基于下一代网络的大规模媒体服务 主讲人 邢卫 2006年5月26日

一、应用展望

需求强烈、技术合适 媒体服务满足人们精神文化生活需求 下一代互联网适合发展大规模远程媒体服务 核心技术渐已成熟 影视娱乐欣赏、新闻传媒、图书影像发行 教育培训、医疗卫生、信息服务等 下一代互联网适合发展大规模远程媒体服务 地址空间更大 设计更安全 服务质量保障 核心技术渐已成熟 视频编解码、大规模组播、QoS保障 数字版权管理、认证计费、终端播放和机顶盒

发展迅速、潜力巨大 国际公司积极推动网络多媒体和流媒体应用 欧洲：英国电信、意大利FastWeb、法国电信等 北美：美国部分电信运营商使用有线电视网和电信网相结合，提供视频业务 国内网络流媒体业务正在稳步发展 中国电信准备IPTV商用 中国网通宣称开通大规模IPTV业务 央视开播CCTV网络电视新闻与娱乐频道

市场广泛、意义重大 市场需求与应用前景广阔 远程媒体服务与IPv6互动发展 突破传统模式：融合流媒体直播、录播、点播、自主节目下载等 渗透众多应用领域：广电、电信、娱乐、教育、医疗、政府等部门 远程媒体服务与IPv6互动发展 IPv6支持流媒体发布所需QoS保证、大规模组播、安全和多业务融合等技术； 大规模媒体服务将成为推动IPv6发展的重要业务

目前网络技术与媒体服务存在的挑战 目前媒体服务、流媒体传输发展迅速，但是在现有Internet上存在问题 网络传输的瓶颈问题突出 IPv4带来的地址空间严重不足、数据传输缺乏质量保证、数据安全性难以保证和对组播功能支持有限等问题 安全加密、数字版权管理的问题

IPv6 的发展 提出 IPv4定义的有限地址空间将被耗尽 使用NAT技术来共享IP地址，造成私有地址网络的连接问题 妨碍互联网的进一步发展 Internet主干网路由器有维护大型路由表的能力 层次路由机制平面路由机制 需要地址配置简单化 越来越多的设备使用IP地址地址配置自动化 IP层安全需求 标准的数据通信加密服务 更好的实时QoS支持的需求 IPv4 QoS依赖于IPv4服务类型字段、端口身份论证等 只适用于局域网络，绝大部分的实际应用设备都不支持 近年来Internet呈 指数级的飞速发展，导致IPv4地址空间几近耗竭。迫使许多企业不得不使用NAT将多个内部地址映射成一个公共IP地址。地址转 换技术虽然在一定程度上缓解了公共IP地址匮乏的压力，但它不支持某些网络层安全协议以及难免在地址映射中出现种种错误，这又造成了一些新的问题。而且， 靠NAT并不可能从根本上解决IP地址匮乏问题，随着连网设备的急剧增加，IPv4公共地址总有一天会完全耗尽。 Internet主干网路由器维护大型路由表能力的增强。目前的IPv4路由基本结构是平面路由机制和层次路由机制的混合，Internet核心主干网路由器可维护85000条以上的路由表项。 地址配置趋向于要求更简单化。目前绝大多数 IPv4地址配置需要手工操作或使用DHCP（动态宿主机配置协议）地址配置协议完成。随着越来越多的计算机和相关设备使用IP地址，必然要求提高地址配 置的自动化程度，使之更简单化，且其他配置设置能不依赖于DHCP协议的管理。 IP层安全需求的增长。在Internet这样的公共媒体上进行专用数据通信一般都要求加密服务，以此保证数据在传输过程中不 会泄露或遭窃取。虽然目前有IPSec协议可以提供对IPv4数据包的安全保护，但由于该协议只是个可选标准，企业使用各自私有安全解决方案的情况还是相 当普遍。 更好的实时QoS支持的需求。IPv4的QoS标准，在实时传输支持上依赖于IPv4的服务类型字段（TOS）和使用UDP或 TCP端口进行身份认证。但IPv4的TOS字段功能有限，而同时可能造成实时传输超时的因素又太多。此外，如果IPv4数据包加密的话，就无法使用 TCP/UDP端口进行身份认证。

IPv6关键技术—基础技术 庞大的地址空间以及层次化实现 128位IP地址，即有2128-1 个地址,NAT地址转换技术将不再需要 简化的报头和灵活的扩展 将包头开销降到最低，提高路由处理效率 IPv6包头之后的扩展包,仅受到整个IPv6包最大字节数的限制 网络层的认证与加密 全面支持IPSec，提供基于标准的网络安全解决方案 服务质量的满足 允许用户对通信质量提出要求，包括使用IPSec加密的用户在内 IPv6的基本技术主要体现在与IPv4的比较之中，主要包括： 庞大的地址空间以及层次化实现； IPv4中规定IP地址长度为32，即有2^32-1个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有2^128-1个地址。 这一地址空间是IPv4地址空间的1E28倍（或以目前全球总人 数而言，人均可分配1.8×1019个IPv6地址）。IPv6采用分级地址模式，支持从Iternet核心主干网到企业内部子网等多级子网地址分配方 式。在IPv6的庞大地址空间中，目前全球连网设备已分配掉的地址仅占其中极小一部分，有足够的余量可供未来的发展之用。同时由于有充足可用的地址空间，NAT之类的地址转换技术将不再需要。 　　简化的报头和灵活的扩展； 新IPv6包头的设计原则是力图将包头开销降到最低，具体做法是将一些非关键性字段和可选字段移出包头，置于IPv6包头之后的扩展包头中，因此尽管IPv6地址长度是IPv4的四倍，但包头仅为IPv4的两倍。改进后的IPv6包头在中转路由器中处理效率更高。 IPv6特性具有很强的可扩展性，新特性可以添加在IPv6包头之后的扩展包头中。不象IPv4，包头最多只能支持40字节的的可选项，IPv6扩展包头的大小仅受到整个IPv6包最大字节数的限制。 　　　　网络层的认证与加密； 更高的安全性. IPv6全面支持IPSec，这要求提供基于标准的网络安全解决方案，以便满足和提高不同的IPv6实现之间的协同工作能力。在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验,这极大的增强了网络安全. 　　服务质量的满足； IPv6包头的新字段定义了数据流如何识别和处理。IPv6包头中的流标识（Flow Label）字段用于识别数据流身份，利用该字段，IPv6允许终端用户对通信质量提出要求。路由器可以根据该字段标识出同属于某一特定数据流的所有包， 并按需对这些包提供特定的处理。由于数据流身份信息包含在IPv6包头中，因此即使是经过IPSec加密的数据包也可以获得QoS支持。 　　

IPv6关键技术—基础技术 对移动性的更好支持 支持移动IP地址的自动配置、自动转交、优化路由选择等 高效的层次寻址及路由结构 大大降低了路由器的寻路和存储开销 路由器不再做分段工作，分段仅由发送主机进行 增强的组播与流量控制 不再有广播地址，而是使用面向链路局部范围内所有节点的组播地址 自动配置，即插即用的连网方式 包括全状态和无状态地址配置方式 无状态配置方式中，在线主机自动获得本地路由器地址前缀等相关配置 ICMPv6路由器请求和路由器发布报文 用于邻节点交互的新协议 替代了ARP请求 支持1280字节不分段数据包 对移动性的更好支持； 　　高效的层次寻址及路由结构 IPv6的地址分配一开始就遵循聚类(Aggregation)的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录(Entry)表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。 路由器不再做分段工作，分段仅由发送主机进行 增强的组播(Multicast)支持以及对流的支持(Flow-control)。 这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量(QoS)控制提供了良好的网络平台. 加入了对自动配置(Auto-configuration)的支持。 这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络(尤其是局域网)的管理更加方便和快捷. IPv6支持全状态和无状态（stateful and stateless）两种地址配置方式。在IPv4中，动态宿主机配置协议DHCP实现了主机IP地址及其相关配置的自动设置，IPv6承继IPv4的这 种自动配置服务，并将其称为全状态自动配置（stateful autoconfiguration）。除了全状态自动配置，IPv6还采用了一种被称为无状态自动配置（stateless autoconfiguration）的自动配置服务。在无状态自动配置过程中，在线主机自动获得本地路由器的地址前缀以及链路局部地址 用于邻节点交互的新协议 IPv6的邻居发现协议（Neighbor Discovery protocol）使用一系列IPv6控制信息报文（ICMPv6）来实现相邻节点（同一链路上的节点）的交互管理。邻居发现协议以及高效的组播和单播邻居发现报文替代了以往基于广播的地址解析协议ARP、ICMPv4路由器发现和ICMPv4重定向报文。

IPv6带给网络媒体服务的优点 自动配置，即插即用的连网方式 简化了流媒体系统的部署 完善用户管理功能 基于IPSec的认证与加密技术 保证了有条件接收技术中相关数据传输的安全性 高性能的传输网络 IPv6的简化报头、高效的路由机制带来了网络性能的提高和组网成本的降低 ipv6比ipv4在系统配置、服务质量、传输安全、数据组播等方面都有了改进。而这些都是与ip网络流媒体传输息息相关的。 自动配置，即插即用的连网方式，简化了相关服务器，客户端网络参数的配置等。 IPSec 保证有条件接收中视频加密密钥的安全传输 IPv6 同时带来了网络性能的提高，对于新组建的网络，相对于IPv4 可以降低成本

IPv6带给网络媒体服务的优点 服务质量QoS 在IPv4的基础上作了一定的扩充 对各种多媒体信息根据紧急性和服务类别确定数据包的优先级 定义了专门的QoS域，大大减小rsvp的开销 服务质量 基于ipv4的internet从原理上讲服务质量(qos)是无保证的。文本传输、静态图像等传输对qos并无要求，但其它多媒体业务，如ip电话、vod、电视会议等实时应用，对传输延时和延时抖动均有严格的要求。 ipv6与ipv4在综合业务模型上没有本质上的区别，都是以rsvp为核心协议。在ipv4中，rsvp依照业务数据流的源地址、目的地址、端口等信息 制定相应的qos策略，而且要在传输路径上的所有路由器上实现这些策略。这意味着传输路径上的所有路由器都需要分析每个数据包的源地址、目的地址、端口等 信息，这将会增加路由器的负担，另外，当数据量增大时，也会增加数据包的处理延时。ipv6为rsvp的实施提供了一种更为有效的方法。主要原因在于，在 ipv6数据报头信息中定义了专门的qos支持域，ipv6对qos的支持主要表现在流标记域，流标记基本上是按位产生的伪随机数，在一定的时间值内，源 端不能重用流标记。流标记为0，指示这个包不属于任何流。ipv6环境下的rsvp可以只依照数据包的流标记制定相应的qos策略，这将大大减小rsvp 的开销，同时传输路径上每个路由器的处理负担也相应减小，使rsvp策略的实施更为简便。另外，当需要qos服务的数据流的生存期很短或者所需带宽很小 时，rsvp的开销很可能大于数据流中所有包的开销，如果在ipv4网络中采用综合业务模型，将得不偿失；而在ipv6网络中rsvp的开销非常小，使得 这种业务需求得到保障。

基于IPv6的多媒体技术的优点 加强了组播功能 实现基于组播、具有网络性能保障的大规模视频会议和高清晰度电视广播的应用(高带宽) 取消了广播 使用有限组播地址的替代局部广播 增加了标识和范围字段 ，防止了组播地址的冲突 组播是一种允许一个或多个发送者(组播源)发送单一的数据包到多个接收者(一次、同时)的网络技术。组播源把数据包发送 到特定组播组，只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。组播可以大大地节省网络带宽，因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只传送单一 的数据包。它提高了数据传送效率，减小了主干网出现拥塞的可能性。因此，组播已成为流媒体在ipv4网络中的重要传输方式。 　 　ｉpv6加强了组播功能，取消了广播，而使用一个“所有节点”组播地址来替代那些必须使用广播的情况。同时，对那些原来使用了广播地址的场合，则使用一 些更加有限的组播地址。ipv6组播地址的格式更为严格，如图4所示。组播地址只能用作目的地址，没有数据报把组播地址用作源地址。 在ipv4组播网络中，除了一些熟知的和保留的组播地址以外，其他地址并没有明确规定该怎么用，因此在广域范围内使用时存在着冲突的危险。而在ipv6组 播网络中，由于增加了标识和范围字段，临时组播地址在它们自己的范围以外没有意义，因此全球范围的临时组播地址和链路本地的组，即使它们有相同的组标识 符，也不会发生冲突，这更有利于组播功能的实现。

国内研究与应用现状 制定CERNET2组播地址分配方案 进行CERNET2组播路由设计 开发IPv6组播监控系统 我国CERNET2和CNGI-6IX项目 初步开展了IPv6组播技术研究 制定CERNET2组播地址分配方案 进行CERNET2组播路由设计 开发IPv6组播监控系统 调试基于IPv6 的大规模、强交互组播视频会议系统 开发具有HDTV和SDTV质量的组播视频广播系统 在CERNET2上进行技术验证，并投入试运行和服务 浙江大学IPv6网络 2004/12/23 开通 IPv6多媒体服务网站 校园网作为IP网络形态之一，一直是IP网络中最具有革新精神的。中国的互联网络也是从CERNET开始发展，很多IP技术来源于校园网并走向成功，也有很多在此走向终结。在校园网中验证IPv6各种技术的价值是一个很好的选择。 CERNET2第二代中国教育和科研计算机网，中国下一代互联网示范工程CERNET2，是一个纯IPv6的骨干网 ,于2004年12月25日正式开通。         浙江大学作为CERNET2 主节点单位之一，为浙江省各高校和科研机构提供IPv6高速接入服务。 浙江大学校园网络中心从2003年开始成立IPv6试验小组，进行IPv6网络技术的研究开发和试验工作。 2004/12/23  浙江大学IPv6主页，IPv6多媒体服务网站开通

国外研究与应用现状 韩国 电子通信研究院(ETRI) 中国台湾 2002年开始的E-Taiwan计划 绝大多数ISP都支持IPv6,已有TaNet,TWAREN等实验网络 HiNet 开展IPv6 多媒体服务 欧洲 6INIT 开展的研究中，包含QoS,IPSec,VOIPv6等

媒体服务系统总体要求和技术规范的制定 网络体系架构和组网总体方案的制定 自主知识产权的成套设备与软件的研究开发 示范网络建设与业务试验 二、关键技术工作 媒体服务系统总体要求和技术规范的制定 网络体系架构和组网总体方案的制定 自主知识产权的成套设备与软件的研究开发 示范网络建设与业务试验

总体技术规范的研究制定 （1）远程媒体服务的范围和服务形式 流媒体直播、流媒体录播、流媒体点播、自主节目下载、互动流媒体节目及其业务设置、操作管理、结算形式等等 （2）远程媒体服务系统的整体技术构成规范 媒体服务中心系统、用户接收终端系统构成 对连接服务中心与用户端系统的网络的功能性能要求

总体技术规范的研究制定 （3）媒体服务中心的软硬件系统技术规范 各种业务单元设备的逻辑接口、功能规范和主要性能指标 编码器、流发送器、数据发送器、节目单发送器、授权发送器、点播接入器、运行控制器等 编码器和流发送器支持的视频编码标准 媒体服务中心系统内的所有协议规范 媒体服务中心系统内部的逻辑构成和物理组网的方案

总体技术规范的研究制定 （4）媒体服务系统的网络平台技术规范 主干传输网络的技术规范，包括接口设备规范、网络传输方式和性能指标（包括QoS保障性指标） 接入网络的技术规范，包括多种接口转换设备的规范，接入网络的功能和性能指标描述 网络体系架构的技术规范，如不同接入网通过网关融合的多种协议堆栈结构

总体技术规范的研究制定 （5）媒体服务系统的用户接收终端系统的技术规范 不同用户终端形式（如计算机、机顶盒＋电视机）、不同接入形式（如局域网接入、HFC直接接入等）技术规范 媒体服务编码类型，前端可能输出各种编码类型和参数组合 终端应达到视觉质量指标（分辨率、帧率等）

网络体系架构与组网总体方案 （1）以CNGI为核心的“树网混合状”的新型网络概念体系架构、适合远程 媒体服务“以点到面”广播发送为主、双向交互通信为辅的网络传输服务模 型 （2） 研究IPv6的服务特点，开发实现面向远程媒体服务基本传输基本模式 （实时发布服务、可靠发布服务、实时互动服务、可靠互动服务） （3）提出以IPv6网络为核心，融合IPv4、DVB-C等多种接入网络的组网 实现方案，包括：在IPv6基础上的树状逻辑子网与网状逻辑子网的实现；多 种接入网络与IPv6网络的融合互联的方案

网络体系架构与组网总体方案 （4）整个远程媒体服务系统由分布式多级中心构成

服务中心系统成套软硬件开发 （1）媒体服务中心系统内各种单元设备集成和研制开发 集成或研制开发编码器、流发送器、数据发送器、节目单发送器、授权发送器、流量检测仪、点播接入器、运行控制器等 （2）信源管理系统 按照信源的物理特性、编码格式、逻辑特性、播出计划等因素制定信源的存储策略、缓冲存储策略、分类与检索策略； 开发信源存储与检索子系统、信源缓冲存储分发与管理子系统。

服务中心系统成套软硬件开发 （3）资源管理调度系统 管理媒体服务中心平台的通道划分、带宽划分、时段划分等资源分配 实时优化调度，生成推送计划表 （4）播出网络管理与控制系统 从推送计划表实时动态生成节目单、授权控制信息、设备任务表等信息，管理和控制整个服务中心系统的各种设备运行 （5）用户管理与计费系统 管理系统上的多个运营商、多种业务和用户信息 支持多用户、多业务计费，支持点播付费，以及用户与运营商之间、多个运营商之间的结算

接入终端设备与软件的开发 （1）普通计算机的远程媒体服务终端应用软件 接入方法与软件（协议堆栈）集成、整合开发 各类远程媒体服务的界面设计 研究制定操作系统及其应用软件的性能保障机制，优先级、线程管理等关键技术的设计和实现 软件体系结构设计 保持各种业务模块的一致性和重用性 支持对多种视频编码标准的统一的支持 保证解码回放的服务性能。

接入终端设备与软件的开发 （2）电视机前置机顶盒 嵌入式系统架构和嵌入式技术的研究开发 各类标准业务（视频直播、视频录播、视频点播、自主节目下载、互动流媒体节目）的用户操作节目设计，特别是服务导航界面的设计和操作界面（遥控器）设计 机顶盒内部支持各类业务的软硬件体系结构研究，以及保障实时视频业务流畅播放的软硬件机制 支持多种视频编码类型的软硬件系统结构和实现方法的研究择优选择实现方案，予以设计实现。

典型示范系统

三、我们的工作

基于IPv6、融合多种接入网络 大规模网络媒体服务系统 能够支持大容量媒体组播推送 能够支持实时信息互动

系统特点—丰富的多媒体应用 媒体服务中心系统能够向终端系统提供以下主要的服务形式： 视频直播：服务中心实时进行视频的编码和推送 视频录播：服务中心将预先制作好的视频节目以流媒体形式向终端推送 视频点播服务 视频交互答疑咨询 数据文件及目录的推送和下载 信息公告、通知、新闻等多媒体信息发布 媒体服务中心系统能够向终端系统提供以下主要的服务形式： 视频直播：服务中心实时进行视频的编码和推送 视频录播：服务中心将预先制作好的视频节目以流媒体形式向终端推送 视频点播服务 视频交互答疑咨询 数据文件及目录的推送和下载 信息公告、通知、新闻等多媒体信息发布

系统特点—高组播带宽 融合有线电视网与交互式IP网络(Internet) 充分利用了有线电视基础网络天然的组播和高带宽特性 与目前的商业宽带互联网有机结合 初步解决了组播应用中的带宽瓶颈 利用广电网络的一个物理频道，提供稳定的30Mbps带宽。可以同时利用多个物理频道提供稳定的组播服务

系统特点—多种网络融合 基于融合网络拓扑结构与组网技术，解决远程大规模接入问题 基于广电SDH网作为IP组播传输主干网 集成WiMax与DVB为IP接入网络 融合IP、WiMax与DVB的组网技术

系统研究内容 研究融合网络的传输服务与管理控制技术 高质量视音频组播技术、高效可靠多媒体信息广播技术 QoS管理技术、网络资源自适应调度与均衡技术 服务接入控制技术

系统研究内容 研究开发融合网络平台的服务与管理系统 融合 WiMax、IP、DVB的网络接入服务系统开发 综合DVB、WiMax的用户接入系统开发 融合网络平台的综合管理与运行维护系统开发

已开展的工作 1 承担或完成多个相关的国家、省、市项目： 浙江省信息化科技村镇建设和示范（融合互联网和有线电视网的数字媒体服务平台），浙江省科技厅重大科技攻关项目，2002年 基于有线电视网和Internet网络的多媒体综合信息服务平台，杭州市“5112”科技计划项目，2002年 多层次职业技术教育网络化服务平台，浙江省科技厅重大科技攻关项目，2003年 基于IP网络的流媒体视频直播系统，浙江省信息产业厅软件产业基金项目，2003年 数字媒体网络系统关键技术研究及应用，国家教育部新世纪优秀人才计划项目，2004年

已开展的工作 2 承担或完成多个相关的国家、省、市项目： 浙江省农村党员干部现代远程教育工程关键技术与设备研究及其应用，浙江省科学技术厅科技攻关项目，2004年 自适应可靠安全的流媒体系统研究与开发，浙江省科学技术厅科技攻关项目，2004年 优质基础教育资源网络化服务，浙江省科学技术厅科技攻关项目，2004年 数字媒体网络系统及关键技术的研究，国家自然科学基金重点项目，2005年

已开展的工作 3 申请相关发明专利5项 适合数字媒体发布业务的网络结构与传输方法，发明专利，申请号：200410016830.X 融合IP网络和有线电视网络的接入方法及其设备，发明专利，申请号：200410016829.7 具有多种转换功能的自适应视频转码网关，发明专利，申请号：200410016832.9 一种融合互联网和有线电视网络环境下的条件接收系统，发明专利，申请号：200410016828.2 融合数据、语音、视频混合编码的多码率编解码及其等时传输方法，发明专利，申请号：200410016827.8 获得软件著作权4项

已开展的工作 4 科技成果鉴定与获奖成果4项 基于有线电视网络的多媒体远程教育系统，2001年6月，浙江省科技厅鉴定为国内领先水平 2002年度浙江省广播电视局科技创新一等奖，2002年度国家广播电影电视总局科技创新三等奖 并列入04年度国家级火炬计划项目 浙江省信息化科技村镇建设与示范（融合互联网和有线电视网的数字媒体服务平台），2005年1月，浙江省科技厅鉴定为国际先进水平 多层次职业技术教育网络平台，2006年1月，浙江省科技厅鉴定为国内领先水平 基于有线电视网和互联网的多媒体综合信息服务平台，2004年12月，杭州市科技局鉴定国内领先水平

已开展的工作 5 研发成果 “融合互联网与有线电视网的大规模远程媒体服务平台”的现有应用 浙江广联信息网络有限公司投资建立一个可运营的“浙江省远程综合媒体服务平台”，延伸到绍兴、湖州、宁波、嘉兴、丽水等五个地市 中共浙江省委组织部利用该平台建立了覆盖浙江全省的“浙江省农村党员干部现代远程教育系统” 四川省广播电视网络有限责任公司应用该平台的技术构建了一个“四川省数字媒体服务平台”，进行商业运营。系统具有视频节目直播、视频节目轮播、视频节目点播等多样化服务，平台能覆盖120万用户。

谢谢各位！