频点，接收并将相应的组播流输送给用户终端。
参考图2，以上述***为基础，本实施例的基于组播VLAN技术实现广播视频IP化的方法，包括以下步骤：
1)信号源推出的组播流经过SDN设备9，打上VLAN标签后推送至业务交换机6，业务交换机6在未收到组播申请时，业务交换机6根据组播VLAN协议，将组播流控制在上联口不转发；
2)接入CM设备3，DHCP服务器8向CM设备3和C-CMTS设备5下发配置，CM设备3获得配置文件和EPG列表，CM设备3的配置文件包含有组播列表、***组播VLAN标签及解KEY的文件；用户终端通过下发的EPG列表选定节目生成组播申请报文，组播申请报文经过CM设备3的配置文件组播列表匹配，若与之相匹配，则打上VLAN标签，反之则丢弃报文，打上VLAN标签的组播申请报文经C-CMTS设备5穿通处理而转发至业务交换机6；
3)业务交换机6根据接收到的组播申请报文，将从上层接收到的组播流转发至C-CMTS设备5，C-CMTS设备5将组播流转发至CM设备3，CM设备3将接收的组播流剥除VLAN标签后发送至用户终端，用户即可收看所需节目。
其中，C-CMTS设备5将组播流转发至CM设备3的过程为：先通过KEY值机13监测到当前C-CMTS设备5满足传输组播流的可用宽度由大到小的N个下行频点，并改变相应频点的触脚的电平，然后再根据当前所有触脚的电平分布情况生成KEY值；C-CMTS设备5由KEY值选定用于转发组播流的N个下行频点，并向CM设备3发送带KEY值的DBC消息；CM设备3用于根据KEY值锁定相应频点集，接收相应的组播流。
具体的，KEY值生成的过程为：先通过KEY值机13反馈当前可用宽带最大的频点N1的信道传输组播流，并将该频点的触脚置高电平取“1”；在当前频点宽带步骤的情况下，再捆绑另一个宽带利用率最低的信道，同时将该信道对应的频点N2的触脚置高电平取“1”，以此类推直至第N个频点Nn可以满足输送的带宽；其余频点的触脚则置低电平取取“0”；KEY值机13最后根据当前所有触脚的取值和排列情况即可生成KEY值。

Claims (9)

1.基于组播VLAN技术实现广播视频IP化的***，其特征在于:
包括DHCP服务器(8)、信号源、SDN设备(9)、业务交换机(6)、C-CMTS设备(5)、分配器(4)和CM设备(3)；信号源与SDN设备(9)连接，SDN设备(9)和DHCP服务器(8)分别通过网络(7)与业务交换机(6)连接，业务交换机(6)连接C-CMTS设备(5)，C-CMTS设备(5)通过分配器(4)分接至不同的CM设备(3)，CM设备(3)与用户终端连接。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于：
所述SDN设备(9)用于将信号源发出的组播流推送至业务交换机(6)，组播流进入业务交换机(6)前打上VLAN标签；所述CM设备(3)用于将用户终端提交的组播申请报文验证后打上VLAN标签，然后经过C-CMTS设备(5)转发至业务交换机(6)；所述业务交换机(6)用于根据接收到的申请报文，将组播流经对应接入端口的C-CMTS设备(5)转发至CM设备(3)，组播流由CM设备(3)发送至用户终端前剥除VLAN标签。
3.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于：
还包括与C-CMTS设备(5)连接的KEY值机(13)。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于：
所述KEY值机(13)用于监测当前C-CMTS设备(5)满足传输组播流的可用宽度由大到小的N个下行频点，并改变相应频点的触脚的电平，然后根据当前所有触脚的电平分布情况生成KEY值，并向C-CMTS设备(5)反馈；所述C-CMTS设备(5)用于根据接收的KEY值，通过上述的N个下行频点转发组播流，同时向CM设备(3)发送带KEY值的DBC消息；所述CM设备(3)用于根据KEY值锁定相应频点，接收并将相应的组播流输送给用户终端。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于：
还包括网络核心交换机(12)，SDN设备(9)通过网络核心交换机(12)接入网络(7)。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于：
所述信号源包括直播信号源(10)和点播信号源(11)。
7.基于组播VLAN技术实现广播视频IP化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)信号源推出的组播流经过SDN设备(9)，打上VLAN标签后推送至业务交换机(6)，业务交换机(6)在未收到组播申请时，不对组播流进行转发；
2)用户终端通过DHCP服务器(8)下发的EPG列表选定节目生成组播申请报文，组播申请报文经过CM设备(3)验证后打上VLAN标签，打上VLAN标签的组播申请报文经C-CMTS设备(5)转发至业务交换机(6)；
3)业务交换机(6)根据接收到的组播申请报文，将从上层接收到的组播流转发至C-CMTS设备(5)，C-CMTS设备(5)将组播流转发至CM设备(3)，CM设备(3)将接收的组播流剥除VLAN标签后发送至用户终端。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，C-CMTS设备(5)将组播流转发至CM设备(3)的过程为：
先通过KEY值机(13)监测到当前C-CMTS设备(5)满足传输组播流的可用宽度由大到小的N个下行频点，并改变相应频点的触脚的电平，然后根据当前所有触脚的电平分布情况生成KEY值；C-CMTS设备(5)通过KEY值选定用于转发组播流的N个下行频点，并向CM设备(3)发送带KEY值的DBC消息；CM设备(3)用于根据KEY值锁定相应频点，接收相应的组播流。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述KEY值生成的过程为：
先通过KEY值机(13)反馈当前可用宽带最大的频点N1的信道传输组播流，并将该频点的触脚置高电平取“1”；在当前频点宽带不足的情况下，再捆绑另一个宽带利用率最低的信道，同时将该信道对应的频点N2的触脚置高电平取“1”，以此类推直至第N个频点Nn可以满足输送的带宽；其余频点的触脚则置低电平取“0”；KEY值机(13)根据当前所有触脚的取值和排列情况即可生成KEY值。
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