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【摘要】 互联网电视是主要的家庭宽带类应用，互联网电视业务的质量某种程度取决于宽带网络服务的运行质量。本文阐述了在用户侧跨运营商固定宽带网络接入环境下，通过CDN组网优化提升网间访问互联网电视内容的质量的方案。通过多种接入情况下的集中对比测试，对典型问题进行解决处理，为互联网电视业务的大规模商用起到重要的业务保障作用。
【关键词】 互联网电视 CDN 跨运营商固定宽带网络接入
一、前言
家庭宽带类应用是基于家庭网关及宽带网络，为用户提供如互联网电视、家庭高清视频通话，以及其它增值服务的应用。互联网电视应用是指基于宽带应用型家庭网关的应用设备（机顶盒）和宽带网络，以电视机为显示终端，向用户提供高清、可点播的互联网电视节目等内容服务。随着网络的飞速发展，互联网电视业务的用户数量和使用与日俱增，互联网电视业务的粘性极强，用户服务涉及的环节包括终端家庭内部网络环境、小区宽带接入、网络汇聚、骨干传输、平台服务多个环节，互联网电视业务的质量某种程度取决于宽带网络服务的运行质量。
二、互联网电视应用系统结构概述
互联网电视应用系统结构见图1。家庭网关管理平台包括针对互联网电视应用的认证模块、订购关系管理模块、计费管理模块、终端管理以及屏幕管理模块。家庭网关管理平台分别与集成播控平台、支撑系统、CDN平台、宽带应用型家庭网关的应用设备（机顶盒）接口，提供终端开通、用户/终端认证、用户订购业务并转发业务订购/退订请求、业务订购关系管理、终端管理、屏幕管理等功能。
分发控制平台包括访问控制模块和CDN平台，与集成播控平台接口获得内容元数据、内容实体并进行分发。访问控制模块负责接收用户的订购/退订、订购关系查询、视频点播请求并进行相应用户认证、业务鉴权处理，CDN平台负责用户调度和提供实际的流数据服务。终端是指宽带应用型家庭网关分体机中的应用设备（机顶盒）以及预置的互联网电视应用客户端。机顶盒中需预置家庭网关管理平台地址，与家庭网关管理平台交互实现用户认证、终端管理等功能。客户端中需预置集成播控平台地址，通过集成播控平台获取EPG页面；客户端通过访问控制模块完成订购/退订、订购关系查询、点播鉴权处理；并通过访问CDN平台获取视频流服务。集成播控平台向家庭网关管理平台和分发控制平台提供内容元数据和内容实体，并向互联网电视应用客户端提供EPG页面（如栏目列表、节目列表、书签、收藏等）。
CDN系统架构主要包含全局调度（GSLB）、内容中心（CCS）、服务节点（SNS）、运营管理（OMS），各系统主要功能如下：全局调度系统实现CDN系统的全局控制与调度功能，是终端用户访问的统一入口。该子系统应包含用户请求调度、调度策略管理、节点资源管理等功能模块。内容中心系统负责从上一级内容源获取内容、存储内容并为下级节点提供服务。本子系统应包含内容注入、内容删除、内容处理、内容存储、内容管理以及内容分发等功能模块。根据实际运营部署需求，可在全网内容中心下层部署区域内容中心，其中全网内容中心存储CDN系统内的全量内容，区域内容中心仅存储该区域内的热点内容。服务节点系统主要负责缓存热点内容，并为终端用户提供媒体服务；当本地缓存没有内容时，服务节点应向上级节点回源获取内容并提供给终端用户。本子系统应包含内容分发、内容缓存、本地调度、内容处理、媒体服务以及访问控制等功能模块。
三、互联网电视CDN组网部署方案
3.1 互联网电视CDN组网部署方案
CDN应提供灵活、可扩展的组网方案满足互联网电视业务运营需求，满足网络无缝演进需求，具体包括支持多点、分级内容注入；支持CDN节点分布式组网，包括分布式内容存储、分布式流服务等；可扩展支持标准化、开放的架构实现CDN级联组网，以及多厂家混合组网；可扩展支持TV、PC及移动终端视频业务的统一组网。
互联网电视CDN部署方案重点关注CDN中的架构、功能、组网、接口等。外部接口保证业务模块的标准化对接，内部接口确保内部组件模块化，对接接口保证异构CDN系统之间的互通，并可支持多厂家方案组网和升级，降低采购成本。业务层面需要支持流媒体服务能力，支持多种流媒体协议，如HLS，HHTTP PD，下载等，支持WEB页面的缓存能力，支持WEB业务和流媒体业务的统一管理和调度。
图4 互联网电视应用CDN内部接口拓扑图
CDN组网包括单点部署和分布部署，其中分布部署又分为二级组网和三级组网架构。单点部署：所有设备集中部署向用户提供媒体服务，可以不提供内容分发功能，等同于媒体服务集群。适用于小规模流媒体服务提供或对接内容存储CDN提供面向用户的流媒体服务的场景。分布部署：内容库存储在内容中心，区域中心和服务节点可根据用户规模和服务性能等需求进行分布式部署。对于分布部署的CDN系统应支持多个CDN之间的对等互联和上下级互联，实现跨域方式的内容分发和用户调度。
3.2 互联网电视业务质量测试方案及结果
以北京、上海、深圳、广州跨运营商固定宽带网络接入环境下的终端进行测试，家庭用户共享4M-20M。（1）广东移动、上海铁通、上海移动测试点与家庭网关管理平台直连，在发生网络异常时，对视频源进行判断；（2）广东联通、广东电信、广州联通、深圳电信、上海电信各测试点均连接到蓝汛CDN出口，以观测跨运营商固定宽带网络接入环境下产品体现出来的用户体验差异性；（3）北京联通连接到蓝汛CDN出口，保障出口带宽稳定，且从路由上比其它测试点距离CDN更近，以测试CDN出口情况；（4）北京电信通10M共享；（5）小众网络，ip138网站查询结构显示，网络出口在国外。
根据一个月的测试结果，产品体验包括直播缓冲时间、切台时间、EPG刷新时间、直播/点播流畅程度呈现高度一致性趋势，即4M带宽条件下，标清回看/点播的视频播放流畅、EPG刷新流畅，8M以上带宽条件下高清节目播放流畅，时移响应时间均值各地都能保证在2秒以内；异常情况下，比如，晚高峰时期（晚8点半至10点半，各地均有偶现播放卡顿现象），出现卡顿的同一时间点各地表现均一致。广东区域各测试点相较北京联通整体各项时间性能稍慢0.3秒左右，从路由跟踪结果来看比较合理，普遍比北京联通采样点多经过两个网络节点。视频播放趋于流畅、稳定，连接到蓝汛的各播放检测点播放效果回看和点播播放质量均比较稳定，未出现视频播放卡顿的现象。.EPG信息刷新流畅、稳定，访问高峰时，EPG各网络检测点均未有报出EPG刷新较慢的现象。部分小众网络用户体验差，从北京电信通测试点的查询可见其网路出口在国外，其路由表过长，从而导致视频卡顿、EPG刷新慢现象明显高于移动、联通、电信网络下的测试点。（表1） 3.3 互联网电视业务质量测试典型问题解决
在互联网电视业务质量测试过程中出现了EPG页面刷新时间不稳定、偶现直播台切台慢、CCTV-3、5、6、8无法播放和盗链导致服务器过载，引发全网卡顿现象的典型问题，通过策略及配置优化均得到有效解决，以上典型问题的解决对保障互联网电视业务大规模商用的业务质量有重要的作用。
（1）EPG页面刷新时间不稳定，即在访问高峰时，EPG各网络测试点均有报出EPG刷新较慢的现象（重点为电影详情等图片多的页面，能够看到图片一张一张陆续显示），由于当时EPG图片加载都需要到家庭网关管理平台中央服务器进行请求，通过对EPG图片加载策略进行优化解决该问题。
（2）偶现直播切台慢，在网络情况相对稳定时，偶现切台8-10秒现象（高于平均时间——2.3秒），发生概率1%，发生频道对象无规律。经过分析发现，终端存在网络丢包现象，通过终端优化并升级软件版本解决该问题。
（3）CCTV-3、5、6、8无法播放，而同一时间，其它频道均可正常播放。经各方配合分析发现，当时时移服务器发生故障，而CCTV-3、5、6、8的播放机制与其它频道不一致（直播自动切换到时移），从而导致这些频道无法正确获取视频源播放，通过优化终端处理机制解决。
（4）盗链导致服务器过载，引发全网卡顿现象，晚高峰时间段，全网均发生播放卡顿现象，后经后台流量及日志分析，发现网内存在同一序列号同一时间从海量不同IP地址向服务器发起数据包请求的现象，通过后台实时测试流量数据，确立了防盗链规范，管控盗链现象，禁止各问题序列号访问权限后全网播放均得到恢复。
四、小结
2013年8月，国务院发布“宽带中国”战略实施方案，宽带正式从部门行动上升为国家战略，宽带成为战略性基础设施。家庭宽带类应用内容也将越来越丰富、高清视频电话、亲情通、家庭安防、教育、健康、无线城市、电商购物等都对宽带效率，特别是网间流量效率提出更多的需求。在家庭宽带类应用越来越丰富的情况下，有效的CDN组网将持续对提升用户体验、降低网间结算成本发挥更重要的作用。参考文献
[1] 于刚.OTT TV互联网电视未来的发展方向[J].山西电子技术，2013（5）： 90-91，96
[2] 张世琦.多媒体家庭网关的系统设计与实现[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2008年
[3] 朱栩，刘伯涛.构建适应三网融合的高效能承载网[J].信息通信技术，2010（5）：53-56
[4] 吴杰.P2P流媒体内容分发与服务关键技术研究[D].上海：复旦大学，2008年
[5] 程立考，李绍静.对等网络的研究与应用[J].电脑与信息技术，2006，14（4）： 43-46
【关键词】 互联网电视 CDN 跨运营商固定宽带网络接入
一、前言
家庭宽带类应用是基于家庭网关及宽带网络，为用户提供如互联网电视、家庭高清视频通话，以及其它增值服务的应用。互联网电视应用是指基于宽带应用型家庭网关的应用设备（机顶盒）和宽带网络，以电视机为显示终端，向用户提供高清、可点播的互联网电视节目等内容服务。随着网络的飞速发展，互联网电视业务的用户数量和使用与日俱增，互联网电视业务的粘性极强，用户服务涉及的环节包括终端家庭内部网络环境、小区宽带接入、网络汇聚、骨干传输、平台服务多个环节，互联网电视业务的质量某种程度取决于宽带网络服务的运行质量。
二、互联网电视应用系统结构概述
互联网电视应用系统结构见图1。家庭网关管理平台包括针对互联网电视应用的认证模块、订购关系管理模块、计费管理模块、终端管理以及屏幕管理模块。家庭网关管理平台分别与集成播控平台、支撑系统、CDN平台、宽带应用型家庭网关的应用设备（机顶盒）接口，提供终端开通、用户/终端认证、用户订购业务并转发业务订购/退订请求、业务订购关系管理、终端管理、屏幕管理等功能。
分发控制平台包括访问控制模块和CDN平台，与集成播控平台接口获得内容元数据、内容实体并进行分发。访问控制模块负责接收用户的订购/退订、订购关系查询、视频点播请求并进行相应用户认证、业务鉴权处理，CDN平台负责用户调度和提供实际的流数据服务。终端是指宽带应用型家庭网关分体机中的应用设备（机顶盒）以及预置的互联网电视应用客户端。机顶盒中需预置家庭网关管理平台地址，与家庭网关管理平台交互实现用户认证、终端管理等功能。客户端中需预置集成播控平台地址，通过集成播控平台获取EPG页面；客户端通过访问控制模块完成订购/退订、订购关系查询、点播鉴权处理；并通过访问CDN平台获取视频流服务。集成播控平台向家庭网关管理平台和分发控制平台提供内容元数据和内容实体，并向互联网电视应用客户端提供EPG页面（如栏目列表、节目列表、书签、收藏等）。
CDN系统架构主要包含全局调度（GSLB）、内容中心（CCS）、服务节点（SNS）、运营管理（OMS），各系统主要功能如下：全局调度系统实现CDN系统的全局控制与调度功能，是终端用户访问的统一入口。该子系统应包含用户请求调度、调度策略管理、节点资源管理等功能模块。内容中心系统负责从上一级内容源获取内容、存储内容并为下级节点提供服务。本子系统应包含内容注入、内容删除、内容处理、内容存储、内容管理以及内容分发等功能模块。根据实际运营部署需求，可在全网内容中心下层部署区域内容中心，其中全网内容中心存储CDN系统内的全量内容，区域内容中心仅存储该区域内的热点内容。服务节点系统主要负责缓存热点内容，并为终端用户提供媒体服务；当本地缓存没有内容时，服务节点应向上级节点回源获取内容并提供给终端用户。本子系统应包含内容分发、内容缓存、本地调度、内容处理、媒体服务以及访问控制等功能模块。
三、互联网电视CDN组网部署方案
3.1 互联网电视CDN组网部署方案
CDN应提供灵活、可扩展的组网方案满足互联网电视业务运营需求，满足网络无缝演进需求，具体包括支持多点、分级内容注入；支持CDN节点分布式组网，包括分布式内容存储、分布式流服务等；可扩展支持标准化、开放的架构实现CDN级联组网，以及多厂家混合组网；可扩展支持TV、PC及移动终端视频业务的统一组网。
互联网电视CDN部署方案重点关注CDN中的架构、功能、组网、接口等。外部接口保证业务模块的标准化对接，内部接口确保内部组件模块化，对接接口保证异构CDN系统之间的互通，并可支持多厂家方案组网和升级，降低采购成本。业务层面需要支持流媒体服务能力，支持多种流媒体协议，如HLS，HHTTP PD，下载等，支持WEB页面的缓存能力，支持WEB业务和流媒体业务的统一管理和调度。
图4 互联网电视应用CDN内部接口拓扑图
CDN组网包括单点部署和分布部署，其中分布部署又分为二级组网和三级组网架构。单点部署：所有设备集中部署向用户提供媒体服务，可以不提供内容分发功能，等同于媒体服务集群。适用于小规模流媒体服务提供或对接内容存储CDN提供面向用户的流媒体服务的场景。分布部署：内容库存储在内容中心，区域中心和服务节点可根据用户规模和服务性能等需求进行分布式部署。对于分布部署的CDN系统应支持多个CDN之间的对等互联和上下级互联，实现跨域方式的内容分发和用户调度。
3.2 互联网电视业务质量测试方案及结果
以北京、上海、深圳、广州跨运营商固定宽带网络接入环境下的终端进行测试，家庭用户共享4M-20M。（1）广东移动、上海铁通、上海移动测试点与家庭网关管理平台直连，在发生网络异常时，对视频源进行判断；（2）广东联通、广东电信、广州联通、深圳电信、上海电信各测试点均连接到蓝汛CDN出口，以观测跨运营商固定宽带网络接入环境下产品体现出来的用户体验差异性；（3）北京联通连接到蓝汛CDN出口，保障出口带宽稳定，且从路由上比其它测试点距离CDN更近，以测试CDN出口情况；（4）北京电信通10M共享；（5）小众网络，ip138网站查询结构显示，网络出口在国外。
根据一个月的测试结果，产品体验包括直播缓冲时间、切台时间、EPG刷新时间、直播/点播流畅程度呈现高度一致性趋势，即4M带宽条件下，标清回看/点播的视频播放流畅、EPG刷新流畅，8M以上带宽条件下高清节目播放流畅，时移响应时间均值各地都能保证在2秒以内；异常情况下，比如，晚高峰时期（晚8点半至10点半，各地均有偶现播放卡顿现象），出现卡顿的同一时间点各地表现均一致。广东区域各测试点相较北京联通整体各项时间性能稍慢0.3秒左右，从路由跟踪结果来看比较合理，普遍比北京联通采样点多经过两个网络节点。视频播放趋于流畅、稳定，连接到蓝汛的各播放检测点播放效果回看和点播播放质量均比较稳定，未出现视频播放卡顿的现象。.EPG信息刷新流畅、稳定，访问高峰时，EPG各网络检测点均未有报出EPG刷新较慢的现象。部分小众网络用户体验差，从北京电信通测试点的查询可见其网路出口在国外，其路由表过长，从而导致视频卡顿、EPG刷新慢现象明显高于移动、联通、电信网络下的测试点。（表1） 3.3 互联网电视业务质量测试典型问题解决
在互联网电视业务质量测试过程中出现了EPG页面刷新时间不稳定、偶现直播台切台慢、CCTV-3、5、6、8无法播放和盗链导致服务器过载，引发全网卡顿现象的典型问题，通过策略及配置优化均得到有效解决，以上典型问题的解决对保障互联网电视业务大规模商用的业务质量有重要的作用。
（1）EPG页面刷新时间不稳定，即在访问高峰时，EPG各网络测试点均有报出EPG刷新较慢的现象（重点为电影详情等图片多的页面，能够看到图片一张一张陆续显示），由于当时EPG图片加载都需要到家庭网关管理平台中央服务器进行请求，通过对EPG图片加载策略进行优化解决该问题。
（2）偶现直播切台慢，在网络情况相对稳定时，偶现切台8-10秒现象（高于平均时间——2.3秒），发生概率1%，发生频道对象无规律。经过分析发现，终端存在网络丢包现象，通过终端优化并升级软件版本解决该问题。
（3）CCTV-3、5、6、8无法播放，而同一时间，其它频道均可正常播放。经各方配合分析发现，当时时移服务器发生故障，而CCTV-3、5、6、8的播放机制与其它频道不一致（直播自动切换到时移），从而导致这些频道无法正确获取视频源播放，通过优化终端处理机制解决。
（4）盗链导致服务器过载，引发全网卡顿现象，晚高峰时间段，全网均发生播放卡顿现象，后经后台流量及日志分析，发现网内存在同一序列号同一时间从海量不同IP地址向服务器发起数据包请求的现象，通过后台实时测试流量数据，确立了防盗链规范，管控盗链现象，禁止各问题序列号访问权限后全网播放均得到恢复。
四、小结
2013年8月，国务院发布“宽带中国”战略实施方案，宽带正式从部门行动上升为国家战略，宽带成为战略性基础设施。家庭宽带类应用内容也将越来越丰富、高清视频电话、亲情通、家庭安防、教育、健康、无线城市、电商购物等都对宽带效率，特别是网间流量效率提出更多的需求。在家庭宽带类应用越来越丰富的情况下，有效的CDN组网将持续对提升用户体验、降低网间结算成本发挥更重要的作用。参考文献
[1] 于刚.OTT TV互联网电视未来的发展方向[J].山西电子技术，2013（5）： 90-91，96
[2] 张世琦.多媒体家庭网关的系统设计与实现[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2008年
[3] 朱栩，刘伯涛.构建适应三网融合的高效能承载网[J].信息通信技术，2010（5）：53-56
[4] 吴杰.P2P流媒体内容分发与服务关键技术研究[D].上海：复旦大学，2008年
[5] 程立考，李绍静.对等网络的研究与应用[J].电脑与信息技术，2006，14（4）： 43-46