基于IMS的IPTV的研究与设计

基于IMS的IPTV的研究与设计第1章 绪论1.1 选题的目的和意义 近年来，随着计算机技术、通信技术和互联网技术的快速发展，视频增值业务的应用范围正逐渐从传统的专业领域、大型企业等高端用户向中小企业等普通用户和个人用户拓展1，2。目前IPTV(网络电视)系统是一个独立的网络，与电信的视频电话网络、政企专网(如：视频监控网络)是并行的网络，网络之间的资源没有融合，各个网络的业务没有得到充分有效的共享3，4。 本文设计了一种基于IPTV系统的多媒体视频业务的融合构架模型，实现了IPTV网络与传统的电信网络、监控网络的融合，并根据此模型设计了初步的实现方案，同时给出了基于IPTV系统的多媒体视频业务的工作原理及呼叫流程。IPTV在提供TV类业务的基础上，希望能逐步提供更多的增值业务，而这些增值业务基本属于NGN(Next Generation Network下一代通信网络)或宽带互联网业务。NGN也需要在提供话音通信的基础上，逐步提供多媒体业务、流媒体业务、内容和信息服务业务，NGN的体系架构中已为流媒体业务留出了空间。可见NGN与IPTV都正在从自己所最擅长的业务领域向对方的业务领域拓展，Triple Play是IPTV与NGN的共同追求，双方走向融合是必然趋势，而IPTV与NGN融合的动因有如下几方面5。 (1)标准组织的积极推动。因为NGN是一个大“筐”，可以将IPTV装入自己的框架。ITU-T(国际电信联盟远程通信标准化组) 的 FG IPTV 正在开展基于NGN的IPTV架构研究，ETSI TISPAN也在做类似的工作。由于IMS是公认的融合网络体系架构，将IPTV纳入IMS架构也有其合理性。 (2)从运营商的角度看，融合是信息通信业发展的大趋势。一种业务一个网络的局面不应该重演，运营商希望建立一个真正的宽带融合网络，而不应该让IPTV与NGN完全分裂。IPTV与NGN都是电信运营商主导的技术方向，都强调可控制、可管理、可运营，其发展理念是一致的，二者都基于电信级IP承载网，可以说二者有共同的价值观，有融合的基础。NGN从继承传统电信业务开始向多媒体增值业务方向发展，IPTV从继承电视业务开始向多媒体增值业务发展，二者的方向是一致的，都希望实现通信与媒体娱乐业务的融合。 (3)从用户的角度看，通信业务与媒体娱乐业务的融合能给用户带来新的体验，用户希望得到融合的服务，如统一受理、统一认证、统一帐单。 IPTV与NGN的融合可以体现在商业运营、承载层、终端、业务层、控制层等多个层面。在商业运营上，可以实现二者的业务捆绑、OSS/BSS融合；在承载层，二者可以共享统一的IP承载网和接入网；在终端层，可以利用融合终端(STB+IAD功能)或家庭网络，使用户获得通信与TV相融合的业务体验；在业务管理层，可以通过建立综合业务管理平台，实现对IPTV与NGN的用户、产品、SP/CP、门户等的统一管理；在业务上，无论是NGN还是IPTV，均在向通信与媒体娱乐业务融合的方向发展；而控制层的融合是融合的最高境界，可寄希望于IMS，通过扩展IMS实现对IPTV的业务控制，完成IPTV与NGN的真正融合。 NGN电信网络基本上提供的是语言业务，其使用终端设备是POTS设备，而提供给用户的视频业务仅在少数高档用户及企事业单位使用，使用范围受到很大限制，限制多媒体视频业务使用的主要原因是支持视频业务的终端设备昂贵，无法普及到百姓家庭中，目前市场提供视频终端支持的协议主要是SIP协议和H.323协议。IPTV系统中终端设备是手机+电视，提供给用户的是VOD节目、电视直播和游戏等节目，而电视的宽大屏幕没有在传统电话业务中得到利用。在NGN网络中如何把POTS电话和IPTV系统中TV有机结合实现视频业务，本文就是解决如何利用IPTV系统中终端设备和NGN网络中POTS电话共同完成视频业务融合方案。1.2 研究的主要内容 IPTV即网络电视,是目前一种新兴的网络应用，它利用宽带互联网的基础设施，以家用电视机作为主要终端，通过互联网协议（IP）来提供包括电视节目在内的多种数字媒体服务及其增值业务的技术。IPTV最大的优势在于“互动性”和“按需观看”，彻底改变了传统电视单向广播的特点1。它的出现极大的满足了用户（文中的用户是指安装了IPTV客户端的消费者，客户是指IPTV服务提供商和运营商）对在线影视欣赏的需求。IPTV的发展十分迅速，国际上，UT斯达康、微软、西门子、阿尔卡特、惠普等，国内的华为、中兴和盛大等厂家都投入了IPTV的开发和研究。国外早已有IPTV的商业运营系统，英国Video Networks公司早在1999年就推出了IPTV业务。国内截至目前，首个IPTV已在上海投入商业应用，并且中国电信已在五省市进行IPTV试点，IPTV在国内和国际都有广阔的发展前景。为了提供“互动性”和“按需观看”，系统需要提供和用户交互的界面，供用户浏览系统提供的节目信息并选择要欣赏的节目。在IPTV系统中由IMS（Electronic Program Guide电子程序向导）服务器提供这套界面。IMS是一个当前和将来节目信息的交互式节目安排表，用户通过操作遥控器进行浏览2。IMS模块在整个IPTV系统中是至关重要的，它是整个IPTV系统的门户。IMS给用户提供一个容易使用的、界面友好的、可以快速访问节目的一种方式。因此，用户对IPTV整个系统的评价在很大程度上取决于IMS。提供简单易用、快速、稳定、美观的交互界面是IMS的首要目标。第2章 IMS的技术变革与适用性2.1 基于NGN框架下的IMS技术 下一代网络(NGN)从其概念提出之日起，关于它的名称、定义和业务范围的讨论就是热点话题，到后来关于它的业务层采用何种技术也成为一个焦点问题。起初业务层网络技术以软交换(Softswitch)技术为主，认为NGN是提供多业务和网络融合的系统；后来又出现了IP多媒体子系统(IMS)，认为IMS将会取代软交换成为NGN在业务层的主要网络技术。那么NGN、软交换和IMS的关系如何？软交换的作用何在？下面就这些问题进行分析和探讨。1NGNNGN是英文NextGenerationNetwork的缩写，字面意思是下一代网。从字面上理解这一概念不准确，因为下一代网后面出现的网络还可以叫下一代网络。实际上，目前研究的NGN是一个基于分组的核心网络(有别于先前的时分复用网络)，能够提供包括电信业务在内的多种业务，支持多种宽带能力和具有按需求的服务质量(QoS)进行传送的技术，实现与业务相关的功能与底层传送技术的独立。它可以根据用户的选择自由地接入网络、业务提供者和业务。因此，这个名字只是为了强调其相对于先前的网络有突破性或者革命性。NGN是个有能力提供全业务的网络，包括话音、数据、视频、流媒体、Internet接入、数字电视广播、移动等各种带宽、有线和无线的业务和应用，并提供开放的业务接口，允许多种业务提供商构建和提供业务。从用户的角度看，NGN包含现有业务环境(如电话业务、无线/移动业务、广播和分布式业务以及Internet等)提供的所有电信业务和应用。从NGN所提供的业务和应用可以看出，NGN业务和应用并不是一种革命性的目标，而是一种完美目标，即换一种技术方式实现现有所有网络的业务和应用，同时考虑未来可能出现的各种业务和应用。2软交换及其定位软交换是电信交换网络演进过程中实现承载与控制分离的一种技术。软交换利用分组数据网的信息传送的能力，把传统电路交换机的呼叫控制功能、媒体承载功能、业务功能进行分离。软交换机不再处理媒体流和业务的属性，只是负责基本的呼叫控制，用户的接入由各种用户网关来完成。软交换技术开始的出发点是采用承载与控制分类、控制与业务分离的思想，利用分组IP网的传送能力提供电信级的IP语音(VoIP)业务，使运营商能够更快更有效地提供各种满足不同用户群需求的基于话音的增值业务。由于IP分组网本身具有综合业务的传送能力，不仅可以传送IP化的话音，也可以传送IP化的视频和多媒体业务，因此人们自然想到软交换如果能够实现对这些业务的控制能力，这个网络就具备了在一个网络上提供多种业务的能力，实现电信界追求的网络和业务融合的理想。因此在基于软交换控制的网络中增加了宽带接入的会话初始协议(SIP)用户，在软交换的控制下提供宽带的视频业务、多媒体业务和一些数据业务。但是NGNIMS概念的出现，使得这种想法搁浅了。以欧洲电信标准组织(ETSI)为代表的TISPAN计划提出了NGN的4个业务部件：公共交换电话网/综合业务数字网(PSTN/ISDN)仿真部件、IP多媒体子系统部件、流媒体部件和其他多媒体部件。ITU-TSG13也给出了NGN的框架(如图1所示)，其中基于IMS的体系架构是NGN的主体架构。ITU-T认为IMS代表了NGN发展的方向，NGNIMS可以支持PSTN/ISDN仿真业务，也可以支持基于IMS的各种宽带业务，同时还可以支持支持固定和移动接入的宽带用户，使得移动和固定融合(FMC)成为可能。但是由于基于IMS的网络融合研究刚刚开始，技术上还不够成熟稳定，其标准化工作还有很长的路要走。特别是NGNIMS要支持PSTN/ISDN仿真业务，要求基于IMS的网络具备原有PSTN/ISDN的许多特征，就会失去IMS的一些天然优势，因此并不一定适合所有PSTN/ISDN业务的提供。目前，相当多的运营商面临的问题是如何将传统的基于电路的PSTN/ISDN演进到基于分组技术的NGN中。在2004年12月ITUNGN会议上，大会同意启动基于呼叫服务器(称之为CS-basedPES，即软交换提供PSTN/ISDN业务)网络演进的标准化研究工作。ITU下一代网络热点组(FGNGN)也在2004年6月启动了PSTN演进的研究，提出了基于呼叫服务器的PSTN演进方案和示例。呼叫服务器将主要完成电路交换网的演进历程，而IMS将主要完成多媒体业务的功能，随着IMS的成熟，两者的应用将长期共存。因此软交换技术实现电路交换向分组交换演进是电话网发展的重要技术举措，而NGNIMS可能是未来NGN中解决宽带固定和移动融合提供多媒体业务的总体架构。考虑到这些因素，如果把软交换定位于实现电路交换向分组交换演进电话网，根据市场需求支持少量的部分宽带用户的业务(如视频和部分多媒体业务)，实现一线入户(一线提供宽窄带的业务)，可能是一种市场和网络演进综合考虑的选择。软交换网络是固网运营商由于市场业务竞争的需求在现阶段实施NGN的一种方式。目前软交换可以提供C4局的业务，替代传统的电路交换，实现长途电话业务；也可以通过数据接入把各种终端接入软交换的核心业务网进行服务，提供C5局的业务。2.2 IMS技术特点3G在制定IMS标准时，设计思想是与具体的接入方式无关，即用户不论从任何IP网络都可以接入IMS。在R6和后续版本以及其它标准组织中，正在根据IMS的需求制定下一代接入网的标准。下一代接入网将具有根据业务分配链路资源、控制接入网的QoS、指定终端接入IMS的入口点等特点。目前固定接入层面还需进一步补充接入IMS的相关规定，完成接入认证的同时还需完成业务认证和用户数据库的管理，并在NASS和RASS标准成熟后才能应用。 R99定义的3G网络支持分组域漫游，即用户数据从拜访地的SGSN漫游回归属地的GGSN，再接入Internet。采用这种漫游方式，运营商可以对流量漫游计费，但是上层业务无法感知用户所处的位置，因此无法对业务漫游进行计费。因为通常业务漫游费率比流量漫游费率高，因此按业务漫游收费对运营商有利。IMS可以感知用户的接入网位置，在话单中携带业务、归属地和拜访地，计费系统可以根据这些内容对业务漫游计费。 IMS加强和改造了分组域计费架构，提供基于时间、流量、内容、事件和业务多种计费方式。IMS还支持分组域的在线计费和后付费机制，解决了预付费用户不能使用分组域业务的问题。运营商可以为用户提供有针对性的多种计费方案，用户对不同选择适合自己的计费方式。 IMS引入了策略控制功能，运营商可以制定本地的媒体和承载资源分配策略，通过授权控制IP接入网的资源。策略决策点（PDF）能确保按照SIP信令中的协商参数为媒体流激活承载，为业务保证其承载资源的QoS；根据用户定购信息和SP与运营商签署的服务协议提供QoS，为不同合作等级的SP提供差异化的服务，从而控制用户和SP转向有QoS保障的服务。 IMS架构提供了一个统一的业务接入授权认证入口，使得不同业务应用、不同号码可以共用相同的承载，避免了在开放式IP环境中用户鉴权机制的重复建设，也使SP可以专注于应用业务的开发。 IMS架构第一次实现了将个人用户的固定网、电路域和分组域用户数据的统一管理，与控制网和业务层有标准接口，不同应用签约数据在网络层次的集中化统一管理，并将业务数据维护点与用户接入及业务提供点相独立，降低了由用户数据分散冗余所带来的建设及运维开销。 IMS架构安全方面较全面和完善地进行了规范定义，提供了与电路域和GPRS类似的安全性，并且提供更多的安全选择。2.3 IMS在网络多媒体处理中的应用 近年来，随着通信行业传统语言业务的逐步衰弱和新兴数据业务的不断发展，传统电信业正面临着前所未有的转型机遇。由于IP和无线通讯技术的飞速发展，因特网和移动通讯得以广泛使用并彻底改变人们通信、娱乐和信息获取方式，为生活带来便利。与此同时，IP技术降低了市场进入门槛，使电信行业的竞争更为广泛、剧烈，如Skype、MSN等新型通讯方式已经对传统电信业造成了巨大冲击，而已在眼前的3G则将加剧移动市场的竞争。终端用户的需求不再是单一的话音服务，而是要求在任何时间、任何地点，使用任意终端与任何人进行各种业务（话音、数据、视频）的通信。简单的“投资建网-放号-收入”增长模式已经无法满足用户的通信需要，通信网络的建设必须要能很好地和产业链建设结合在一起，以形成良性的商业模式。 在此前提下，全业务运营模式逐渐成为世界各大运营商重点关注的问题，而全业务运营必然要求网络和业务层面全面的固定、移动融合。IMS（IP多媒体子系统）正是在该背景下而产生的。 IMS最初是3GPP组织制定的3G网络核心技术标准，目前已被ITU-T和ETSI（欧洲电信标准化委员会）认可、纳入NGN核心标准框架，并被认为是实现未来FMC（固定/移动网络融合）的重要技术基础。到目前为止，IMS共有R5、R6和R7三个版本。 第3章 IPTV的发展与建设3.1 日本IPTV业务发展情况 IPTV代表着三网融合的发展方向。日本IPTV发展总体规模明显偏小，庞大的宽带用户群是IPTV可持续发展的坚实基础。如何在宽带用户中大力发展IPTV用户，是电信企业等IPTV运营主体需要迫切解决的问题。 IPTV是集互联网、电信、娱乐于一体的新型业务，它涉及PC终端和电视机终端。因此，传统的单一电信管理模式在一定程度上不适应IPTV业务发展的需要。从2003年至今，经过6年多的运营，我国IPTV运营商仍然面临运营模式和生态链的问题，如内容、运营模式、收费模式和生态链等，依然面临可持续发展的问题，但各运营商都在积极探索自己的发展模式。到目前为止，还不能说已经找到了完全适合IPTV发展的商业模式和盈利模式。 与IPTV类似，从全球来看，包括数字电视在内的融合性业务商业模式都还处于探索阶段。盈利的根本除了成本因素之外，扩大用户规模及提升其ARPU成为关键。数字电视的发展就是如此，仅依靠传统的广告盈利也有很多问题。 数字内容是IPTV等数字新媒体吸引用户的根本动力之一。随着数字新媒体的爆炸式增长和人均媒体消费的提高，内容为王的日子即将来临。但是，我国IPTV主要运营主体中国电信、中国移动和中国联通等国有电信企业在内容上不具备竞争优势。我国互联网上混乱的版权状况和免费的业务形态，对IPTV内容价值形成较大压力。部分IPTV运营企业已经遭遇知识产权费用过大等问题；当前IPTV传播的内容主要以传统电视节目为主，新颖的、有吸引力的数字新媒体内容还相当缺乏。实际上，我国的传统电视节目也不能满足观众对媒体内容的渴求，只有15%左右的电视节目是首播的自制内容。 IPTV具有区域竞争市场特征。从竞争的角度来讲，每一个IPTV运营商所面临的竞争对手首先是当地的广电系统。在很大程度上，IPTV产业发展的最大阻力来自于当地的广电系统。目前，部分地区正在尝试从党建、农教等行业性业务入手，逐渐拓展与电信在IPTV经营上的合作范围和合作层次。3.2 IPTV快速发展对网络环境提出新的要求 与传统意义上的电视节目不同的是IP电视强调互动性。通信展上观众在展区内体验IPTV的同时，上海IPTV闸北区示范区已经让500多户普通居民尝试着用起了这项业务，但前提是电信公司对这些居民的电话线路进行了改造，使其达到电脑上网2M、互动电视4M的速率，才能让这个示范网络中的IPTV平台有能力直播100多路电视节目。技术逐渐成熟的同时，标准规范的建立以及商业模式的探索就成了这些企业以及运营商、行业相关部门加紧应对的问题了。在缺乏产业行业标准的现阶段，产品设计面临很大风险，系统的开放性和扩展性、是否支持各主流硬件平台、是否支持多种网络协议？是否支持多种播放前端设备、是否解决多个宽带应用系统的资源共享和冲突等问题都是在标准出台之前，需要着重考虑的。由于没有行业标准，现在已经有许多IPTV系统，包括最前端的业务管理平台到终端产品，系统内的控制信令和协议采用厂家自定义的私有协议，系统内各个功能模块之间的接口标准也无明确的定义，因此，无法保证整个系统的开放性格局，系统间无法互联互通和扩展，给IPTV业务顺利开展造成了一定障碍。有报告指出2004年西欧的IPTV市场总额为6200万美元，家庭覆盖率不到1%。未来5年将有飞速的发展，从2005年的2.62亿发展到2009年的25亿。2009年6%的西欧家庭将成为IPTV用户。现在，在上海示范区内，每月80元左右的费用对普通居民来说也是一笔不小的支出，运营初期，点击广告能否让用户免掉一些费用，也正在尝试之中。在中国，业界有人说推广IPTV业务，以电信为主导的合作模式要优于以广电为主导的合作模式。电信行业和广电行业只有找到互利的合作模式、精确定位价值用户、重点推出价值业务类型才能使IPTV业务顺利开花结果。3.3 基于IMS与SIP的IPTV技术介绍 UPSF中保存有IMS用户的签约数据和IPTV特定的签约数据。UPSF与IPTV控制功能通过Sh参考点通信，与IMS核心网设备通过Cx接口进行通信。内容点播业务是IPTV业务功能。媒体分发功能与核心IMS交换数据，在用户终端与业务控制部分之间，业务请求/响应消息通过核心IMS进行传递。媒体控制消息通过Xc参考点在用户终端和内容点播的业务控制处被交换，媒体数据通过Xd参考点在用户终端和内容点播的媒体分发功能之间传递。广播业务功能是IPTV的功能。广播业务的业务控制和核心IMS网络交换消息。通过核心IMS，业务请求/响应在用户终端和广播业务的业务控制之间进行传递，媒体数据通过Xd参考点在用户终端和广播业务媒体分发功能之间交换。网络个人视频记录机功能是IPTV的功能。网络个人视频记录机与核心IMS交换消息，业务请求/响应消息通过核心IMS在用户终端和网络个人视频记录机业务控制部分间进行传递，通过Xc参考点，媒体控制消息在用户终端和网络个人视频记录机媒体控制部分间进行传递，通过Xd接口，媒体数据在用户终端和网络个人视频记录机媒体分发功能间进行传递。从以上章节介绍的IPTV系统架构可以看出，两种融合的IPTV系统架构既有共同点也有差异，共同点主要体现在以下几个方面：两个标准组织都重用了IMS网络中现有的网络功能实体，各自加入了体现IPTV业务特色的网络实体。ITUFGIPTV和TISPAN在研究的IPTV系统架构中都提出了内容发现相关的控制功能实体前者为IP应用（IPTVApplication）功能实体，后者为业务发现和选择功能实体（SD&S）。差异主要体现在重用IMS核心控制提供的相关功能不一致方面：ITUFGIPTV在IPTV业务应用控制平台能够直接和IPTV中媒体分发网络进行交互，而TISPAN经由IMS核心控制间接交互的方式。在组制方面：ITUFGIPTV有研究IPTV组播架构（IPTVMulticastFrameworks）的专门文档，组播控制可以采用P2P和Overlay控制方式，或者采用不同控制方式相结合，TISPAN关于IPTV组播的研究在RACS子系统中体现。而在用户业务清单方面：ITUFGIPTV针对IPTV提出了三种清单的概念，包括内容清单、用户清单和业务清单，但具体内容还缺乏详细的论述。而TISPAN采用了将UPSF已经定义的数据结构上进行直接扩展的方式。IMS是解决固网与移动网络融合的体系架构，而传统的IPTV是一种基于互联网络的网络电视，因此本文谈论的IPTV系统架构将基于IMS的这种特性，最终建立一个融合的IPTV体系架构，从而为客户最终提供一种融合的网络体验。文章同时介绍了ITUFGIPTV和ETSITISPAN对基于IMS的IPTV系统架构的研究进展，并且分析了IMS与IPTV融合的基础。这种融合的IPTV系统架构是视频媒体类融合到电信网中最佳的解决方案之一，也将在网络融合日趋重要的发展之路上扮演重要角色。第4章 基于IMS的IPTV系统介绍4.1 基于IMS架构的IPTV设计方案 IMS是3GPP在Release5版本中提出的支持IP多媒体业务的子系统，它的核心特点是采用SIP协议和与接入的无关性。中兴通信凭借多年在IPTV通信领域的积累和业界的领先地位，成功地开发了基于IMS的IPTV业务系统。IMS在IPTV业务系统中的位置基于IMS的IPTV业务系统的分层依次为应用层、业务层、控制层、承载层。IPTV业务系统的承载层以IP作为基础的协议。它包括接入网、城域网和骨干网以及相关的控制管理功能。承载层要能保证足够的带宽和一定传送质量。而控制层的主要功能是，利用IMS核心网的控制能力来完成IPTV业务系统用户的鉴权认证、业务的触发等工作。业务层由一系列业务执行能力和业务控制能力组成。 基于IMS的IPTV业务系统1.IPTV模块在IMS架构下的作用图1是基于IMS的IPTV业务系统的功能结构示意图，系统的主要模块由H-CSCF、SMS、USS、MLSS、APPServer和手机组成。解决方案 border=1 /图1 基于IMS的IPTV业务系统的功能结构示意图H-CSCF包括IMS和SIP协议模块，一方面，它具有IPTV节目/频道展示及业务导航、节目/频道搜索、用户自服务等功能；另一方面，它还有以下功能：（1）可以根据用户签约情况选择用户仅注册到IMS域、仅注册到IPTV域还是两者都注册；（2）作为SIPUA，代替IPTV终端在IMS域进行SIP注册及发起/接收SIP会话等功能；（3）可实现SIP协议与其它协议之间的双向转换，例如，将HTTP协议转换成SIP协议以及将SIP协议转换成HTTP等，以完成IPTV终端接入IMS域的功能；（4）具有向IMS域提供计费信息的功能。USS为通用媒体服务器，为IMS体系下提供各种IPTV业务所需的媒体资源的设备，例如，媒体存储、流服务和内容分发/传送以及放音、录音、DTMF收号、传真、会议、TTS及ASR、视频播放、视频录制、视频会议等功能。IMS架构下的MRF网元总体而言也是从媒体服务器演进而来。每个UMS至少包括以下各单板：（1）MCU为媒体控制板，提供媒体资源管理、协议处理、媒体调度、文件分片定位服务，该板采用1+1备份；（2）MSTU为媒体存储传输板，主要承担媒体存储和传输任务，该板采用N+1备份；（3）MDU为直播媒体分发单元，主要实现在直播业务时产生单播/组播媒体流。MLSS具备CDN的功能，提供媒体定位、内容控制和服务控制等功能，负责全局内容控制、全局服务控制和VCDN管理等。其中，内容控制负责任务（例如内容发布、内容删除、内容调度）的生成、下发、监控等功能，服务控制的目标之一就是全局负载均衡。VCDN管理就是将网络运营商拥有的CDN资源划分成虚拟资源，拥有这样虚拟资源的节点组成一个虚拟CDN，给虚拟运营商自行开展IPTV业务独占使用。APPServer包括业务认证授权、计费话单生成、统计分析。IPTV用户通过认证后，IPTV业务系统根据用户的属性对用户访问IPTV业务提供授权，避免每次都需要进行授权的麻烦。另外，内容的授权通过数字版权管理系统实现。计费话单生成就是能够产生所有应用用户使用IPTV服务的记录。对于预付费用户实时批价、扣费。对于后付费用户，需要根据用户使用IPTV服务时产生的原始数据，支持多种计费方式。STB是手机，是用户使用IPTV业务的终端。2.与业务系统的接口中兴通讯的IPTV业务系统已经实现了与自主研发的UP10业务平台的融合（如表所示）。表 与业务系统的接口3.业务流程由上面的分析得知，IPTV业务系统可以使用IMS核心网来完成用户鉴权认证及相关业务服务器的地址获取工作，也可以利用IMS核心网来完成终端和业务系统IPTVAS之间的消息转发传递工作等等。作为一个例子，下面给出了IPTV点播（VOD）业务流程。点播流程是指用户播放已订购节目的流程。用户通过IMS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，如图2所示。图2 电视点播（VOD）流程（1）用户根据IMS选择已订节目，通过H-CSCF向IMS核心网发出呼叫请求。（2）IMS核心网检查用户信息，IFC触发到IPTVAS进行处理。（3）IPTVAS通过和CDN网络交互，确定最终服务的视频服务器USS和视频流信息；并通过核心网返回给H-CSCF。（4）IPTVAS向APPServer发送计费信息。（5）H-CSCF将服务的视频服务器USS和视频流信息及相关授权信息返回给手机。（6）手机携身份证书和授权证书向选定的视频服务网络USS发送视频连接请求。（7）视频服务网络USS通过APPServer进行身份证书和授权证书的校验，同时在APPServer内生成业务统计信息。(8)校验通过后，视频服务网络USS允许建立视频连接并给手机应答。(9）视频连接建立成功后，手机与视频服务网络中的流媒体服务器USS进行视频流传输；如果视频内容受数字版权保护，则手机解码视频之前还需要进行数字版权的使用流程；在视频流传输中，用户可以发起快进、快退、暂停等VCR操作，这些操作流程都是在手机和流媒体服务器USS之间完成。实践证明，基于IMS的IPTV解决方案，不仅为IPTV增值业务提供了便捷的、统一的和开放的业务平台，而且也给用户增添了新的业务体验。它可在一个会话中集成多个单独的业务，在不用中断一个语音呼叫的情况下用户就可以发送一个短消息或者一段视频直播，或进入游戏；也可以将业务捆绑在一起生成新的业务能力和用户体验，如用户浏览一个网站时，通过简单的点击就可以开始一个语音会话或者视频呼叫。第5章 基于IMS架构的IPTV业务解决方案设计5.1 系统通用模块设计 用户被划分为多个区域，每个区域分别部署多个区域媒体服务器和IMS服务器，用户的视频服务和交互界面由用户所在区域的媒体服务器和IMS服务器提供。这种部署方式具有容易扩充的特点，适合大规模部署。增加一个区域只须增加区域媒体基站和IMS服务器，对后台部分和其它区域不会造成影响。同时，用户的大部分数据流量都集中在自己所在区域，减轻了主干网的负担，而且单个区域系统的崩溃不会影响其它区域。系统工作过程大致如下：媒体源经过媒体处理模块处理成系统所定义的格式，存储在主媒体基站上，并由后台的媒体分发管理模块负责如何将这些节目分发到下面的每一个区域中的媒体基站中。同时有关节目的信息也被下发到IMS服务器中，供IMS显示给用户。用户开机经过后台认证后登录到IMS服务器上，开始浏览系统的节目信息。当用户选择一个节目观看后，IMS将有关节目信息和用户的信息发送到后台部分，由后台的用户管理部分判断用户是否能够欣赏节目，如果可以，用户的手机则向本区域的媒体基站发送播放节目的请求。播放完毕，手机向后台发送扣除相应收费的请求，同时重新定向到IMS服务器，用户可以继续浏览节目和欣赏节目。考虑到目前IPTV在国内还处于发展阶段，一个区域的用户不是很多。目前系统设计为一个区域支持最多3000用户，在同一时刻访问IMS服务器的用户数不超过500。当用户数量增多时，可以使用IMS服务器集群。在图1中，每个区域都部署了一个主IMS服务器，为了系统的稳定性，同时也部署了一个备用的IMS服务器。从IPTV系统在中国的部署应用看，IMS模块是整个系统中需求变化最大、最快的模块，而且是直接展示给客户的模块，很大程度上决定客户是否采用我们的系统。模块在整体框架设计时，主要考虑以下原则：（1） 结构清晰，开发快速。客户的需求变化是很快的，在设计时，首先要考虑能够在最短的时间内按照客户的要求开发出新界面，结构清晰的设计有利于快速开发。（2） 维护方便。能够让客户在对IMS代码和实现不是很了解的情况下改动IMS的某些代码或修改一些配置，而不会影响IMS的运行。（3） 方便客户定制。客户可能要求自己制作IMS。因此，设计时要考虑到能够快速、简单地使客户明白IMS的制作过程，在较短时间内掌握制作IMS。（4） 性能满足设计要求。要满足设计时的性能要求，主要考虑服务器优化，数据库的优化。（5） 界面简单美观，有良好的可扩展性和开放性。容易支持新的业务，能够兼容不同厂家的手机。IMS实现主要有两种方案选择，本地应用方案和交互式实现方案 7。目前国内和国外的IMS设计基本上是针对数字电视的，其IMS实现一般采用本地应用方案。本地方案对手机的硬件要求较高，而且在和用户的交互性方面做的不是很好。IPTV是一种和用户有高度交互性的系统，设计和实现适合采用第二种方案。此模型中IMS实现选择交互式方案，采用由IMS服务器给手机提供HTML页面的实现方式。将系统的节目信息存储在数据库中，服务器从数据库中检索节目信息，以HTML页面的形式提供给手机，手机解析页面后呈现给用户。这样，对PC用户来说，用户端自带的浏览器即可浏览。对使用手机的用户来说，需要手机实现能够解析HTML页面的功能。在本文中，着重针对手机的IMS设计 ，具体实现采用Linux+Apache+MySQL+PHP，程序的整个框架设计基于MVC模式的思想。3.1 MVC的设计模式模型视图控制（Model-View-Controller）是一种经典的软件设计模式，它采用分治的思想将系统分成三大模块，每个模块各负其责，其关系如图2所示。(1) 模型。负责维护数据并提供数据访问方法。模型只有纯粹的功能性接口, 也就是一系列的公开方法。通过这些公开方法, 可以取得模型的所有功能。(2) 视图。用来显示模型的数据。在一个MVC 模型中可以有多个视图。(3) 控制器。用户可以通过视图来改变模型的状态, 这种更新是通过控制器来完成的。控制器负责调用模型的改值方法以改变模型的状态, 同时, 控制器会通知所有的已登记视图刷新数据显示。根据设计目的和MVC模式，考虑到用户使用的终端设备为手机，在客户端需要一些与手机有关的特殊处理，服务器处理请求的实现过程分为五个层次，如图3所示。5.2 系统接口设计（） 页面展示层。负责系统节目信息的显示。（） 用户端处理层。负责请求发出前和请求处理结果返回后的一些特殊处理。此处加入用户端处理层主要是因为目前用户的终端为手机，手机浏览器的功能不是很强。在用户转向另外一个页面或者返回到原来的页面都需要IMS做一些处理，比如记录光标的位置、初始化光标位置。（） 请求和响应层。负责请求到达服务器后和处理结果返回给用户端前的一些处理。（） 逻辑处理层。负责对客户的请求进行处理。（） 数据访问层。负责提供获取数据库中数据的接口。我们以显示热门影片的实例说明使用MVC模式的思想处理请求的过程。处理显示热门影片请求的过程如图4所示。过程如下:（）用户在首页单击“最新影片”，经过用户端控制层处理（关闭在首页播放的广告视频）后，请求被提交到服务器进行处理。（）请求和响应层开始处理请求，保存上一页有关的状态，并且初始化一些变量（如取数据的类、保存页面所有信息的变量）。（）逻辑处理层计算数据库中要取的热门影片的起始位置和数量。（）调用数据访问层的接口开始从数据库里面取出热门影片的信息（节目名称、价格、简介、海报图片名称等）。（）逻辑处理层对取到的数据进行转换，转换后的所有数据保存在一个变量中，这个变量要传递给显示结果的页面。（）请求和响应层调用显示结果的页面和用户端的控制代码，生成HTML代码。 （）手机解析传递过来的HTML页面，初始化光标位置，将热门影片信息显示给用户。开发之前，在设计文档中定义预先定义页面展示层和逻辑处理层、逻辑处理层和数据访问层的接口。每一部分的开发人员只须关心自己所做的部分，使用其它层提供的接口调用其它层的功能。这样各个部分的开发可以并行工作，大大提高了开发速度。数据访问层和逻辑处理层可以很容易编写单元测试来测试自己的代码，不受其它层的代码的影响，很大程度上提高了软件的质量。同时后期的维护也是很方便的，如果需求有变，只须改动需求变化所在层次的代码，不用关心其它层代码是否要改动。整个IMS模块每个页面的编码都遵循这种规则。同时我们提供给客户一个IMS参考手册，主要是取数据的接口函数和用户端处理层JavaScript函数的使用说明。客户只需要掌握一个页面的制作过程和所提供的使用手册中的函数调用方法，并具有一定的编程水平，就可在很短的时间内独立编写自己的IMS。5.3 系统性能测试为了测试IPTV实验系统性能是否达到了当初的设计要求，使用LoadRunner测试工具对IMS服务器进行了性能测试，测试最主要的指标是不同并发用户数时的事务响应时间，它是服务器性能最重要的指标。测试的硬件环境为：CPU Intel(R) Pentium(R)4 2.40GHz， 内存1GB，网卡1GB/s。软件环境为：操作系统RedHat 9.0， Apache 2.0.50，MySQL 4.0.21，PHP4.3.9RC3-dev，Squid 2.5 STABLE1。 LoadRunner模拟测试并发用户数为220、500，测试IMS服务器的事务响应时间和事务完成情况。服务器响应时间和事务完成情况测试数据如表1和表2所示。从测试数据看，当并发用户数为500时，没有出现事务失败的情况，平均响应时间不超过3秒。对用户来说，这个时间是可以接受的。说明采用这种设计方法开发IMS，服务器的性能也达到了预先的要求。从以上的测试和分析可以看出，使用上文所说的设计方法开发IMS总体上达到了预先的设计原则。参考文献1 关注IPTV关注网络发展EB/OL. 2005.12.162 Electronic Program Guide(IMS) EB/OL. .au/reception/digital/IMS.htm 2005.12.163 Ciciora W S. 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