基于融合通信框架的下一代IPTV架构.docx

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基于融合通信框架的下一代IPTV架构

基于融合通信框架的下一代IPTV架构

摘要：

基于IMS/NGN网络的IPTV架构是近年来业界的研究热点。

IP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提供了融合的体系架构。

IPTV业务集语音、视频和数据业务为一体，能够根据用户需要提供诸如视频点播、时移电视和网络录像以及互动视频业务。

本文介绍了国际标准组织ETSITISPAN研究的IMSbasedIPTV的逻辑架构、功能实体和业务流程的生命周期等。

本文重点研究了结合我司IMS解决方案和IPTV解决方案的自身特点，设计基于融合通信框架的移动网络、宽带网络和IMS/NGN网络相融合的下一代IPTV架构。

关键词：

IMS、IPTV、下一代IPTV架构、融合

1.引言

随着新一轮电信业重组的完成，国内各主要电信运营商纷纷从单业务运营向全业务运营转型，例如，中国电信从单纯的固网运营转型为拥有CDMA移动网络、PSTN固话网络和宽带互联网络的全业务电信业务提供商，中国移动从单纯的GSM移动网络转型为拥有GSM/EDGE/TDS-CDMA/WiMax等多种无线网络及其庞大的宽带城域网组成的混合网络。

面对复杂的网络结构和多样化的用户需求，运营商对网络的融合和业务的融合寄予了很大的期望。

IP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提供了融合的体系架构，是未来FMC的理想架构之一。

而IPTV业务集语音、视频和数据业务为一体，能够根据用户需要提供诸如视频点播、时移电视和网络录像以及互动视频业务，有很好的发展前景。

基于IMS/NGN网络开展IPTV业务是近年来业界关注的焦点课题。

ITU-TIPTV-GSI、ETSITISPAN和OpenIPTVForum等国际标准组织对IMSbasedIPTV的业务、需求与架构等方面做了深入地研究，且取得了相当的研究成果。

从目前的IPTV标准的体系架构来看，基本上可以分为两大流派，一是自成一体的IPTV体系架构，二是结合下一代网络（NGN）体系的NGN-basedIPTV体系架构，对于基于NGN的IPTV架构，又根据是否重用IMS相关功能部件而分成基于IMS的IPTV架构（简称IMSbasedIPTV）和非基于IMS的IPTV架构。

我司不仅积极参与标准组织的研究活动，而且结合自有的IMS解决方案和IPTV解决方案的特点，深入研究了基于融合通信框架的移动网络、宽带网络和IMS/NGN网络相融合的下一代IPTV架构。

限于篇幅，本文仅对ETSITISPAN（以下简称TISPAN）的IMSbasedIPTV架构予以介绍，以使读者窥豹一斑。

2.TISPANIMSbasedIPTV架构

TISPAN的IMSbasedIPTV架构至少支持四种业务形式，分别是点播业务（ContentonDemand，简称CoD）、直播业务（Broadcast，简称BC）、个人网络录像业务（NetworkPersonalVideoRecorder，简称N-PVR）和呈现业务（Presence）。

其中针对直播业务，TISPAN明确要求支持TrickPlay模式的时移电视（Time-ShiftTV）功能。

2.1.逻辑架构

TISPAN根据功能属性把IMSbasedIPTV架构划分为四个域，分别是用户终端域（UE）、应用与IPTV业务功能（ApplicationandIPTVServiceFunctions）、媒体传送、分发和存储功能（MediaDelivery，DistributionandStoring）、传送功能（TransportFunctions）和IMS核心网（CoreIMS）。

●用户终端（UE）：

作为IMS终端注册到IMS网络，与IPTV部件业务交互，接收来自承载网的媒体数据，展现给用户。

●应用与IPTV业务功能（ApplicationandIPTVServiceFunctions）为包括IPTV业务在内的各种业务和应用提供相应的支持功能，同时为IPTV业务和应用提供相应的能力，如业务发现、业务选择和重定向等。

●媒体分发、发布和存储（MediaDelivery，DistributionandStoring），能接收和保存从内容提供商进入到IPTV系统中的直播信息和媒体流，主要提供媒体处理、分发、存储和发布功能，所有的功能在IPTV业务以及相关的控制之下完成。

●传送功能（TransportFunctions）包含了NASS和RACS，负责网络附着、资源预留与控制，以及接入网和承载网的功能。

●IMS核心网（CoreIMS）提供鉴权、授权，以及和业务提供和内容分发相关的信令处理。

它负责将信令消息路由到相应的应用服务器，或根据UPSF中信息执行业务触发，同时和RACS（资源接纳控制子系统）进行交互完成资源预留和接纳控制。

2.2.功能实体

针对IPTV业务，TISPAN新增或扩展定义了六个功能实体，分别是业务发现功能（ServiceDiscoveryFunctions，简称SDF）、业务选择功能（ServiceSelectionFunctions，简称SSF）、用户档案服务器功能（UserProfileServerFunctions，简称UPSF）、业务控制功能（ServiceControlFunctions，简称SCF）和IPTV媒体功能（IPTVMediaFunctions，简称MF），其中IPTV媒体功能又分为媒体控制功能（MediaControlFunctions，简称MCF）和媒体传送功能（MediaDeliveryFunctions，简称MDF）两部分。

●业务发现功能（SDF）与业务选择功能（SSF）负责提供必要的业务信息给UE，用于用户选择IPTV业务。

SDF产生并发送包含SSF地址的网络附着信息给UE，使UE能定位到SSF。

SSF负责把业务选择信息发送给UE。

●业务控制功能（SCF）是SIP应用服务器，接受CoreIMS管理，执行IPTV的会话建立、修改和释放动作，包括业务认证和计费功能。

●用户档案服务器功能（UPSF）负责存放IMSProfile和部分与IPTV业务相关的信息。

●IPTV媒体功能（MF）负责控制和传送媒体流到UE，其中媒体控制功能（MCF）执行媒体流控制动作，媒体传送功能（MDF）执行媒体流传送动作

2.3.参考点

如上图，TISPAN总计定义了16个参考点，其中UE、CoreIMS和SCF是主要的发起点。

UE经Xa参考点与SSF交互业务选择功能，经Ut参考点与SCF交互业务数据配置功能，以获取IPTVProfile。

UE经Gm参考点与CoreIMS交互接入、注册、认证和鉴权等功能。

UE经Xc参考点与MCF交互媒体控制功能，经Xd参考点交互QoS和QoE报告，并接收来自MDF的媒体流，经Di参考点接收组播流。

CoreIMS经ISC参考点与SDF交互，转发网络附着信息给UE，用于定位SSF，经ISC参考点与SCF交互，实现UE的第三方注册和控制信令转发。

当多个UPSF存在时，CoreIMS需经Dx参考点向SLF取得UE所在的UPSF地址。

SCF和SDF经Sh参考点与UPSF交互取得IPTVProfile。

当多个UPSF存在时，SCF需经Dh参考点向SLF取得所在的UPSF地址。

3.基于融合通信框架的下一代IPTV架构

我司融合通信框架是基于IMS理念，提供统一系统平台，支持机顶盒、PC机、智能终端等多终端接入，融合IPTV、视频会议、视频监控和可视电话等多种多媒体增值业务，配合运营商向综合信息服务提供商转型的端到端、全业务多媒体运营解决方案，也是促进宽带网络向IMSAllIPNetwork业务体系演进的整体解决方案。

基于融合通信框架的下一代IPTV架构坚持业务与网络、信令与媒体相分离的设计思想，以IMS为交换核心网，以APP应用服务器为业务引擎，以CDN为媒体分发网络，兼容移动网络、宽带网络和IMS/NGN网络，支持IPTV机顶盒、PC、智能终端，乃至3G终端（包含CS、PS域）等多样化的类型终端，从而提供网络电视、视频点播、信息服务、PVR、TSTV、游戏、视频通信等内容丰富且无所不在的IPTV业务。

3.1.下一代IPTV架构

下一代IPTV架构按功能属性总体上划分为UE、IPTV运营与支撑子系统、IPTV业务与控制子系统、CDN内容分发网络、IMS核心网和IP承载网五个子系统。

●UE有三种类型，一是传统的IPTV机顶盒，只支持与各厂家自有的IPTV平台接口；二是内置有IMS客户端软件的新型IPTV机顶盒，支持按照标准的IMSbasedIPTV的SIP接口，经IMS核心网，与下一代IPTV平台接口；三是具有SIP通信功能的各种类型的智能终端，与下一代IPTV平台接口，实现多样化的融合业务。

●IP承载网包括网络附着子系统（NASS）和资源控制子系统（RACS），在业务平台和终端间转发控制信令和媒体数据，负责网络层面的资源控制、资源预留和QoS保证等功能。

●IMS核心网由P/S/I-CSCF和MGCF/MGW等部件组成，支持IMS终端的接入、注册、认证与鉴权和业务触发功能，并负责与传统网络互通。

●IPTV业务与控制子系统是下一代IPTV架构的核心，DNS/DHCP负责IPTV的业务发现，EPG负责IPTV的业务选择，IPTVAS负责IPTV业务的认证与逻辑控制。

●IPTV运营与支撑子系统除了提供计费和营帐功能外，还为SP提供各种融合业务和第三方增值业务的接口。

●CDN内容分发网络在IPTVAS的控制下，完成媒体流的控制与传送功能。

媒体调度器负责在不同的CDN节点间的内容分发与调度，媒体服务器集群负责本地CDN节点内部不同媒体单元的负载均衡、内容分发与调度和媒体流传送，媒体单元已单播或组播的形式传送媒体流到UE。

3.2.下一代IPTV网络

下一代IPTV网络按垂直关系分为业务层、控制层、承载层和接入层。

各层次间彼此接口，实现信令转发和媒体流传送，具体功能如下：

●接入层把各种类型的用户终端接入到IMS核心网。

对于LAN/WLAN网络，接入的终端有PC、WiFi无线终端、SIP终端、视频会议终端和IPTV机顶盒；对于2G/3G移动网络，可接入的终端有2G或3G移动终端；对于PSTN电话网，接入终端指普通电话。

●承载层在业务平台和终端间转发控制信令和媒体数据，负责网络层面的资源控制、资源预留和QoS保证等功能。

●控制层即IMS核心网，包括P/I/S-CSCF、HSS和MGCF/MGW。

P/I/S-CSCF是IMS的核心部件，负责接入、认证与鉴权和业务触发等，HSS保留IMS用户数据，MGCF/MGW负责与传统网络互通。

●业务层是多业务平台的一体化表现形式，除了提供IPTV和视频会议等视频业务外，与IMS网络配合，扩展提供即时消息和呈现等互动业务。

IPTV应用服务器、EPG和CDN组成IPTV平台，与视频会议、IM和Presence等业务平台配合，实现传统IPTV业务和多样化的融合业务。

3.3.下一代IPTV生命周期

基于融合通信框架的下一代IPTV的业务流程具有完整的生命周期，其生命周期始于UE开机阶段，活跃于业务使用阶段，终止于UE关机阶段。

其细分的业务流程包含以下6个子阶段：

1UE开机；

2UE自启动，包括IMS网络注册、业务发现和业务附着三个子阶段。

其中业务发现是业务选择的入口，业务附着方式有Push和Pull两种模式；

3业务选择，是用户浏览IPTV业务信息，选择IPTV业务的过程；

4业务使用，用户通过业务选择流程选中某个具体的IPTV业务形式，这些业务形式至少包括VoD、Live、N-PVR和Presence，且这些业务形式是绝对的并列关系；

a）4.1VoD，包括会话建立、修改和释放三个步骤，其中会话建立有通过SIP信令建立通道和通过RTSP信令建立通道两种方式；

b）4.2Live，包括会话建立、频道切换、直播与时移切换和会话释放四个步骤；

c）4.3N-PVR，包括在线录像、离线录像和播放录像三个步骤；

d）4.nPresence和其他IPTV业务形式。

5UE关机，包括IPTV业务脱离和IMS网络注销两个步骤；

6UE断电。

3.4.下一代IPTV业务模式

在下一代IPTV网络中，IPTV业务的开展表现为三种业务模式：

一是传统的IPTV业务，提供网络电视、VoD和时移电视等基本IPTV业务；二是移动IPTV业务，用户在移动状态下，使用与固网IPTV业务相同或类似的移动流媒体业务；三是融合的IPTV业务，在继承传统IPTV业务的基础上，以IMS网络为核心交换网，IPTV平台与其他业务平台相互配合，实现业务层面的互通，实现视频共享、即时消息和呈现等满足用户多样化需求的融合业务。

对于传统IPTV业务模式，针对现网已存在的不具备IMS网络接入能力的IPTV机顶盒，他们经Internet或宽带IP网络直接与IPTV平台交互，从EPG取得IPTV业务信息，接受IPTV应用服务器的业务控制，接收来自CDN的媒体流。

对于移动IPTV业务模式，针对已定购为IPTV业务的移动终端，他们经2G或3G移动网络经宽带网络或IMS网络与IPTV平台交互，与IPTV机顶盒同步接收媒体流，实现媒体流在移动网络和固网的共享与无缝切换。

对于融合IPTV业务模式，针对已具备IMS网络接入能力的IPTV机顶盒，集语音、视频和数据于一体，不但具有IPTV业务的媒体播放能力，而且具备可视电话和视频会议等通信能力。

他们经P-CSCF注册到IMS核心网，接受IMS的接入、控制和认证管理，经S-CSCF与IPTV平台的IPTV应用服务器交互，实现IPTV业务，同时与其他业务平台的应用服务器交互，实现IPTV机顶盒与多种通信终端互通。

3.5.下一代IPTV设计理念

1、兼容现网，平滑演进，遵循国际标准，开放的下一代IPTV架构。

我司下一代IPTV研发团队多年来一直积极参与国际IPTV技术研究活动，深入研究了ITU-TIPTV-GSI、ETSITISPAN和OpenIPTVForum等国际标准组织的技术规范，提炼精华，摈弃不足，设计了独有的兼容现有网络，且平滑演进，遵循国际标准，适应未来通信生态环境的开放的下一代IPTV架构。

我司下一代IPTV的设计目标是充分发挥自有IMS解决方案和IPTV解决方案的优势，支持传统IPTV系统向IMS网络的平滑演进；以IMS为核心交换网，与通信网充分融合，建设开放的下一代IPTV网络；以SIP协议作为核心通信协议，与平行通信业务平台无缝连接，建设充分融合的业务平台；以IPTV业务为中心，融合平行通信业务，满足多层次多样化的用户需求。

2、全系统，端到端的解决方案，破解运营商多网络融合迷题。

我司下一代IPTV解决方案是一个包括核心控制网络、多媒体业务平台、综合用户数据库系统、综合接入网络、多媒体固定和移动终端在内的全系统、端到端的一站式解决方案。

横向跨域移动网络、宽带互联网络和IMS/NGN网络，纵向贯通接入层、承载层、控制层和业务层。

多样化的终端支持能力和丰富的接入手段能全面覆盖各种用户群体。

3、丰富的融合业务形式，满足未来用户的多样化业务需求。

在保留传统IPTV的直播、点播、时移电视、电视回看、轮播视频、个人电视录播；直播、点播、时移电视等之间的一键切换；广告插播、节目预告、片花等TV视音频业务的基础上，我司下一代IPTV业务的发展方向是向纵深地带细分业务，向融合地带拓展业务。

用户使用IPTV业务的场景不再局限于家庭娱乐，通过移动终端与IPTV机顶盒经IMS网络与IPTV业务平台及相关通信平台的紧密融合，IPTV业务将无处不在。

如，可使用移动终端定购IPTV节目，移动终端可与IPTV机顶盒同步接收媒体内容，可在移动终端和IPTV机顶盒间无缝切换，可使用IPTV机顶盒进行可视电话或视频会议，等等。

4.结束语

我司将长期致力于下一代IPTV架构的研究，未来将进一步探索IPTV与IMS的深度融合，化IPTV系统于无形，提炼IPTV为纯粹的业务模型，使之成为未来通信生态环境的重要组成部分。

参考文献：

[1]TelecommunicationsandInternetconvergedServicesandProtocolsforAdvancedNetworking（TISPAN）;IPTVArchitecture;IPTVfunctionssupportedbytheIMSsubsystem（DraftETSITS182027V0.0.16）

[2]TelecommunicationsandInternetConvergedServicesandProtocolsforAdvancedNetworking（TISPAN）;IMSbasedIPTVStage3Specification（ETSITS183063V0.0.7）

[3]OpenIPTVForum–FunctionalArchitecture–V1.1（APPROVEDJan15,2008）

[4]下一代IPTV架构标准进展深度分析报告

[5]IMS业务解决方案