范文一:GPON的关键技术
GPON 的关键技术
【摘 要】由于信息的高速传递,网络带宽和网速难以满足系统的要求, GPON 的技术能够有效的解决这一问题, 通过对 GPON 的系统结构和 GEM 封装 技术进行详细的分析和探究,详细的分析了 GEM 帧结构的特点和分片技术,总 结了 GPON 的关键技术,探讨了 GPON 关键技术, GEM 封装的问题
【关键词】 GPON ;关键技术; GEM 封装
随着互联网和网络通信技术的的持续快速发展, GPON 技术也得到了快速的 发展, 而互联网的各类增值业务不断涌现, 例如网络视频会议、 大型的网络游戏、 IPTV 等相关业务的开展,对网络的带宽、网速都提出了比较高的要求,尤其是 在以 IPTV 为代表的网络视频点播业务、对于网络带宽和网速的要求远远超出了 WEB 服务功能的要求。
1 GPON的系统结构和 GEM 功能描述
(1) GPON 的协议栈。 GPON 的控制功能主要由控制管理平面 C/M平面和 用户平面 U 平面组成,其中, C/M平面管理系统的用户的数据流,完成系统数 据的加密和解密等 OAM 功能, U 平面完成系统用户数据流的传输功能,用户的 平面可以分为物理媒介相关子层、 GPON 数据汇聚子层和系统的高层, 其中系统 的高层用户数据和控制与管理信息的功能通过 GEM 适配子层进行封装,完成数 据的传输。 GPON 的数据协议栈的模型图如下图 1所示:
(2) C/M平面的协议栈。该协议栈主要由内嵌的 OAM 、 PLOAM 和 OMCI ONU 构成三部分构成,其中 OAM 主要完成数据的上行带宽的授权、系统的密 钥切换指示和 DBA 的信息报告功能, PLOAM 主要实现传送物理层中不通过 OAM 的数据信息, OCMI 主要实现系统数据的种类、业务、 Qos 质量控制等功 能,通过 ATM 的 PV/PC或 GEM 的封装,实现 GPON 网络集中业务管理的信令 传输和控制管理等。
(3) U 平面协议栈。一般地, GPON 网络具有 ATM 和 GEM 两种数据封装 和传输模式,数据通过 U 平面协议栈可以实现数据的有效传递和数据交换, GPON 中的数据传输可以采用 ATM 格式,也可以采用 GEM 模式,也可以将上 述两种模式混合使用, 以实现数据的封装功能, 在具体工作时, 选取那种数据封 装模式,一般在 GPON 初始化时开始进行选择。
2 GEM的功能与帧结构
(1) GEM 的功能。就 GEM 的帧结构而言,他和其他数据的结构的封装方 式相似,但是 GEM 的数据封装在 GPON 的内部,独立于系统的 OLT 端的 SNI , 而且也独立于 ONU 端的 UNI ,在 GEM 封装内嵌与 GPON 之中后, SNI 与 UNI 无法对 GEM 的封装进行辨识。
范文二:GPON的关键技术
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GPON 的关键技术
作者:李晓娜
来源:《华东科技》 2013年第 05期
【摘 要】由于信息的高速传递,网络带宽和网速难以满足系统的要求, GPON 的技术能 够有效的解决这一问题,通过对 GPON 的系统结构和 GEM 封装技术进行详细的分析和探究, 详细的分析了 GEM 帧结构的特点和分片技术,总结了 GPON 的关键技术,探讨了 GPON 关键 技术, GEM 封装的问题
【关键词】 GPON ;关键技术; GEM 封装
随着互联网和网络通信技术的的持续快速发展, GPON 技术也得到了快速的发展,而互联 网的各类增值业务不断涌现,例如网络视频会议、大型的网络游戏、 IPTV 等相关业务的开 展,对网络的带宽、网速都提出了比较高的要求,尤其是在以 IPTV 为代表的网络视频点播业 务、对于网络带宽和网速的要求远远超出了 WEB 服务功能的要求。
1 GPON的系统结构和 GEM 功能描述
(1) GPON 的协议栈。 GPON 的控制功能主要由控制管理平面 C/M平面和用户平面 U 平 面组成,其中, C/M平面管理系统的用户的数据流,完成系统数据的加密和解密等 OAM 功 能, U 平面完成系统用户数据流的传输功能,用户的平面可以分为物理媒介相关子层、 GPON 数据汇聚子层和系统的高层,其中系统的高层用户数据和控制与管理信息的功能通过 GEM 适 配子层进行封装,完成数据的传输。 GPON 的数据协议栈的模型图如下图 1所示:
(2) C/M平面的协议栈。该协议栈主要由内嵌的 OAM 、 PLOAM 和 OMCI ONU构成三 部分构成,其中 OAM 主要完成数据的上行带宽的授权、系统的密钥切换指示和 DBA 的信息 报告功能, PLOAM 主要实现传送物理层中不通过 OAM 的数据信息, OCMI 主要实现系统数 据的种类、业务、 Qos 质量控制等功能,通过 ATM 的 PV/PC或 GEM 的封装,实现 GPON 网 络集中业务管理的信令传输和控制管理等。
(3) U 平面协议栈。一般地, GPON 网络具有 ATM 和 GEM 两种数据封装和传输模式, 数据通过 U 平面协议栈可以实现数据的有效传递和数据交换, GPON 中的数据传输可以采用 ATM 格式,也可以采用 GEM 模式,也可以将上述两种模式混合使用,以实现数据的封装功 能,在具体工作时,选取那种数据封装模式,一般在 GPON 初始化时开始进行选择。
2 GEM的功能与帧结构
(1) GEM 的功能。就 GEM 的帧结构而言,他和其他数据的结构的封装方式相似,但是 GEM 的数据封装在 GPON 的内部,独立于系统的 OLT 端的 SNI ,而且也独立于 ONU 端的 UNI ,在 GEM 封装内嵌与 GPON 之中后, SNI 与 UNI 无法对 GEM 的封装进行辨识。
范文三:CDMA的关键技术
1.CDMA 的软容量
因为 CDMA 系统的基站在接入手机信号时有一个门限值,当一个基站的用户的量已经 快要超出负荷时,基站会利用 CDMA 特有的功率控制技术将门限值提高,这样在某个基站 边缘的用户就会因信号太小而被自动的软切换到另一个基站上, 这样就可以保持原来基站的 服务质量也可以保证手机用户的通话质量。
(按上面对 CDMA 系统的类比,房间里可能不断有新的交谈者进入。当然交谈者总数有一 定限度,这与房间大小、 人的音量、 交谈者之间的距离都有密切的关系。这里我们又引入了 几处新类比:房间的大小对于 CDMA 系统来说就是单载波的容量;而交谈者之间的音量则 相当于 CDMA 系统中手机的发射功率; 音量控制即对应着 CDMA 中一个非常重要的技术 ---功率控制; 交谈者的距离即对应手机与基站的距离。 通过这个例子, 我们可以总结出 CDMA 系统的一些特点:CDMA 系统是一个自干扰系统; CDMA 系统单载频的容量不像 FDMA 、 TDMA 那样是固定的,这也就是我们常提到的
2.CDMA 的反向闭环功率控制原理
反相闭环功率控制的设计目标是使基站对移动台的反相功率调整, 以使移动台保持最理想的 发射功率。闭环功率控制通过定期在业务帧中插入功率控制比特组实现。其频率是 800Hz
3.CDMA 的关键技术
1.功率控制技术
功率控制技术是 CDMA 系统的核心技术。 CDMA 系统是一个自扰系统,所有移动用户都占 用相同带宽和频率,
(l)反向开环功率控制。 它是移动台根据在小区中接受功率的变化, 调节移动台发射功率以达 到所有移动台发出的信号在基站时都有相同的功率。它主要是为了补偿阴影、拐弯等效应, 所以它有一个很大的动态范围,根据 IS-95标准,它至少应该达到正负 32dB 的动态范围。
(2)反向闭环功率控制。闭环功率控制的设计目标是使基站对移动台的开环功率估计迅速做 出纠正,以使移动台保持最理想的发射功率。
(3)前向功率控制。在前向功率控制中,基站根据测量结果调整每个移动台的发射功率,其 目的是对路径衰落小的移动台分派较小的前向链路功率, 而对那些远离基站的和误码率高的 移动台分派较大的前向链路功率。
2. PN 码技术
PN 码的选择直接影响到 CDMA 系统的容量、 抗干扰能力、 接入和切换速度等性能。 CDMA 信道的区分是靠 PN 码来进行的,因而要求 PN 码自相关性要好,互相关性要弱,实现和编 码方案简单等。 目前的 CDMA 系统就是采用一种基本的 PN 序列 --m 序列作为地址码, 利用
它的不同相位来区分不同用户。
3. RAKE 接收技术
移动通信信道是一种多径衰落信道, RAKE 接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调, 然后叠加输出达到增强接收效果的目的,这里多径信号不仅不是一个不利因素,而且在 CDMA 系统变成一个可供利用的有利因素。
4.软切换技术
先连接,再断开称之为软切换。 CDMA 系统工作在相同的频率和带宽上,因而软切换技术 实现起来比 TDMA 系统要方便容易得多;
5.话音编码技术
目前 CDMA 系统的话音编码主要有两种,即码激励线性预测编码 (CELP)8kbit/s和 13bit/s。 8kbit/s的话音编码达到 GSM 系统的 13bit/s的话音水平甚至更好。 13bit/s的话音编码已达到 有线长途话音水平。 CELP 采用与脉冲激励线性预测编码相同的原理,只是将脉冲位置和幅 度用一个矢量码表代替。
范文四:GMPLS的关键技术
王斌丁炜
刷(7/月
(北京邮电大学宽带通信网实验室北京100876)
摘要GMPIs是MP【S向光网络扩展的产物,能支持分组交换、时分交换、波长交换和光纤交换。
本文先对MPls做了回顾,然后对GMPLs的标签、层次化IsP、路由与寻址、信令和链路管理等方面一一加以分析,最后对GMPLS的意义提出了一些尚待解决的问题。关键词MP【s
GMP玛层次化LSP链路管理
1
引言
随着Intemet和光纤技术的迅猛发展,IP和光
通过分析数据分组的信息头来决定该分组属于哪个FEc(转发等价类,即FEc使一些具有某些共性的数据流集合,这些数据在转发过程中被LsR以相同的方式进行处理),然后查找uB(标签信息库),将一个与该FEc相关联的标签加在数据分组前。在后继的IJsR中,不需要再查找IP分组头,只需要根据数据分组的标签来查找uB,即可决定其转发出口,在转发前将新的标签取代旧的标签,然后转发到下一个LsR。当数据分组到达出口LSR时,出口LSR将Label从数据分组中去掉,又按照传统的IP转发方式对数据分组进行转发。其中,所有与FEC绑定的标签分发和LsP的建立都是由LDP(标签分发协议)来完成。
3
网络技术的相互融合必将成为未来网络发展的重要趋势。如何解决IP层与光层的融合,GMPLs提供了一个良好的思路。GMPLS继承了几乎所有MPLs的特性和协议,是MPIs向光网络的扩展,它可以用统一的控制平面来管理多种不同技术组建的网络,从而为简化网络结构、降低网络管理成本和优化网络性能提供了重要保证。
2
多协议标签交换(MPLS)技术的回顾
MPLs是GMPLS的基础,它是定位于2.5层的
网络技术,为IP层与链路层的交互提供了一个统一的操作平台,具有很强的适应性和灵活性,能支持现有网络层和链路层的各种协议(比如对网络层
GMPLS的关键技术
为了能适应未来智能光网络动态地提供网络资
支持IPv4、IPv6、IPx、Apple喇k等,对链路层支
持FR、ATM、P”等)。MP坞是一种能够大幅度
提高路由转发速度的技术,它的体系结构分为两个独立的组件,即转发组件(也叫数据层面)和控制组件(也叫控制层面)。转发组件使用标签交换机维护的标签转发数据库,根据分组携带的标签执行数据分组的转发任务。控制组件负责在一组互联的交换机之间建立和维护标签转发信息。
MPIS的简单工作原理是:当数据分组到达MPI|s网络云的人口LSR(标签交换机),入口璩R,2
源和传送信令的要求,我们需要对传统的MPLs进行扩展和更新。GMPl5正是MPLs向光网络扩展的产物,它在支持传统的分组交换、时分交换、波长交换和光纤交换的同时,还对原有的路由协议、信令协议作了修改和扩展。
目前,IP层与光传送层的融合主要有重叠模型和集成模型两个方向,GMP【s应同时支持这两种模型。
重叠模型又称客户一服务器模型,即光层网络
作为服务器,IP网络层做为客户层,两者具有独立
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的控制平面。具体地说,一个在核心光网络;而另
识收到标签请求的链路,仅在邻接的节点间具有本地效力。标签的长度和格式根据不同的应用环境也会不同。比如在波长标签交换应用中,端口,波长标签为32bit,表示使用的光纤或端口或波长,与
一个在客户层,集中体现在用户一网络接口(uNI)
处,两者之间不交换路由信息,独立选路,具有独立的拓扑结构。核心光网络作为服务器,为网络边缘的客户提供波长业务。它的优点是光网络与IP网络可以独立地发展;缺点是网络扩展性能差,存在胪问题。另外,两个层面存在两套不同的地址空间,需要复杂的地址解析。
集成模型又称对等模型或混合模型,它的基本特点是光传送层的控制智能被转移到IP层,由IP层来实施端到端的控制。此时,光传送网和IP网形成一个集成的网络,统一的控制平面维护单一的拓扑,光交换机和1P路由器可以自由地交换所有信息并运行同样的选路和信令协议,实现一体化的管理和流量工程。但它的缺点也是明显的,就是必须在光层和IP层交互大量的状态和控制信息。
3.1
传统标签不同的是没有实验比特、标签栈底和”L
等域,但它与传统标签一样,仅在邻接节点间具有本地效力。标签值可以通过人工指配或由协议动态决定。
31.2
GMPLs的层次化标签交换路径
为了支持光网络,GMPIs需要引入新的概
念——层次化标签交换路径。层次化的含义是针对
I_SP的复用能力而言的,复用能力越强的LsP层次
越高。如图1所示,LsPl、lsP2、璩P3和LsP4具
有由低到高的嵌套关系。LsPl在最低层,它的始端和终端设备是具有分组交换能力的网络接口(主乒的设备是路由器);【sPl和其他具有分组传输能力的LsP可以聚合到【sP2中,LsP2处在第二层,它的始端和终端设备是具有时隙交换能力的网络接口,主要种类有sDH,s0NET、TDM或ADM接口;同样,LsP2可以和其他的具有时隙传输能力的LSP又可以聚合到IsP3中,LsP3的始端和终端设备(光交叉连接设备,oxc)在具有波长交换能力的网络中;LsP4在具有光纤交换能力的网络中,处于最高层。
LSP(标签交换路径)分层后,带来的好处是显而易见的。首先,通过不同层次间的路由汇聚,可以非常节约地使用波长和时隙信道,从而解决波长和时隙信道非常有限的问题;其次,解决了光信道和时分信道只能被分配有限个离散值带宽的问题。比如,在不采用分层LsP之前,穿过光网络100Mbi以的IsP都需要一个单独的、非常大的离散值带宽(例如2cbj以)。采用了分层结构后,每个波长信道都成为了一条聚合路由,大量的IsP可以共享一条2Gbi以的光信道。31.3层次化LsP的建立
这一部分我们将解释层次化LsP的建立过程,假定图1中的LSPl是一条支持500Mbi以分组传输
GMPLS的标签和标签交换路径
cMPLS为了能控制光网络,它不仅要支持传
统的分组交换,而且还要支持时分交换、波长交换和光纤交换,这就决定了GMPLS与MPLs有很大的不同,主要表现在以下几个方面:
?MPLs的标签空间非常大,而波长和时分信道非常有限。
?MPIs的LSP能够被分配连续值的带宽,而光信道和时分信道只能被分配有限个离散值的带宽。
?如果两节点之间有多条并行光纤,GMPLs还必须支持光纤交换。
3.1.1
GMPLS的标签
为了支持电路交换(主要是sDH)和光交换
(包括Lsc和Fsc),GMPLs设计了专用的标签格式,标签应该支持对光纤、波带、波长甚至时隙的标识。以cR—LDP的TLV格式为例,其标签项中
应包含L盯、LsP—ENc、G-PID和链路标识4个字段。其中,L町字段是指链路保护类型,IsP_ENc
字段指LsP编码类型,定义了0c—n(sONET)、STS—n(SDH)、GigE、10GigE、Dsl~Ds4、El—E4、J3、J4、VT以及光波长、波带等类型。G—PID字段是通用净荷标识,表示LSP运载的净荷类型,使用标准的以太网净荷类型,由入节点设置,供出节点使用,中间节点仅进行透明传送。链路标识字段标
的线路,LSP2是一条s砖一12c的sDH线路,LsP3
是一条oc—192线路,IJsP4是支持wDM的线路。
下面的讨论是基于GMPl|s中定义的扩展后的
RsV卜TE信令。原版的RsVP使用两种信令,一种
孛盈鼗撂迸僖嬲.3
髟
一时分交换机
-IP交换机
分组ISPl
一波长交换机-一光纤交换机
图1层次化的uP结构
是PATH消息,它是发端向收端发送的请求信息,主要包含对业务流描述和分类的参数。另一种是REsV信息,它包含描述接收端预留的资源参数。为了支持MPLs,需要在REsV信息中加入标签对象,它的简单工作原理是:当一个LsR要为一个RsVP流发送REsV信息时,它会产生一个新的标签,将它写入转发表的人标签栏和要发送的RsVP信息中。上游邻近的LSR收到此信息后,会将REsV信息中的标签写入转发表的出标签栏,同时产生一个新的标签,并把它写入转发表的人标签栏和要发送的RsVP信息中,然后此信息被传送到上游邻近的LSR。当REsV信息到达发端时,一条保证Qos的LSP就建立了。
如图2所示,层次化LSP的建立过程如下:(1)一个关于要建立IsPl的路径请求报文(PaIlll)在Ro产生,此报文被转发至R1(一个分组交换网的边缘节点)。
(2)Rl收到此报文后,就会触发要建立
IsP2(R1到R7)的路径请求报文(Pa山2)产生,此报文被转发至s2,这种过程一直持续到LsP4的路径请求报文(Patll4)产生。
(3)Pa出4到达05时,05会沿原路回送Resv信息,当Re8v信息到达03时,【sP4就成功建立了,此时,PatIl3报文可以由LSP4传至05,然后由05转发到s6,s6沿原路径向s2发出标签映射消息,LsP3随后被建立。此过程一直重复到IsPl被成功建立。3-2路由与寻址
GMPLs将网络划分为两个层次:分组交换层(Psc)和非分组交换层。非分组交换层还可以细分,特别是当TDM与光交换由不同设备完成时,进一步细分是非常必要的。例如,图1中有4个网络云分别是:Psccloud(分组交换网络云)、TDMcloud(时分交换网络云)、LSccloud(波长交换网络云)和巧ccloud(光纤交换网络云),4个网络云可以被看成4个的自治系统。每个自治系统又可
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圉2屠攻化的LsP建立过程
的【.sP的说明,包括MP类型(Psc厂rDM,Lsc,Fsc)、载荷类型和链路保护方式等。
(2)为了达到优化的目的,上游节点可以向下游节点推荐建议标签(下游可以不采纳建议标签)。建议标签可以大大减少在收发端建立双向LsP的时间,减少信息传输的延迟时间。
(3)支持双向LsP是GMP玷信令的一个重要特征。双向LsP在每一方向上都有相同的流量工程要求,包括生存期、链路的保护与恢复、资源要求(如时延和抖动)。双向LsP的上行数据通路和下行数据通路采用统一信令消息,这样可以减少【SP的建立时间和网络上传输建立LsP的信令开销。双向LSP的两个端点都有权发起【sP的建立过程,如果双方被分配同一资源(如端口号),就会发生标签竞争,如何处理这一冲突,GMPIJs建议采用比较双方N0deID大小的方式,较高的ID号的请求容易满足。
(4)为了快速处理故障,GMP瑙采用了故障通告的机制,故障通告的机制采用通告消息来通告故障的邻近节点处理故障,这样就可以防止一些中间节点处理这些通告消息,避免故障点的状态被改变。通告消息已经被加人到RsVP—TE中,它不会替换RsVP中已存在的错误通告信息。3.5链路管理
cMPLs定义专门的链路管理协议(LMP)来管理两节点问的链路,其内容包括控制信道管理、链路属性关联、链路连接性验证和故障隔离,定位。其中后两项为可选项。3,51控制信道管理
控制信道是实现两相邻节点控制平面功能(如信令、路由和管理信息)的重要基础。为了保证控制信道的可靠性,GMP【.s建立了专门的双向控制信道(与数据信道相隔离)来处理两节点间众多的独立或绑定的链路。
控制信道配置好后,就开始使用一个“Hello”协议来建立和维护两节点之间的连接。“HeIlo”协议分为协商阶段和保持阶段,协商阶段可以对一些基本参数进行协商;保持阶段进行“Hello”信息的传递。GMPIs通过控制信道接口来管理和配置控制信道(每个控制信道接口可以包含多个控制信
道),完成使用哪一个控制信道来传输信息。控制信道可以采用显式配置,也可以采用自动配置。35.2链路属性关联
交换链路属性可以动态改变链路的特性,增加链路、改变链路保护机制、改变端口标识符等。
35
3链路连通性的验证
链路连通性验证是一个可选的规程,在
“Hello”协议协商阶段会商讨是否启用此规程。链路连通性验证规程主要用于验证数据链路的连通性.也可以在RsVP—TE和cR—LDP信令中用来交换链路的标识。验证数据链路的连通性可以通过发送Ping类的测试消息逐一验证,测试信息是通过数据链路传输的。3.5.4故障隔离/定位
故障定位对于网络运营非常重要。快速的故障定位是实现快速白愈和快速人为响应的前提。
故障隔离/定位也是在“HeⅡo”协议协商阶段决定是否启用此规程,故障定位分为两个阶段:故障检测和故障通告。对于光网络而言,故障检测应在光层完成,这里距故障点最近。如果数据链路出现故障,所有下游节点的电源管理系统就会探测到光信号的丢失,并指示故障的发生。下游节点立即向它的上游相邻节点发送一个信道故障告警信号,上游节点收到此告警信号后马上检测该LsP相应的输入和输出端口是否有故障,再向下游节点返回一个信息,从而对故障点进行具体的定位。
4结束语
通过上面的讨论,我认为MPLs扩展到GMPLS,将会对未来的交换构架和控制起到重要作用。基于GMP【s的统一控制平面会增加网络的智能性,使得相互连接的网络单元更好地工作。所有的网络单元在GMPLS的控制下,对等地协同工作,动态地建立跨越不同类型网络的标签交换路径,从而节省高昂的网管维护费用,为在短时间内供应高带宽和新的增值服务提供了保障。当然,使GMPLs真正成为互联网的统一控制平面所要走的路还很长,有很多信令和路由协议有待于不断地修改和完善,以适应不同技术的要求。
忽砌尉材m删珈翻刃昀秽彳掰剃肋.,
软交换中僖令网关的组网
张涛
(武汉邮电科学研究院烽火学院武汉430074)
晏宪华王黎黎
(武汉邮电科学研究院中光公司武汉430074)
1
引言
异构网络并存是目前网络的现状,多样异构网
网络的互通方面扮演着重要的角色,它主要的功能可以概括为对在scN(电路交换网)中传输的信令进行适配,以便使信令能够以分组的形式传送到媒体网关控制器(MGc),反之对来自MGc的信令进行转换,将以IP分组形式发送到sG的信令进行转换,以便在scN中进行传输。
2
络融合则是大势所趋。随着IP网络的迅速发展,下一代网络(NGN)将以IP网为骨干,在各种网络相互融合的基础上,以一种统一的方式灵活地提供业务。下一代网络从功能上可以分为业务层、控制层、传输层和接人层。信令网关(sG)的作用的凸现是随着软交换(so鹇witch)的深入发展而进行的。在软交换的体系中,通过信令网关系统进行scN侧No.7信令和IP侧的sIG]mAN适配层协议的转换,实现No.7信令在IP网的传送,从而达到No.7信令网与IP网的互通。sG在No.7信令和IP
SS7与lP互通的方式
ss7与IP互通主要有两种方式,相应地sG分
别作为信令转发点和信令代理点使用。
(1)窄带No.7信令网与基于IP的No.7信令网的互通:这种互通方式是把IP网中节点看作No.7信令网的一个节点,分配No.7信令点编码,
参考文献
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王丁
斌,北京邮电大学宽带通信网实验室博士研究生。炜,北京邮电大学教授,博士生导师。
审罾羹撂遗僖艄.荸
GMPLS的关键技术
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
王斌, 丁炜
北京邮电大学宽带通信网实验室,北京,100876中国数据通信
CHINA DATA COMMUNICATIONS2003,5(8)3次
参考文献(5条)
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范文五:IPTV中的关键技术
IPTV 中的关键技术
描述了 IPTV 在目前宽带网络上的具体实现方法,并结合 IPTV 的特点,阐述了 IPTV 所涉 及的几个关键技术,并对每种技术作了概括性介绍。
关键词 IPTV 宽带接入组播编码
1、 IPTV 的实现方法
宽带网络数字电视,又称 IPTV 或 BTV ,即交互式网络电视,是一种利用宽带互联网、 多媒体等多种技术于一体,向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技 术。它能够很好地适应当今网络飞速发展的趋势,充分有效地利用现有宽带网络资源。 在目前的商用宽带网络中,用户在家中可以通过两种方式享受 IPTV 服务:
(1)计算机:在第这种方式下,用户在通过电脑上网的同时,可以收听广播节目或欣赏音 乐,也可以直接在电脑上收看电视或电影等视频节目。
(2)网络机顶盒 (STB)+普通电视机。 用户家里新增网络机顶盒 (STB), 由机顶盒提供 AV 接 口,直接和普通电视机相连,用户通过控制机顶盒选择收看宽带网络电视节目。
如图 1所示, 为通过综合接入设备 (MSA)上的 xDSL 宽带线路为用户提供视频业务的框图。 用户既可以通过 PC 享受传统的 INTERNET 数据服务和网络游戏,也可以通过专门的转换 设备 STB ,用普通的电视收看电视、电影等宽带视频节目。
2、 IPTV 中的关键技术
IPTV 应用的实质是流媒体在宽带网络上的传输和分发,因此 IPTV 的应用和发展是以下 几种关键技术同时应用的结果。
(1)宽带接入技术:快速发展的宽带接入技术,为媒体流的传送提供了通路。
在目前所使用的宽带接入技术中, DSL 是一种能够通过普通电话线提供宽带数据业务的 技术。大家常用的 ADSL(AsymmetricalDigitalSubscriberLine,非对称数字用户环路 ) 技术可 以提供下行 8M 的带宽, ITU-T 的 G.992.1中对 ADSL 的标准已经有详细的定义。而随着技 术的快速发展, ITU-T 又分别在 2002年 6月和 2003年 1月推出了两个新一代 ADSL 标准: ADSL2(G.992.3)和 ADSL2+(G.992.5)。 ADSL2支持的最大上下行速率 1.3M/15M, 而 ADSL2+支持的最大上下行速率可达 1.3M/24M。更高的带宽为传输大量的流媒体传输成为可能。 (2)IP组播路由技术:流媒体分发的强大支持。
IP 组播路由技术实现了 IP 网络中点到多点的高效数据传输。可以有效的节约网络带宽、 降低网络负载。 组播是一种允许一个或多个发送者 (组播源 ) 同时发送相同的数据包给多个接 受者的一种网络技术, 是一种能够在不增加骨干网负载的情况下, 成倍增加业务用户数量的 有效方案,因此成为当前大流量视频业务的首选方案。在 IPTV 的应用中,利用 IP 组播路 由技术,可以有效的分发媒体流,减少网络流量。目前接入设备通过 IGMPProxy 功能,实 现了用户的按需加入、 离开等功能, 这样既实现了媒体流的按需分发。 而且减少了组播对带 宽的过渡占用。随着 IP 组播技术在综合接入设备上的应用,大多数的设备都支持 IGMPsnooping 和 IGMPProxy 功能。
IGMPsnooping 是解决 IP 组播在二层网络设备上广播泛滥的一种基本解决方法。通过在 二层网络设备上帧听用户端和组播路由设备间的 IGMP 协议消息, 获取组播业务的用户列表 信息,将组播数据根据当前的用户信息进行转发,从而达到抑制二层组播泛滥的目的。 IGMPproxy 通过代理机制为二层设备的组播业务提供了一种完整的解决方案。实现了 IGMPproxy 的二层网络设备,对用户侧承担 Server 的角色,定期查询用户信息,对于网络 路由侧又承担 Client 的角色, 在需要时将当前的用户信息发送给网络。 不仅能够达到抑制二
层组播泛滥的目的, 更能有效地获取和控制用户信息, 同时在减少网络侧协议消息以降低网 络负荷方面起到一定作用。
(3)数字编码技术:传输可靠性的技术支持。
在网络上传输音 /视频等多媒体信息要涉及流媒体的可靠实时传输。因此,数字编解码技 术是 IPTV 的关键技术之一。目前宽带网络环境下适用的编码标准有:MPEG-4、 AC-1和 H.264等。 MPEG-4是 ISO/IEC标准,由 MPEG 制订,目前应用的是 MPEG-4Part2; H.264是 ITU-T 的 VCEG 和 ISO/IEC的 MPEG 联合视频组 JVT 开发的视频编码标准, 它既是 ITU-T 的 H.264,也是 ISO/IEC的 MPEG-4Part10; AC-1是微软的视频编码标准,是 WMV9向编 解码标准组织提交资料后采用的编码标准名称。
而网络带宽的不断提升,例如应用 ADSL2或 ADSL2+技术,可以提高用户的上下行速率 达到 1.3M/24M。而如果采用 ITU-T 的 H.264或 WMV9进行媒体流的编码, 800K 的码速率 已经可以提供接近 DVD 画质质量,完全满足目前用户的要求。因此,两者的结合为 IPTV 媒体流的传输可靠性做出了保证。虽然,目前还没有相应的国家标准规定 IPTV 采用的数字 编码技术,但无论是 MPEG-4,H.264, 还是 WMV9编码技术都已经达到 IPTV 应用的要求。 如果配合新的宽带接入技术,完全可以实时传输任何编码的流媒体视频节目。
3、小结
IPTV 作为一个新应用的出现, 并不简单是宽带网络上的一个应用。 而是在网络传输技术、 IP 组播路由技术以及流媒体编码技术的发展下产生的,是这几种关键技术有力结合应用的 结果。
IPTV 将为宽带运营商和节目提供商注入新的活力。 宽带运营商除了能给用户提供通信和 资讯方面的服务外, 还能通过 IPTV 为用户提供丰富的、 个性化的电视节目, 对于吸引用户、 提高用户满意度有很大的帮助。
组播、 IGMP 、 IGMP Snooping
通过组播,可以实现一个主机同时向组内的多台主机发送数据,节省网络带宽。
组播 ip 地址范围是 224.0.0.0-----239.255.255.255,其中 224.0.0.0-----224.0.0. 255是有特殊用途的保留地址, 239.0.0.0-----239.255.255.255是私网地址, 224.0. 1.0-----238.255.255.255是用于公网上的组播地址。
组播有一系列的协议支持包括:
1、用于主机和路由器之间的 IGMP 协议。实现主机加入、离开组播组等功能。
2、路由器之间的组播协议有:PIM-SM 、 PIM-DM 。实现嫁接、剪枝等功能。
还有一个 IGMP Snooping ,用在交换机上。开启 IGMP Snooping 功能的交换机可以对 经过它的 IMGP 报文进行解析,建立组播转发表,这样一来,交换机就可以根据组播转发 表转发组播数据。 如果没有开启 IGMP Snooping 功能, 交换机只能广播组播数据。 IGMP Snooping 的实际应用意义是:减少了网络上的主机由于接受到不必要的组播报文而产生 的处理负荷。 IGMP Snooping 并不是一个协议,只能算是一个实现细节,一种应用。 IGMP Snooping 分两种,一种是 passive 方式的,另一种是 active 方式的。 passive 方 式的只解析组播报文,不对报文进行过滤。 active 方式的会过滤掉一些对路由器没有意义 的组播报文。 比如交换机下面有两个主机都加入了同一个组, 这样交换机上面的路由器中就 会有一条表项与之对应。 如果一个主机想离开这个组, 它就会发送离开报文给路由器 (经过 交换机转发)。但是此时,即使路由器收到了离开报文,它也并不会删除那条表项,因为还 有另一个主机在组播组中。 active 方式的 IGMP Snooping 使交换机可以过滤掉此类报文。 下面说说 IGMP 的工作原理:
IGMP 目前有三个版本,分别是 IGMPV1、 IGMPV2、 IGMPV3,功能逐渐增强
IGMPV1中定义了加入报文、查询报文、响应报文三种报文。
1、 当主机加入某组播组时, 会向路由器发送加入报文, 告诉路由器自己加入了一个组播组, 路由器会记录一条组播表项 。
2、查询路由器(IP 最小的路由器)会定时从所有端口向外发送查询报文(按 VLAN 查询, 如果该端口加入了多个 VLAN , 则发送多次查询报文) , 检查这些端口下是否有主机属于某 组播组
3、主机收到查询报文后,如果自己没有加入任何组播组,则不进行响应;如果自己已经加 入了某组播组,则会发现响应报文
4、主机离开组播组时,不发送任何报文,悄悄离开;路由器中纪录的该组播的表项会因查 询超时而自动老化
5、查询报文的目的地址是 224.0.0.1(表示所有路由器和支持 IGMP 的主机),组地址是 0(表示查询所有组播组)
6、响应报文的目的地址是主机所在组的地址,组地址也是主机所在组的地址。如果网络上 有多个主机加入了同一个组,那么只有一台主机(随机选取) 会发送响应报文。由于响应报 文的目的地址是主机所在组的地址, 所以响应报文会被发送到主机所在组内的所有主机, 其 他的主机在收到该报文后, 发现已经有人向路由器进行报告了, 于是他们就不会再额外发送 响应报文了。
IGMPV2中多定义了一种离开报文,当主机离开某组播组时,会向路由器发送离开报文。 路由器收到离开报文后, 会发送查询报文, 查询是否还有其它的主机属于该组播组, 如果没 有就删除组播表项,有则不删除。
需要注意的是, 此时路由器发送的查询报文的组地址已经不是 0了, 而是特定的组地址 (发 送离开报文的主机所在的组) 。 因为此时路由器只想知道该特定组内是否有主机存在。 这一 点也是 IGMPV2对 IGMPV1的改进,名称叫特定组查询, IGMPV1中没有该功能。 注意:
1、不论是 IGMPV1还是 IGMPV2,所有的加入报文和离开报文都要被上报到查询路由器
2、非查询路由器收到查询报文后,从所有端口转发该报文
3、非查询路由器收到特定组查询报文后,根据组播表进行转发
4、特定组查询报文的目的地址是要查询的组地址
5、离开报文的目的地址是 224.0.0.2(表示所有路由器) IGMP 报文格式:
8位报文类型 -8最大响应时间 -16位校验和 -32位组地址 报文类型:
0x11表示查询报文,包括普通查询和特定组查询报文 0x16表示加入报文
0x17表示离开报文
0x12表示 IGMPV1查询报文
IGMPV3待续。。。