清华大学 戴琼海等
4 IPv6在多媒体业务时代的巨大优势
IPv6是下一代Internet将会采用的新的协议，它是在IPv4的基础上加以修改和扩充而形成的，目前正在加以推广应用。它可以有效地解决目前Internet上实现多媒体业务所存在的问题。目前在国际上已经有几个全球范围内的实验网，例如NGI，vBNS，Internet2，6BONE等骨干网。新一代的路由器也已经开始支持IPv6。
首先，从IPv4升级到IPv6，地址空间无论从容量上还是类型上都做了重大的改进。IPv6采用的是 128位的 Internet地址，这意味着地址空间将会是 3．4×1038，这足以为每一个移动设备都配置一个IP地址，所以不会再有地址捉襟见肘的现象出现。而且我们要看到，IPv6的地址变化不是简单意义上的规模扩大，更是对原有地址结构的修改。IPv6的地址结构可以提高选路效率，从而减轻路由器负担，提高数据吞吐量，这对于大数据量的传输是必须的。
此外IPv6加强了组播功能，组播的意义在于只有用户加入相应的组播组才能收到发给该组的信息，这对于视频节目的发送来说意义尤其重大。模拟电视中的频道概念就完全可以用组播组的概念来代替。而且组播组的范围可以包括同一本地网、同一机构网、甚至IPv6全球地址空间中的任何位置的节点。这就为网络多媒体信息服务提供了更大的灵活性。
IPv6对于 IPv4的最大革新之处在于它对于 QoS的考虑。 QoS的重要性在前面已经介绍过了。IPv6的包头结构有所变化，采用了业务流字段和流标签字段，业务流字段扩大到1个字节，这就可以定义256个级别的优先级，对各种多媒体信息根据紧急性确定数据包的优先级，从而保证每一项服务都能达到用户满意的质量。流标签的出现是因为原来的IPv4被描述为无连接的协议，IPv4为了让每一个包找到自己的路径以到达目的地址，同一数据流的包和包之间并没有相关性，所以中间路由器对于每一个包都是单独处理的，结果是同一个业务流的前后两个数据包可能是通过不同的路径到达目的地址的。对每一个包的独立处理，就会略微增加每一个包的处理时间，对于文件传输等应用可能影响不大，但是对于视频广播或者点播来说，延时的增加和不确定性会造成收看质量的严重下降。在IPv6中，同一个业务流的所有数据包采用相同的流标签，这样当路由器检测到相同的流标签的时候就采用相同的路径发出去，而不需要为每一个数据包重新选择路由，从而大大提高了数据包转发的效率，降低了端到端的延迟。
至于误码率的降低，则在硬件结构和协议一致的情况下与编码方式有很大的关系，目前采用较多的是MPEG－2的编码方式。
IPv6采用的加密方式是把加密信息放在IP层，这是数据传输相对较低的一层了，因此对于目前的应用层加密办法来说可以收到更好的效果。
采用Internet进行多媒体数据服务的另外一个优点，在于它可以提供更为完善的附加信息。虽然DVB标准规定了SI信息，但是由于有线电视的交互性有限，所以不可能像Internet那样提供丰富多彩的内容和关于节目的大量信息，而且由于实现上的难度（包括服务器对节目信息的组织盒用户机顶盒对下行数据流包含信息的检索），目前很少有功能完善的DVB，VOD系统出现。但是结合Internet以后就不同了，由于软件的巨大灵活性，使多媒体信息包含复杂的附加信息成为可能，特别是MPEG－2、MPEG－4、MPEG－7的出现，使多媒体信息的高效组织和检索利用成为可能。利用Internet实现目前有线电视网上DVB的电子节目指南（EPG）功能将更加简单有效，同时也能为用户提供更多的内容和选择。
5 具体的实现方式
就目前的情况而言，数字有线电视实现途径有两种：
第一种是所有的节目频道都被传送到用户的机顶盒，用户在机顶盒上选择自己所要收看的节目频道。这种做法比较简单，节目流的解复用是在机顶盒内完成的。目前大多数的数字有线电视系统采用的都是这种做法，用户端采用的是HFC接入方式。但是目前HFC不适合交互式的双向数据传输服务，进行双向改造的成本又过高。
第二种方式采用的是 SDV（Switched Digital Video）方式，它的主要应用场合是在光纤到路边（FTTC）然后同轴电缆到户的方式，受制于同轴电缆的带宽，只能有一路节目经由电缆到达用户的机顶盒。这种结构对于机顶盒要求简单，但是会大大增加主数字终端（光纤和分到每一家用户的电缆之间的设备）的复杂度［2］。
基于Internet的视频数据发送系统和第二种方式类似，到达最终用户接收端的也是一路节目，而不是把所有的节目都发送给用户。但是存在以下的不同之处：
（1）传送MPEG－2流数据的是IP包。
（2）节目数据的发送采用的是组播（multicast）方式。
（3）频道选择的办法是离开一个组播组而加入另外一个组播组。
控制用户选择组的办法是，使机顶盒发送一个组管理协议消息（IGMP）给组播路由器或者组播访问服务器，它负责用户加入或者离开一个组播组。实际上在每一个组播组内都有一个路由器充当查询器，通过发送组成员报文检查和更新组播组成员，这样就能随时根据用户的选择确定用户所在的组播组（在这里就是节目频道）[2］。
从骨干网来看，目前的千兆位网络能够同时容纳150个数字节目频道，每一个频道的带宽为4～6MHz，从用户接入端来看，因为只是单路节目进入用户家庭，所以并不需要光纤到户。但是至少25Mbit／s的VDSL接入是必要的，因为用户家里可能有多个电视和PC要同时上网。此外，对于将来要开通的高清晰度电视来说，这个接入速度也是必需的。
提供多媒体数字服务很重要的一点就是服务的质量，具体来说应该注意以下几个方面：
（1)高级的图像和声音节目质量至少不能比卫星电视节目差。
（2）频道选择延迟小，期望值在1秒以内。
（3）支持一般有线电视不提供的服务内容，例如视频点播。
（4）友好的用户使用界面。
良好的视频节目服务离不开一个完善的电子节目指南（EPG），它是用户使用多媒体数字服务的界面。一个完善的EPG可以使用户轻松地享受到多媒体数字服务带来的舒适和便捷，但是一个糟糕的EPG则会使用户失去耐心，从而放弃服务供应商所提供的服务。
MPEG-2定义了关于节目和服务信息的PSI表，但是并没有规定它的具体实现方式。这一方面是为了增大灵活性和给各个厂商留出一定的发展空间，在竞争中产生好的解决方案，另一方面也是因为当时还没有对多媒体信息较好的描述方法[4］。相信随着MPEG-7标准的制定，对多媒体信息的描述将更为准确和方便。
此外，DVB标准详细规定了数字电视节目的服务信息表（SI表），包括网络信息表（NIT）、簇关联表（BAT）、服务描述表（SDT）和事件信息表（EIT）等，通过它们可以较好地描述每一个节目以及相关节目[5]。在当前阶段，由于关于节目的信息大多数还是基于文本而不是基于多媒体对象的，我们可以参考DVB的SI表结构制定符合MPEG-2标准的节目描述数据结构，从而形成IP网上的EPG。它可以包括以下几个方面：
（1）某个时间范围内的节目列表。
（2）节目查询功能。
（3）简单的频道切换界面。
（4）视频点播界面。
（5）付费方式选择界面。
使用IP网进行视频数据传输存在的一个主要问题在于它的实时性，由于基于服务器和路由器的网络都是“软实时”的，它不像硬件实现的有线电视网那样是“硬实时”的，所以数据传输量可能在不同的时刻变化很大。如果把收到的数据直接播放的话，将会造成很差的播放质量。解决这一问题的做法是在路由器或者用户接收端实现数据缓冲，当然网络质量需要保证缓冲区不至于上溢和下溢，这在IPv6网络上做到并不是很困难的事情。
可以有三种做法实现较实时：
（1）硬性保证：用户指定的服务质量必须得到 100％的保证，要做到这一点一般需要网络带宽能够满足最大需求值。做到这一点代价很高，不是很现实。
(2）基于统计规律的保证：用户指定的服务质量能在一定范围内得到保证，特别是对于视频节目服务来说，往往不需要数据 100％的准确性。一定范围的的误码率和丢包率是可以接受的。
（3）尽量保证：这是最差的一种保证，除非带宽足够大，否则在这种情况下进行有质量保证的视频节目的发送是不可能的。但是，对于文本传输这种实时性要求不高的事务来说，准确性是最重要的，那么采用这种发送方式是正确的。
由于IPv6新增了对于服务质量的规定，采用第二种方式实现软实时是完全有可能的。路由器完全可以针对不同的业务流类别（数据流的业务流类别可以由用户来指定）采用不同的处理方式，从而保证用户的收看质量。
IPv6实现QoS的协议是IETF的资源保留协议（RSVP）。它允许一台主机要求来自特定的应用程序数据流或者流程（指可以由路由器或者数据转发主机辨别的相关数据包的流，在IPv6协议下就是拥有相同的流标签）的网络指定的服务质量。例如基于平均值的最大带宽，最大接收延迟，优先队列以及其他参数，主机也可以指定一个特定的网络服务级别，这类似于DVB中网络信息表的概念。
由此可见，在网络带宽、节目的EPG、数据传输的QoS以及相应的发送、接收软件都得到保证的情况下，目前在一定的用户规模下建立一个完整的基于 IPv6的视频节目广播／点播系统是完全现实的。（全文完）
摘自《中国CATV》
|