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摘 要：与以往其他业务相比，IPTV业务具有比较鲜明的特征，包括高带宽需求、高QoS保证需求、点对多点的广播流需求、大量的系统资源需求、巨大的并发服务/业务数需求等，在应用该系统时就不可避免地遇到一个问题——因地制宜地设计方案。具体环境的不同，需求的不同，部署的方案也不尽相同。系统部署可以小到完全安装在一台服务器上，也可大到支持成千上万台服务器，具体决定于网络分布、用户规模等因素。在本文中，笔者根据实际环境，结合几个已有的设计方案，综合各个方案的有利因素提出了一个用于农村某几所中小学远程教育的系统部署方案。
关键词： 远程教育 IPTV 部署方案
中图分类号：G434 文献标识码：B 文章编号：1673-8454（2007）09-0072-03
引言
目前网络教育应用的范围不广，根据其他调查结果表明，只有37%的人表示经常和比较多地通过E-mail、BBS 等与教师和同学联系、交流，近63%的人表示不太多甚至没有交流。究其原因是多方面的，从学习者的角度看，除了需强化交互意识外，还要努力学习和掌握交互技术。调查显示，有22%的人尚未掌握计算机网络技术，有25%的人不习惯网上交互。因此，用计算机作为终端，使网络教育涉及范围受到限制。而IPTV更强调TV终端，这一点是对传统文化消费习惯的继承，在这种继承的背后，是超过3亿个家庭的庞大用户基础，而且它操作简单，成本低，用它作为网络教学的终端，可以真正达到远程教学的目标——大大缩小了城乡之间、东西部之间、发达地区和欠发达地区之间的数字鸿沟，促进了整个社会的信息化文明进程。为了这一目标，目前要对农村某几所学校小范围进行尝试，需要根据这一环境作出一个相对合理的规划。
一、系统部署方案的分析
1.系统分析
一般来说，IPTV系统主要由五个部分组成，分别是中心媒体基站（CMS）、归属媒体基站（HMS）、边沿媒体基站（EMS）、机顶盒（STB）和承载网络。[1] 由CMS、HMS、EMS构成内容分发网络（CDN），STB位于用户端，通过接入网络与CDN网络连接。CMS是整个系统媒体内容的源头，提供媒体内容的存储，直播视频信号的采集、编码、发送等，同时提供对整个内容的运营支撑环境。HMS一般部署在靠近城域网的核心层区域，提供媒体内容的分布式存储功能。EMS部署在城域网的汇聚层，专门提供视频流服务，它不负责管理工作，也不提供管理的工具和手段，只向用户提供端到端的媒体内容服务。[2] STB部署在用户端，主要提供通信、视频等接口。
在远程教育中对IPTV系统提出了多种业务需求，如实时授课时的实时视频直播，自主学习时的VOD以及视频回放，基于机顶盒的学习反馈交流等。这些业务对网络的要求是不一样的，对于实时授课，可以采用从CMS通过组播的方式发送，以减轻主干网的带宽压力；VOD和视频回放内容由学习者订制, 只能采用单播的方式提供,这对带宽有着巨大的需求,一般通过CDN设置分布式分存储节点,将节目源推近用户侧，以缓解骨干网压力。教学的互动和信息的反馈通过机顶盒的因特网接入业务实现。
以下分析了两个针对某校园局域网内的系统部署方案（以下简称A、B），具体如下：
2. A部署方案
在上述规划中，系统提供了VOD点播、电视直播以及一些增值业务等功能。该系统主要包括门户服务器（PSS）、中心媒体服务器（CMS）、边缘媒体服务器（EMS）、直播和录播服务器（LRBSS）。网络拓扑图见图1。PSS一台，用于提供服务管理和用户管理；CMS一台，用于节目内容的海量中心存储，是流媒体CDN的源节点，向CDN分发直播和点播内容；EMS三台，是流媒体CDN的边缘业务节点，接收点播和直播内容分发，提供直播、点播、时移等功能，并方便与第三方机顶盒互通。该系统可最大支持1200个1.5M码率的用户，独特的集群架构设计，具备透明扩展的能力，如果用户规模扩大，不需要更换网络拓扑，对新的用户仅仅增加EMS就可以了。在此方案中，IPTV视频流和原有数据业务流没有从逻辑或物理上隔离，如果规模扩大，同时在线IPTV用户较多的情况下，需要流的隔离，以避免IPTV视频流业务影响到其他业务的可能性。
3. B部署方案
在上述规划中，系统可以提供三路直播频道，有时移功能，并提供若干简单应用，包括新闻发布、课程教育等。
整个系统分为命令控制网络VLAN1和公共服务网络VLAN2。作为机顶盒，仅能访问公共服务网络，以增强系统安全性。VLAN1的地址是内部地址，VLAN2是公共地址，VLAN1与VLAN2的互通由三层交换机来实现。综合管理平台是运营管理扩展（OME）的实例化，在IPTV系统中，对于供应和部署、监测和排错、变更和配置、备份和恢复等都至关重要。它的具体设计分析如下：由于域是IPTV系统部署的基础，为 IPTV系统提供基础的服务，如认证、授权、单点登录、集中管理等，需要域控制器一台，用于服务器域控制，包括DNS服务器；监控服务器一台，用于监测、排错和对监控IPTV系统状态；软件更新服务器一台，用于系统软件更新和管理。为了实现视频点播（VOD）和三路直播频道功能，需要VOD导入服务器一台，用于导入VOD资源和后台数据库；VOD编码服务器一台，用于VOD编码和导入；直播获取服务器三台，每个直播频道配置一台。对于后台支撑系统的部署是：分支数据库服务器两台，用于存储服务和用户数据并配置成集群作容错；分支管理服务器一台，用于提供服务管理和用户管理。对于公共服务网络部分的规划如下：VOD服务器一台，为用户提供点播流服务；Terminal服务器一台，为用户提供增值应用服务，如新闻发布、远程教育等；面向客户端WS服务器一台，为用户提供数据服务如EPG，并可将NTP服务角色安装在该服务器上，用于提供时间服务，实现服务器和客户端的时间同步；直播分发服务器一台，用于即时时移和快速频道切换；时移录制服务器一台，用于EPG时移。为了便于将来平滑扩充节目内容，需要存储阵列两台，一台用于数据库集群，一台用于VOD导入服务器直连。此外，还需要交换机一台，用于连接服务器；编码器三台，用于三个直播频道。
二、农村远程教育IPTV方案
A方案，在满足VOD点播、电视直播以及一些增值业务等功能的基础上结构简单，投入小，但是考虑的因素不全，功能不完备。而对于B方案，从功能和用户体验角度来说，该方案无疑是一个无可挑剔的方案，不仅满足了高QoS保证需求、点对多点的广播流需求、大量的系统资源需求、巨大的并发服务/业务数需求等，而且该系统也具有很好的稳定性。但是，这些高要求的实现都是通过大量的资源投入换取而来，整个系统投入相对来说太大。
对于农村远程教育这个环境来说，个性化需求的特性较强，广播型服务需求不明显，且开通新广播频道成本高。学生主要是通过IPTV系统个性化地选择所要学习的课程、教学资源等，并通过遥控器与IPTV系统进行课后练习、测试以及答疑等实时的交互式活动。针对该需求，IPTV主要用来实现影音节目传送或进行互动的应用（如答题、虚拟课堂讨论等），且在能满足上述需求的基础上投入越小越好，资源管理和用户管理等运营管理功能在保证质量的基础上简单为益。根据上述描述，在该方案中，需要一台直播服务器来完成答疑和虚拟课堂讨论等实时的交互式活动以及一台中心媒体服务器用于节目内容的海量中心存储，由此即可满足用户的功能需求。在B方案中，后台部分部署了一台VOD导入服务器和一台编码服务器，参考该方案，考虑到资源的数据量的庞大，需要独立一台服务器用于VOD资源的导入和编码。另外，由于运营管理单元在IPTV系统中，对于供应和部署、监测和排错、变更和配置、备份和恢复等都至关重要。在B方案中，它是对域、监控、软件更新分别部署了一台服务器完成相应功能，考虑到功能的完备，在此需要运营管理单元，考虑到性价比的问题，只需要一台服务器来完成该功能。在B方案中，分支数据库服务器两台，用于存储服务和用户数据并配置成集群作容错；分支管理服务器一台，用于提供服务管理和用户管理。该部分的存在即相当于A方案中门户服务器功能，在本方案中我们部署一台门户服务器用于用户和服务的管理。综上所述，本方案中由一台运营管理服务器、一台VOD导入和编码服务器、一台中心媒体服务器、一台教育直播服务器和一台门户管理服务器来综合完成中心媒体基站的角色的功能：提供所有流媒体片源的存储，直播视频信号的编码、转码、流化、存储和播放，以及后台完整的运营支撑系统（OSS），其中OSS包括：媒体管理、用户管理、内容管理、用户自助服务、计费和网管系统等。由于学校对外需要通过卫星网来传输，所以要采用分布式结构将节目源推近用户侧，以缓解骨干网压力。在实时性上，加大本地缓存等技术手段降低对网络传输QoS保证的要求，如同A方案中的边缘媒体服务器。因此每个学校需有一台资源服务器来担任EMS角色，提供分布式存储和直接向用户提供端到端的流媒体服务。该服务器的部署和B方案中的DMZ有异曲同工之处。为了简化网络结构，本方案采用A方案的网络结构模式。最后，为了管理方便，每个学校可以有管理服务器，用于局部的用户管理和资源管理。综上，本方案在功能上如同B方案完备，结构上如同A方案简单，具体网络布局如图3所示。
整个系统构成如下：
运营管理服务器：用于集中监控、告警、系统软件更新、管理和服务器域控制；
VOD导入和编码服务器：用于VOD资源的导入和编码；
教育直播服务器：答疑和虚拟课堂讨论等实时的交互式活动；
中心媒体服务器：用于节目内容的海量中心存储，是流媒体CDN的源节点，向CDN分发点播内容，可供各学校访问；
资源服务器：分别部署在五个学校，是流媒体CDN的边缘业务节点，接收点播内容分发，并方便与第三方机顶盒互通；
门户管理服务器：用于所有学校用户的统一管理；
管理服务器：根据各个学校的需求取舍，用于学校内部用户管理以及上传和下载各自学校内部制作的资源的存放。
结语
IPTV系统部署可以小到完全安装在一台服务器上，也可大到支持成千上万台服务器，具体决定于网络分布、用户规模等因素。文中针对具体的环境设计出一个相对合适的系统部署方案用于农村某几所中小学的远程教育。当然，该方案可能仍有很多可以改进的地方。系统方案设计应注意两个方面的内容，一是需要对用户的需求有清晰的认识，在满足用户需求的基础上节约资源；另一方面需要对IPTV系统涉及的技术有较深刻的理解，这样才能根据不同环境设计出合适的部署方案。
参考文献：
[1]茅宏业,周金芳.IPTV承载网技术的研究[J].电视技术,2006(5):64～65
[2]烽火科技.烽火网络IPTV解决方案[J].烽火科技报,2007（1）：9-10
[3]陈庆贵.农村中小学现代远程教育环境下的教学应用模式研究[J].远程教育,2006（１２）：39～40
[4]胡远青.当前我国农村远程教育发展问题与科学对策[J].农业考古，２００６（３）：３２４~３２6
[5]肖晴,祁庆中,吴志明.IPTV增值业务及其实现技术探讨[J].电信科学,2006(3)：33
[6] http：//www.lmtw.com/IPTV/IProject/200507/11091.html
[7]http://search.msdn.microsoft.com/search/Default.aspx?brand =msdn
关键词： 远程教育 IPTV 部署方案
中图分类号：G434 文献标识码：B 文章编号：1673-8454（2007）09-0072-03
引言
目前网络教育应用的范围不广，根据其他调查结果表明，只有37%的人表示经常和比较多地通过E-mail、BBS 等与教师和同学联系、交流，近63%的人表示不太多甚至没有交流。究其原因是多方面的，从学习者的角度看，除了需强化交互意识外，还要努力学习和掌握交互技术。调查显示，有22%的人尚未掌握计算机网络技术，有25%的人不习惯网上交互。因此，用计算机作为终端，使网络教育涉及范围受到限制。而IPTV更强调TV终端，这一点是对传统文化消费习惯的继承，在这种继承的背后，是超过3亿个家庭的庞大用户基础，而且它操作简单，成本低，用它作为网络教学的终端，可以真正达到远程教学的目标——大大缩小了城乡之间、东西部之间、发达地区和欠发达地区之间的数字鸿沟，促进了整个社会的信息化文明进程。为了这一目标，目前要对农村某几所学校小范围进行尝试，需要根据这一环境作出一个相对合理的规划。
一、系统部署方案的分析
1.系统分析
一般来说，IPTV系统主要由五个部分组成，分别是中心媒体基站（CMS）、归属媒体基站（HMS）、边沿媒体基站（EMS）、机顶盒（STB）和承载网络。[1] 由CMS、HMS、EMS构成内容分发网络（CDN），STB位于用户端，通过接入网络与CDN网络连接。CMS是整个系统媒体内容的源头，提供媒体内容的存储，直播视频信号的采集、编码、发送等，同时提供对整个内容的运营支撑环境。HMS一般部署在靠近城域网的核心层区域，提供媒体内容的分布式存储功能。EMS部署在城域网的汇聚层，专门提供视频流服务，它不负责管理工作，也不提供管理的工具和手段，只向用户提供端到端的媒体内容服务。[2] STB部署在用户端，主要提供通信、视频等接口。
在远程教育中对IPTV系统提出了多种业务需求，如实时授课时的实时视频直播，自主学习时的VOD以及视频回放，基于机顶盒的学习反馈交流等。这些业务对网络的要求是不一样的，对于实时授课，可以采用从CMS通过组播的方式发送，以减轻主干网的带宽压力；VOD和视频回放内容由学习者订制, 只能采用单播的方式提供,这对带宽有着巨大的需求,一般通过CDN设置分布式分存储节点,将节目源推近用户侧，以缓解骨干网压力。教学的互动和信息的反馈通过机顶盒的因特网接入业务实现。
以下分析了两个针对某校园局域网内的系统部署方案（以下简称A、B），具体如下：
2. A部署方案
在上述规划中，系统提供了VOD点播、电视直播以及一些增值业务等功能。该系统主要包括门户服务器（PSS）、中心媒体服务器（CMS）、边缘媒体服务器（EMS）、直播和录播服务器（LRBSS）。网络拓扑图见图1。PSS一台，用于提供服务管理和用户管理；CMS一台，用于节目内容的海量中心存储，是流媒体CDN的源节点，向CDN分发直播和点播内容；EMS三台，是流媒体CDN的边缘业务节点，接收点播和直播内容分发，提供直播、点播、时移等功能，并方便与第三方机顶盒互通。该系统可最大支持1200个1.5M码率的用户，独特的集群架构设计，具备透明扩展的能力，如果用户规模扩大，不需要更换网络拓扑，对新的用户仅仅增加EMS就可以了。在此方案中，IPTV视频流和原有数据业务流没有从逻辑或物理上隔离，如果规模扩大，同时在线IPTV用户较多的情况下，需要流的隔离，以避免IPTV视频流业务影响到其他业务的可能性。
3. B部署方案
在上述规划中，系统可以提供三路直播频道，有时移功能，并提供若干简单应用，包括新闻发布、课程教育等。
整个系统分为命令控制网络VLAN1和公共服务网络VLAN2。作为机顶盒，仅能访问公共服务网络，以增强系统安全性。VLAN1的地址是内部地址，VLAN2是公共地址，VLAN1与VLAN2的互通由三层交换机来实现。综合管理平台是运营管理扩展（OME）的实例化，在IPTV系统中，对于供应和部署、监测和排错、变更和配置、备份和恢复等都至关重要。它的具体设计分析如下：由于域是IPTV系统部署的基础，为 IPTV系统提供基础的服务，如认证、授权、单点登录、集中管理等，需要域控制器一台，用于服务器域控制，包括DNS服务器；监控服务器一台，用于监测、排错和对监控IPTV系统状态；软件更新服务器一台，用于系统软件更新和管理。为了实现视频点播（VOD）和三路直播频道功能，需要VOD导入服务器一台，用于导入VOD资源和后台数据库；VOD编码服务器一台，用于VOD编码和导入；直播获取服务器三台，每个直播频道配置一台。对于后台支撑系统的部署是：分支数据库服务器两台，用于存储服务和用户数据并配置成集群作容错；分支管理服务器一台，用于提供服务管理和用户管理。对于公共服务网络部分的规划如下：VOD服务器一台，为用户提供点播流服务；Terminal服务器一台，为用户提供增值应用服务，如新闻发布、远程教育等；面向客户端WS服务器一台，为用户提供数据服务如EPG，并可将NTP服务角色安装在该服务器上，用于提供时间服务，实现服务器和客户端的时间同步；直播分发服务器一台，用于即时时移和快速频道切换；时移录制服务器一台，用于EPG时移。为了便于将来平滑扩充节目内容，需要存储阵列两台，一台用于数据库集群，一台用于VOD导入服务器直连。此外，还需要交换机一台，用于连接服务器；编码器三台，用于三个直播频道。
二、农村远程教育IPTV方案
A方案，在满足VOD点播、电视直播以及一些增值业务等功能的基础上结构简单，投入小，但是考虑的因素不全，功能不完备。而对于B方案，从功能和用户体验角度来说，该方案无疑是一个无可挑剔的方案，不仅满足了高QoS保证需求、点对多点的广播流需求、大量的系统资源需求、巨大的并发服务/业务数需求等，而且该系统也具有很好的稳定性。但是，这些高要求的实现都是通过大量的资源投入换取而来，整个系统投入相对来说太大。
对于农村远程教育这个环境来说，个性化需求的特性较强，广播型服务需求不明显，且开通新广播频道成本高。学生主要是通过IPTV系统个性化地选择所要学习的课程、教学资源等，并通过遥控器与IPTV系统进行课后练习、测试以及答疑等实时的交互式活动。针对该需求，IPTV主要用来实现影音节目传送或进行互动的应用（如答题、虚拟课堂讨论等），且在能满足上述需求的基础上投入越小越好，资源管理和用户管理等运营管理功能在保证质量的基础上简单为益。根据上述描述，在该方案中，需要一台直播服务器来完成答疑和虚拟课堂讨论等实时的交互式活动以及一台中心媒体服务器用于节目内容的海量中心存储，由此即可满足用户的功能需求。在B方案中，后台部分部署了一台VOD导入服务器和一台编码服务器，参考该方案，考虑到资源的数据量的庞大，需要独立一台服务器用于VOD资源的导入和编码。另外，由于运营管理单元在IPTV系统中，对于供应和部署、监测和排错、变更和配置、备份和恢复等都至关重要。在B方案中，它是对域、监控、软件更新分别部署了一台服务器完成相应功能，考虑到功能的完备，在此需要运营管理单元，考虑到性价比的问题，只需要一台服务器来完成该功能。在B方案中，分支数据库服务器两台，用于存储服务和用户数据并配置成集群作容错；分支管理服务器一台，用于提供服务管理和用户管理。该部分的存在即相当于A方案中门户服务器功能，在本方案中我们部署一台门户服务器用于用户和服务的管理。综上所述，本方案中由一台运营管理服务器、一台VOD导入和编码服务器、一台中心媒体服务器、一台教育直播服务器和一台门户管理服务器来综合完成中心媒体基站的角色的功能：提供所有流媒体片源的存储，直播视频信号的编码、转码、流化、存储和播放，以及后台完整的运营支撑系统（OSS），其中OSS包括：媒体管理、用户管理、内容管理、用户自助服务、计费和网管系统等。由于学校对外需要通过卫星网来传输，所以要采用分布式结构将节目源推近用户侧，以缓解骨干网压力。在实时性上，加大本地缓存等技术手段降低对网络传输QoS保证的要求，如同A方案中的边缘媒体服务器。因此每个学校需有一台资源服务器来担任EMS角色，提供分布式存储和直接向用户提供端到端的流媒体服务。该服务器的部署和B方案中的DMZ有异曲同工之处。为了简化网络结构，本方案采用A方案的网络结构模式。最后，为了管理方便，每个学校可以有管理服务器，用于局部的用户管理和资源管理。综上，本方案在功能上如同B方案完备，结构上如同A方案简单，具体网络布局如图3所示。
整个系统构成如下：
运营管理服务器：用于集中监控、告警、系统软件更新、管理和服务器域控制；
VOD导入和编码服务器：用于VOD资源的导入和编码；
教育直播服务器：答疑和虚拟课堂讨论等实时的交互式活动；
中心媒体服务器：用于节目内容的海量中心存储，是流媒体CDN的源节点，向CDN分发点播内容，可供各学校访问；
资源服务器：分别部署在五个学校，是流媒体CDN的边缘业务节点，接收点播内容分发，并方便与第三方机顶盒互通；
门户管理服务器：用于所有学校用户的统一管理；
管理服务器：根据各个学校的需求取舍，用于学校内部用户管理以及上传和下载各自学校内部制作的资源的存放。
结语
IPTV系统部署可以小到完全安装在一台服务器上，也可大到支持成千上万台服务器，具体决定于网络分布、用户规模等因素。文中针对具体的环境设计出一个相对合适的系统部署方案用于农村某几所中小学的远程教育。当然，该方案可能仍有很多可以改进的地方。系统方案设计应注意两个方面的内容，一是需要对用户的需求有清晰的认识，在满足用户需求的基础上节约资源；另一方面需要对IPTV系统涉及的技术有较深刻的理解，这样才能根据不同环境设计出合适的部署方案。
参考文献：
[1]茅宏业,周金芳.IPTV承载网技术的研究[J].电视技术,2006(5):64～65
[2]烽火科技.烽火网络IPTV解决方案[J].烽火科技报,2007（1）：9-10
[3]陈庆贵.农村中小学现代远程教育环境下的教学应用模式研究[J].远程教育,2006（１２）：39～40
[4]胡远青.当前我国农村远程教育发展问题与科学对策[J].农业考古，２００６（３）：３２４~３２6
[5]肖晴,祁庆中,吴志明.IPTV增值业务及其实现技术探讨[J].电信科学,2006(3)：33
[6] http：//www.lmtw.com/IPTV/IProject/200507/11091.html
[7]http://search.msdn.microsoft.com/search/Default.aspx?brand =msdn