下一代IPv6网络与多媒体技术

基于下一代网络的大规模媒体服务主讲人邢卫2006年5月26日一、应用展望3需求强烈、技术合适媒体服务满足人们精神文化生活需求影视娱乐欣赏、新闻传媒、图书影像发行教育培训、医疗卫生、信息服务等下一代互联网适合发展大规模远程媒体服务地址空间更大设计更安全服务质量保障核心技术渐已成熟视频编解码、大规模组播、QoS保障数字版权管理、认证计费、终端播放和机顶盒4发展迅速、潜力巨大国际公司积极推动网络多媒体和流媒体应用欧洲：英国电信、意大利FastWeb、法国电信等北美：美国部分电信运营商使用有线电视网和电信网相结合，提供视频业务国内网络流媒体业务正在稳步发展中国电信准备IPTV商用中国网通宣称开通大规模IPTV业务央视开播CCTV网络电视新闻与娱乐频道5市场广泛、意义重大市场需求与应用前景广阔突破传统模式：融合流媒体直播、录播、点播、自主节目下载等渗透众多应用领域：广电、电信、娱乐、教育、医疗、政府等部门远程媒体服务与IPv6互动发展IPv6支持流媒体发布所需QoS保证、大规模组播、安全和多业务融合等技术；大规模媒体服务将成为推动IPv6发展的重要业务6目前网络技术与媒体服务存在的挑战目前媒体服务、流媒体传输发展迅速，但是在现有Internet上存在问题Internet的无连接包转发机制主要是为突发性数据传输设计的，不适合传输连续媒体流网络传输的瓶颈问题突出IPv4带来的地址空间严重不足、数据传输缺乏质量保证、数据安全性难以保证和对组播功能支持有限等问题安全加密、数字版权管理的问题7IPv6的发展提出IPv4定义的有限地址空间将被耗尽使用NAT技术来共享IP地址，造成私有地址网络的连接问题妨碍互联网的进一步发展Internet主干网路由器有维护大型路由表的能力层次路由机制平面路由机制需要地址配置简单化越来越多的设备使用IP地址地址配置自动化IP层安全需求标准的数据通信加密服务更好的实时QoS支持的需求IPv4QoS依赖于IPv4服务类型字段、端口身份论证等只适用于局域网络，绝大部分的实际应用设备都不支持8IPv6关键技术—基础技术庞大的地址空间以及层次化实现128位IP地址，即有2128-1个地址,NAT地址转换技术将不再需要简化的报头和灵活的扩展将包头开销降到最低，提高路由处理效率IPv6包头之后的扩展包,仅受到整个IPv6包最大字节数的限制网络层的认证与加密全面支持IPSec，提供基于标准的网络安全解决方案服务质量的满足允许用户对通信质量提出要求，包括使用IPSec加密的用户在内9IPv6关键技术—基础技术对移动性的更好支持支持移动IP地址的自动配置、自动转交、优化路由选择等高效的层次寻址及路由结构大大降低了路由器的寻路和存储开销路由器不再做分段工作，分段仅由发送主机进行增强的组播与流量控制不再有广播地址，而是使用面向链路局部范围内所有节点的组播地址自动配置，即插即用的连网方式包括全状态和无状态地址配置方式无状态配置方式中，在线主机自动获得本地路由器地址前缀等相关配置ICMPv6路由器请求和路由器发布报文用于邻节点交互的新协议替代了ARP请求支持1280字节不分段数据包10IPv6带给网络媒体服务的优点自动配置，即插即用的连网方式简化了流媒体系统的部署完善用户管理功能基于IPSec的认证与加密技术保证了有条件接收技术中相关数据传输的安全性高性能的传输网络IPv6的简化报头、高效的路由机制带来了网络性能的提高和组网成本的降低11IPv6带给网络媒体服务的优点服务质量QoS在IPv4的基础上作了一定的扩充对各种多媒体信息根据紧急性和服务类别确定数据包的优先级定义了专门的QoS域，大大减小rsvp的开销12基于IPv6的多媒体技术的优点加强了组播功能实现基于组播、具有网络性能保障的大规模视频会议和高清晰度电视广播的应用(高带宽)取消了广播使用一个“所有节点”组播地址来替代IPv4广播地址使用有限组播地址的替代局部广播增加了标识和范围字段，防止了组播地址的冲突13国内研究与应用现状我国CERNET2和CNGI-6IX项目初步开展了IPv6组播技术研究制定CERNET2组播地址分配方案进行CERNET2组播路由设计开发IPv6组播监控系统调试基于IPv6的大规模、强交互组播视频会议系统开发具有HDTV和SDTV质量的组播视频广播系统在CERNET2上进行技术验证，并投入试运行和服务浙江大学IPv6网络2004/12/23开通IPv6多媒体服务网站14国外研究与应用现状韩国电子通信研究院(ETRI)中国台湾2002年开始的E-Taiwan计划绝大多数ISP都支持IPv6,已有TaNet,TWAREN等实验网络HiNet开展IPv6多媒体服务欧洲6INIT开展的研究中，包含QoS,IPSec,VOIPv6等二、关键技术工作媒体服务系统总体要求和技术规范的制定网络体系架构和组网总体方案的制定自主知识产权的成套设备与软件的研究开发示范网络建设与业务试验16总体技术规范的研究制定（1）远程媒体服务的范围和服务形式流媒体直播、流媒体录播、流媒体点播、自主节目下载、互动流媒体节目及其业务设置、操作管理、结算形式等等（2）远程媒体服务系统的整体技术构成规范媒体服务中心系统、用户接收终端系统构成对连接服务中心与用户端系统的网络的功能性能要求17总体技术规范的研究制定（3）媒体服务中心的软硬件系统技术规范各种业务单元设备的逻辑接口、功能规范和主要性能指标编码器、流发送器、数据发送器、节目单发送器、授权发送器、点播接入器、运行控制器等编码器和流发送器支持的视频编码标准媒体服务中心系统内的所有协议规范媒体服务中心系统内部的逻辑构成和物理组网的方案18总体技术规范的研究制定（4）媒体服务系统的网络平台技术规范主干传输网络的技术规范，包括接口设备规范、网络传输方式和性能指标（包括QoS保障性指标）接入网络的技术规范，包括多种接口转换设备的规范，接入网络的功能和性能指标描述网络体系架构的技术规范，如不同接入网通过网关融合的多种协议堆栈结构19总体技术规范的研究制定（5）媒体服务系统的用户接收终端系统的技术规范不同用户终端形式（如计算机、机顶盒＋电视机）、不同接入形式（如局域网接入、HFC直接接入等）技术规范媒体服务编码类型，前端可能输出各种编码类型和参数组合终端应达到视觉质量指标（分辨率、帧率等）20网络体系架构与组网总体方案（1）以CNGI为核心的“树网混合状”的新型网络概念体系架构、适合远程媒体服务“以点到面”广播发送为主、双向交互通信为辅的网络传输服务模型（2）研究IPv6的服务特点，开发实现面向远程媒体服务基本传输基本模式（实时发布服务、可靠发布服务、实时互动服务、可靠互动服务）（3）提出以IPv6网络为核心，融合IPv4、DVB-C等多种接入网络的组网实现方案，包括：在IPv6基础上的树状逻辑子网与网状逻辑子网的实现；多种接入网络与IPv6网络的融合互联的方案21网络体系架构与组网总体方案（4）整个远程媒体服务系统由分布式多级中心构成复制结点用户终端一级网络电视服务中心接入网接入网或驻地网二级主干网一级主干网CNGI接入网...CNGICNGI...二级网络电视服务中心22服务中心系统成套软硬件开发（1）媒体服务中心系统内各种单元设备集成和研制开发集成或研制开发编码器、流发送器、数据发送器、节目单发送器、授权发送器、流量检测仪、点播接入器、运行控制器等（2）信源管理系统按照信源的物理特性、编码格式、逻辑特性、播出计划等因素制定信源的存储策略、缓冲存储策略、分类与检索策略；开发信源存储与检索子系统、信源缓冲存储分发与管理子系统。23服务中心系统成套软硬件开发（3）资源管理调度系统管理媒体服务中心平台的通道划分、带宽划分、时段划分等资源分配实时优化调度，生成推送计划表（4）播出网络管理与控制系统从推送计划表实时动态生成节目单、授权控制信息、设备任务表等信息，管理和控制整个服务中心系统的各种设备运行（5）用户管理与计费系统管理系统上的多个运营商、多种业务和用户信息支持多用户、多业务计费，支持点播付费，以及用户与运营商之间、多个运营商之间的结算24接入终端设备与软件的开发（1）普通计算机的远程媒体服务终端应用软件接入方法与软件（协议堆栈）集成、整合开发各类远程媒体服务的界面设计研究制定操作系统及其应用软件的性能保障机制，优先级、线程管理等关键技术的设计和实现软件体系结构设计保持各种业务模块的一致性和重用性支持对多种视频编码标准的统一的支持保证解码回放的服务性能。25接入终端设备与软件的开发（2）电视机前置机顶盒嵌入式系统架构和嵌入式技术的研究开发各类标准业务（视频直播、视频录播、视频点播、自主节目下载、互动流媒体节目）的用户操作节目设计，特别是服务导航界面的设计和操作界面（遥控器）设计机顶盒内部支持各类业务的软硬件体系结构研究，以及保障实时视频业务流畅播放的软硬件机制支持多种视频编码类型的软硬件系统结构和实现方法的研究择优选择实现方案，予以设计实现。26典型示范系统三、我们的工作28基于IPv6、融合多种接入网络大规模网络媒体服务系统完全符合IP标准的融合多种接入网络能够支持大容量媒体组播推送能够支持实时信息互动流媒体推送平台接入服务器ICP接入服务器服务中心SMR（IP-DVB封装）单向IP网络(使用IP/DVB的HFC)WAN1交互式IP网络(Internet)WAN2LAN用户终端智能终端边缘路由设备PC终端用户终端电视机多种接入方式29系统特点—丰富的多媒体应用媒体服务中心系统能够向终端系统提供以下主要的服务形式：视频直播：服务中心实时进行视频的编码和推送视频录播：服务中心将预先制作好的视频节目以流媒体形式向终端推送视频点播服务视频交互答疑咨询数据文件及目录的推送和下载信息公告、通知、新闻等多媒体信息发布30系统特点—高组播带宽融合有线电视网与交互式IP网络(Internet)充分利用了有线电视基础网络天然的组播和高带宽特性与目前的商业宽带互联网有机结合初步解决了组播应用中的带宽瓶颈31系统特点—多种网络融合基于融合网络拓扑结构与组网技术，解决远程大规模接入问题基于广电SDH网作为IP组播传输主干网以商业宽带网络为IP交互传输网集成WiMax与DVB为IP接入网络融合IP、WiMax与DVB的组网技术SDH骨干网有线电视网络HFCIPOverSDHIPOverDVB/HFCDVB和Wireless接入有线电视无线宽带Internet网络管理和接入控制IPOverWireless融合IP、WiMax与DVB的组网技术32系统研究内容研究融合网络的传输服务与管理控制技术高质量视音频组播技术、高效可靠多媒体信息广播技术QoS管理技术、网络资源自适应调度与均衡技术服务接入控制技术SDH骨干网有线电视网络HFCIPOverSDHIPOverDVB/HFCDVB和Wireless接入有线电视无线宽带Internet网络管理和接入控制IPOverWireless网络管理和接入控制高质量视音频组播和可靠多媒体信息广播技术研究QoS管理技术、网络资源自适应调度与均衡技术安全访问与接入控制技术研究33系统研究内容研究开发融合网络平台的服务与管理系统融合WiMax、IP、DVB的网络接入服务系统开发综合DVB、WiMax的用户接入系统开发融合网络平台的综合管理与运行维护系统开发融合WiMax、IP、DVB的接入服务系统融合网络平台管理和维护平台SDH骨干网有线电视网络HFCIPOverSDHIPOverDVB/HFCDVB和Wireless接入有线电视无线宽带Internet网络管理和接入控制IPOverWireless网络管理和接入控制综