2022年IMS基本架构IPTV系统研究报告.docx

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1、精品学习资源基于 IMS 基本架构的 IPTV 系统争论作者: 杨维 屠嘉 高毅 来源: 通信世界网 发布时间 : 2007-07-11IP 多媒体子系统 IMS 作为下一代网络 NGN 标准架构下的多媒体子系统，为固定软交换网与移动软交换网供应了融合的体系架构；通过设置独立的归属用户服务器 HSS数据库促进了把握层面与数据层面的分别，实现了运营商对用户数据和业务数据的统一治理等；更重要的是IMS 系统架构实现了业务和把握层面的分别，运营商可以在这一架构下培育更多新业务；近期的标准争论说明，IMS 的架构应用于交互式网络电视IPTV 等流媒体业务正成为一个新的进展趋势；可以充分利用IMS 的架

2、构优势，如呼叫会话把握功能CSCF 应用到 IPTV 的用户认证、业务触发等方面，而 HSS 就可以更好地治理 IPTV 的用户数据；随着 IMS Based PES 标准技术的日益成熟，已经形成了一种基于IMS 核心网架构来解决公共交换电话网 /综合业务数字网 PSTN/ISDN 业务供应的新型模式；同样，对应到IPTV 系统，也可以接受类似基于IMS 核心网的架构来解决IPTV 业务供应的模式问题1-4 ；1 IPTV 架构介绍图 1 所示为 IPTV 系统架构； IPTV 通用系统的规律结构由内容运营平台、业务运营平台、内容传送CDN 业务网络、承载网络、家庭网络5 部分所构成；1.1

3、内容运营平台内容运营平台主要包括内容运营商平台以及第三方业务供应商供应的应用服务；内容运营商平台主要负责相关视音频节目播放系统和监管系统的建设与治理；其功能包含业务规律处理、业务数据处理，视音频节目内容的组织、制作、审核、储备、转播、内容安全等；第三方业务供应商主要供应在线玩耍、信息服务、电子商务、互动节目等应用服务，通过内容运营商平台发布，供用户订购后使用；1.2 业务运营平台欢迎下载精品学习资源业务运营平台是运营商有效治理 IPTV 用户、内容供应商、业务供应商等的多功能平台；包括业务治理、服务供应商 /内容供应商 SP/CP治理、用户治理、内容治理和内容计费等功能，并实现与外部的运营支持

4、系统 / 商业支持系统 OSS/BSS互连；业务运营平台主要由业务处理系统、内容治理系统、运营支撑系统、内容分发系统、电子节目指南 EPG 系统、机顶盒版本治理系统、话单服务系统、接口系统以及各种业务功能模块等组成；1.3 CDN 业务网络业务网络的基本原理是把业务内容视音频节目内容 推送到网络边缘，为用户就近供应服务，从而有效提高服务质量，降低骨干网络的传输压力；同时，通过灵敏配置边缘视频服务器的部署方式，有效解决视频网络的伸缩性问题；业务网络的核心技术是内容服务分发机制；内容传送业务网络性能特点如下：1完备的内容分发功能；主要的分发技术主要包括：推PUSH分发、拉 PULL 分发、镜像分发

5、；无论何种分发技术都能够支持多种媒体文件的分发播放；2支持两级调度机制：面对运营商的节目内容调度机制、CDN 网络节点间双向对等调度机制；3特殊的直播中继与转发功能；对直播业务，假如城域网组播才能比较弱，在暂时无法通过全网组播方式开展直播业务的情形下，可借助CDN 分发网络实现直播业务的中继和转发；4高性能运算， CDN 中的服务器是一个典型的多线程体系结构的软件服务器，无论从内存推测调度，节目分盘储备，仍是多并发视频流稳固输出，都接受了多线程技术；5接受统一的视频泵支持多种流媒体格式；可解决支持多种流媒体文件格式并发困难以及实现全面负载均衡等问题；6为了支持大规模并发和各种复杂的传输网络，C

6、DN 业务网络接受流结构实现视频信息传输；7CDN 系统分盘储备技术全面利用了硬盘资源和系统输入输出IO 性能，不但能够提高系统的并发才能，而且平稳了硬盘的负载，能够有效延长硬盘的平均使用寿命；8直播中继；在不支持全网组播的情形下，将直播节目通过CDN 网络，经由一级节点、二级节点层层中继到边缘节点，边缘节点再结合网络具体情形以单播或组播的方式为最终用户供应直播服务；9内存预读缓冲技术 Caching & Pre Dissu Tech 和服务质量 QoS 把握；10CDN 系统接受开放式结构，可支持直接附加储备DAS 、网络附加储备 NAS 、储备区域网 SAN 等多种共享储备设备；11 可扩

7、展技术将网络平滑扩展成分级分布式流媒体服务网络，使从百级到上万级的流服务都有牢靠的服务质量保证；1.4 承载网络承载网络主要由接入路由器、宽带接入远程服务器BRAS 、ADSL 接入复用器 DSLAM 和调制解调器 MODEM 等设备组成，全部这些设备共同负责将 IPTV 业务流从视频服务网络传送到用户终端；对点播类业务，宽带接入网络只供应用户接入把握和数据传送通道，同时保证IPTV 点播业务的 QoS，业务的把握就是由业务治理和终端实现；对直播类业务，宽带接入网络在实现传送功能同时，仍可以进行直播业务权限把握、直播业务统计等功能，同时保证IPTV 直播业务的 QoS；1.5 家庭网络针对家庭

8、信息业务日趋丰富的趋势，IPTV 系统在家庭业务以及统一接入等方面为用户构建了功能强大的网络解决方案；机顶盒作为家庭网络的一个重要组成部分，已经形成了系列化；针对不同的IPTV 用户需求可供应从低端到高端多种系列的机顶盒设备；2 IMS 系统架构介绍2.1 NGN IMS 网络架构欢迎下载精品学习资源图 2 所示为 NGN IMS 的网络架构 会话把握、承载 ，下面介绍一下该网络架构中主要规律实体；1P-CSCF代理-呼叫会话把握功能 P-CSCF主要完成用户 IMS 业务的代理功能、信令的安全性功能、承载的授权功能、计费策略下载功能等；在用户设备UE 获得 IMS 服务时， P-CSCF 是

9、第一个联系节点；用户设备通过一个“本地 CSCF 发觉 ”流程来得到 P-CSCF 的地址； P-CSCF的作用就像一个代理服务器，它把收到的请求和服务进行处理或转发；主要完成和用户接入的相关功能，如信令压缩、安全性等；P-CSCF 的引入使得业务的接入和把握得到了分别，使得归属业务把握成为可能；2I-CSCF查询-呼叫会话把握功能 I-CSCF 主要完成归属网络 S-CSCF 的支配功能 用户注册时 、IMS 呼入的路由功能；在有些情形下，不同的网络运营商之间可能需要隐匿内部的规律，此时需要隐匿网络拓扑的网络会在网络接口处插入一个设备，称为I-CSCF，该设备对进出本网络的会话初始协议SIP

10、信令进行转接，隐匿SIP 信令中的内部路由信息；3S-CSCF服务-呼叫会话把握功能 S-CSCF主要完成用户的认证、注册、业务授权、业务触发、业务路由、计费等功能；S-CSCF 执行会话把握功能，它可以依据网络运营商的需要，爱惜会话状态信息；在同一个运营商的网络中，不同的S-CSCF可以有不同的功能； S-CSCF 是为用户服务的主要服务节点，在用户注册期间进行支配；P-CSCF 和 S-CSCF 两者协作完成 IMS 的业务归属把握特性；4BGCF出口网关把握功能 BGCF 用来选择与 PSTN 或电路域 接口点相连的网络；假如BGCF 发觉自己所在的网络与接口点相连，那么BGCF 就选择

11、一个媒体网关把握功能 MGCF ，该 MGCF 负责与 PSTN或电路域 的交互；假如接口点在另一个网络，那么BGCF 就把会话信令转发给另一个网络的 BGCF ；BGCF 在选择与 PSTN 相连的网络的时候，可以使用本地路由配置，也可能会利用收到的其他协议交换得到的信息；5MGCFMGCF 是 IMS 把握面与传统 PSTN/CS 网络的互通点；把握IMS-MGW 或 T-MGF 以完成媒风光的互通 通过 H.248 ；在 IMS 侧与 I/S-CSCF 互通，在 PSTN/CS 侧完成 SIP 到 BICC/ISUP 协议转换；6HSSHSS 储备 IMS 用户的签约数据、业务属性数据、

12、位置信息、鉴权信息等；也可供应传统的归属位置寄存器HLR 功能如电路域 CS 签约数据、分组域 PS签约数据 和各种接口 如 Diameter、MAP ；7SLF签商定位功能 SLF 依据 SIP 统一资源标识符 URI 定位 HSS，需要拜望 HSS 的实体均需调用 单一 HSS 环境下不需要调用 ；8AS业务服务器 AS 主要完成业务规律的把握和执行；9MRFC媒体资源把握功能 MRFC 是 IMS 域内部的媒体把握资源功能；MRFC 爱惜、把握 MRFP 中的媒体资源 通过 H.248 ；与 S-CSCF 互通，间接欢迎下载精品学习资源接受 AS 的把握；在 IMS 建设初期可以考虑内置

13、在AS 中；10MRFP媒体资源功能 MRFP 是 IMS 域内部的媒体资源功能，接受MRFC 把握 通过 H.248 ，供应声码器资源、通知音资源、会议桥资源等；11RACS资源把握子系统 RACS 主要完成治理把握、资源预留、策略把握、网络地址转换NAT 穿越和把握等功能； Gq属于 Diameter 接口，完成与核心网的交互，与 NASS 共同完成 QoS 和策略把握等功能；12NASS网络附属子系统 NASS 主要完成 UE 终端 IP 地址的支配、接入网络的配置、接入网络的鉴权和认证等功能；2.2 IMS Based PES 网络架构IMS Based PES 网络架构如图3 所示；

14、 IMS Based PES 系统在 IMS 架构的基础上新增接入网关把握功能AGCF 实体，其他实体均与IMS 原有实体对应，但在功能上有差异和扩展；传统的终端和/或拜望节点通过媒体网关MG 和网关 GW 接入公共交换电话网/ 综合业务数字网仿真子系统PES；接口协议可以是 H.248P1 参考点 或 SIPGm 参考点 ，假如网关类型是 MG ，协议接受 H.248；假如网关类型是 GW，协议接受 SIP；独立的PSTN/ISDN 子网也可以通过中继媒体网关连接Mn 参考点 ；AGCF 功能实体是为 PES 特殊定义的，是从 MG 和 GW 拜望 PES 的第一个接触点，功能如下：作为 M

15、GC 把握各媒体网关与 RACS 子系统进行交互与 NASS 子系统进行交互以猎取用户线属性信息通过 P1 参考点实现模拟信令与SIP 信令之间的转换与其他 IMS SIP 功能实体作为 SIP 用户代理工作对于媒体网关后面的传统接入终端执行P-CSCF 的功能 例如治理 SIP 注册过程、产生用户身份关联标识，以及生成计费标识 AGCF 对于其他 CSCF 来说实际上是一个 P-CSCF；SIP 信令遵循 Mw 参考点定义；3 IMS Based IPTV 系统争论3.1 IMS Based IPTV 网络架构IMS Based IPTV 网络架构如图 4 所示；借鉴 IMS Based P

16、ES 系统的思路和想法， IPTV 系统也可以使用IMS 核心网元来完成用户的鉴权认证及相关业务服务器的地址猎取工作，同时利用IMS 核心网元完成终端和IPTV AS 之间的消息转发传递工作，也可以接受IMS 系统中的 SIP 呼叫方式完成 IPTV 媒体地址的协商和传送；增加H-CSCF 规律功能实体的目的和作用主要有两点：一方面是通过H-CSCF 完成超文本传输协议 HTTP到 SIP 的转换，全部基于 Web 的终端都可以享受到IMS 核心网络的服务，而不仅仅局限于IPTV 的机顶盒 STB 客户端；另一方面，后续很多基于 Web 的终端 包括 STB所期望享受的服务不仅仅是IMS 网络

17、供应的，仍有很多是基于互联网的服务，如网络玩耍、资讯浏览等不适宜IMS 核欢迎下载精品学习资源H-CSCF 进行旁路；心网供应的服务，这些服务可以通过H-CSCF 和 I/S-CSCF 之间的接口 Mw 接受 SIP， STB 和 H-CSCF 之间的 H1 接口接受 HTTP ，H2 接口为 H-CSCF 和治理系统 /外部数据库等之间的接口； H-CSCF 基本上就是由 IPTV 的 EPG 系统改进升级而来，同时具有P-CSCF 的功能；IPTV 系统中的 CDN 网络可以对应到IMS 系统中的媒体资源功能 MRF 网元； STB 接受目前的终端，主要支持超文本传输协议/ 实时流式媒体协

18、议 HTTP/RTSP 等； IPTV 需要进入 IMS 核心网的原就定义涉及鉴权认证、计费、QoS，以及需要和 IMS 业务的交互等，这样就可以直接使用IMS 系统架构下的QoS、计费等解决方案来解决IPTV 的 QoS 和计费等需求；3.2 IMS Based IPTV 用户认证流程机顶盒要设置H-CSCF 的地址和版本服务器的IP 地址才能接入 IPTV 业务；用户认证流程如下：1机顶盒开机自检；2向宽带接入请求网络接入；3网络接入成功，取得IP 地址和建立网络连接；4向机顶盒版本服务器请求版本更新；5机顶盒版本服务器检查版本是否需要更新，如需要更新，返回最新版本，否就告知机顶盒不需要版

19、本更新；6机顶盒更新版本；7向 H-CSCF 发登陆请求；8H-CSCF 返回登陆页面；9用户输入帐号和口令，向H-CSCF 提交业务认证请求；请求经H-CSCF 到达 IMS 核心网；10IMS 核心网和相关功能实体交互，认证通过后形成暂时身份证和授权信息，并通知IPTV AS 用户鉴权认证通过；11IMS 核心网把认证结果 +暂时身份证 +授权信息返回给 H-CSCF， H-CSCF 依据这些信息生成新的页面，并连同前述信息一起返回给机顶盒；12 机顶盒更新 EPG 并登记授权信息和身份证书；3.3 IMS Based IPTV 点播业务流程点播流程 即 VOD 是指用户播放已订购节目的流

20、程；用户通过H-CSCF 选择已订购的点播节目，向系统发出点播请求，并最终得到视频流；具体流程如下：1用户依据 EPG 选择已订节目，通过H-CSCF 向 IMS 核心网发出呼叫请求；2IMS 核心网检查用户信息，初始过滤标准iFC 触发到 IPTV AS 进行处理；3IPTV AS 通过和 CDN 网络交互，确定最终服务的视频服务器和视频流信息，并通过核心网返回给H-CSCF ；4IPTV AS 向运营支持治理系统发送计费信息；5H-CSCF 将服务的视频服务器和视频流信息及相关授权信息返回给机顶盒；欢迎下载精品学习资源6机顶盒携身份证书和授权证书向选定的视频服务网络发送视频连接请求；7视频

21、服务网络通过 OSS业务把握系统进行身份证书和授权证书的校验，同时在OSS 治理系统内生成业务统计信息；8校验通过后，视频服务网络答应建立视频连接并给机顶盒应答；9视频连接建立成功后，机顶盒与视频服务网络中的流媒体服务器进行视频流传输；假如视频内容受数字版权爱惜，就机顶盒解码视频之前仍需要进行数字版权验证的使用流程；在视频流传输中，用户可以发起快进、快退、暂停等视频录放VCR 操作，这些操作流程在机顶盒和流媒体服务器之间完成；4 终止语IMS 系统架构已经成为目前公认的下一代融合的网络架构，其业务供应模式和QoS 解决方案都有特地的标准组织进行分析和技术支持；后续IMS Based IPTV

22、系统可以考虑和现有的IMS 业务进行结合，如在线业务、视频会议业务等；仍可以考虑和移动的流媒体业务结合，同时为移动终端供应 IPTV 服务5-6 ；作者简介：杨维，浙江高校信息工程专业毕业；现任中兴通讯股份有限公司网络事业部系统一部工程经理；主要争论领域为传统电信网络向NGN 的演进、 NGN 系统下三网融合的网络架构和业务供应等；屠嘉顺，东南高校电子工程系毕业；中兴通讯股份有限公司网络事业部系统一部副部长；长期参与中国和国际标准制订工作，完成多项中国通信标准和国际通信标准提案，现任ITU-T Q8/SG13NGN业务场景和应用模式 课题组报告人； 高毅，南京高校运算数学专业毕业；中兴通讯股份有限公司有线网络产品标准争论总监；长期参与中国和国际通信标准制订工作，现任CCSA 网络与交换技术委员会信令协议工作组副组长；欢迎下载