Video over ADSL 技术探讨

Video over ADSL 技术探讨
来源： 作者： 2006-07-25 出处：巧巧读书
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1 Video overADSL 技术概述
ADSL已成为宽带接入网络的重要组成部分，在"宽带大连"，"宽带北京"等规划中，都将ADSL作为主要的接入手段之一。在宽带业务中，视频业务是其中一项备受瞩目的应用，Video over ADSL是ADSL应用中重要的增值业务点。
Video over ADSL 具有很强的市场前景，备受各运营商的重视。
利用ADSL承载视频业务，概念上包括多种应用模型，主要包括网页视频业务、广播视频业务、硬盘下载视频业务、Video on Demand业务、准Video on Demand业务、视频会议等。
网页视频业务，通常是指PC用户在浏览网页时，通过点击视频内容提供网站的链接，来启动网站提供的视频业务，这种业务经常采用MPEG4编码方式，带宽在300K到500K之间。
广播视频业务，是指用户可随时加入播放中的广播视频频道，用户可通过机顶盒将视频信号连接到电视设备，或者通过PC机观赏视频节目。这种业务通常采用MPEG2编码方式，带宽在2到5兆之间。 这种视频业务类似于现在的广播电视。
硬盘下载视频业务，是指用户先下载视频节目到本地，然后再观赏的方式。使用此类业务时，机顶盒需配备硬盘，机顶盒先将视频节目以可变输率下载到机顶盒硬盘，下载完毕后再播放。此类业务的带宽在500K到1200K之间。下载一部2小时的节目(4GB)所需时间约为8到18小时。
准Video onDemand视频业务，是一种对每次进入和退出视频频道进行收费计费的服务方式，用户可以在视频节目播出过程中的任何时刻进入视频频道，视频节目可在视频频道中滚动播放，此类服务对用户的每次进入进行收费，之后的时段不再收费或在一定时间内(如24小时内)不再收费。
Video on Demand视频业务，也是一种对每次视频服务进行收费的方式，这种方式要求网络每次动态建立一个从视频源到机顶盒的端到端视频频道。此类视频服务可以为每个用户提供用户确切需要的视频节目。此方式需要很大的网络带宽。
视频会议业务，业务主要提供多方参与的视频会议功能。视频会议业务实现多个业务节点（一个视讯终端用户定义为一个业务节点）之间的视频会议通信，可以满足各种企事业单位和机关团体对跨地域的视频会议需求，用于远程会议、远程教学、远程医疗等应用领域，需要MCU（多点控制单元）起核心控制功能。此业务所需带宽根据对视频效果的不同要求，从最低的96K到512K以上。
2 Video over ADSL 解决方案
目前国内运营商主要经营IP网络，而IP设备比较ATM设备便宜，因此DSLAM以IP方式上连将是ADSL的发展趋势，目前ADSL的扩容也主要以IPDSLAM为主，因此本文以IPDSLAM为例介绍Video over IP方案。 IPDSLAM设备组网时可以级连，其网络拓扑如图1所示。

图1. IPDSLAM设备所处网络结构
从前文可看出，基于不同的视频业务，Video over ADSL中的视频流包括单播和多播两种形式。IPDSLAM需对单播形式的视频业务提供QoS保证，而对于多播形式的视频业务则需要提供信令、多播复制、带宽控制等方面的功能、并提供QoS保证。
2.1 多播信令功能
由于IPDSLAM设备在网络结构中处于接入端，在多播控制中所起作用主要是控制用户的多播接入，而不是多播路由。所以IPDSLAM不需支持DVMRP、PIM等多播路由协议和算法，而是采用IGMP协议来控制用户的多播接入，IPDSLAM应实现IGMP、IGMP snooping 或 IGMP proxy功能。IPDSLAM中IGMP的协议层次如图2所示。

图2. IPDSLAM设备中IGMP的协议层次
IPDSLAM设备通过IGMP协议并结合预先设置的用户权限控制用户动态进入和退出视频频道，并为每个多播视频频道建立和维护多播复制表。用户动态进入某多播组时，向IPDSLAM发送IGMPREPORT消息，IPDSLAM参照用户端口可用的带宽和预先设置的用户权限来决定是否将该用户加入其新申请的多播组。IPDSLAM也会周期性的轮询多播用户，来检测用户是否仍在观赏某多播频道并及时停止向用户发送用户不再观赏的多播频道。
2.2 多播复制功能
上一节中所描述的多播信令功能创建和维护多播复制表，多播复制表用于表示那些用户属于那些多播频道。IPDSLAM根据每个多播视频频道的多播复制表对视频进行复制，通常多播复制可由交换芯片(SWITCH CHIP)或网络处理器(NPU)完成。
2.3 Video over ADSL 的QoS保证
各种应用对QoS有不同的要求，各种应用对QoS的要求可用时延、抖动和丢包率三项指标作为量度，如表1：

表1. 不同应用的QoS要求
注：准Video on Demand、Video on Demand、对QoS的要求和Broadcast Video 相同。硬盘下载视频服务对QoS的要求和TCP traffic相同。
本节以ADSL承载的几种典型业务为例，讨论如何保证不同应用的QoS要求。为保证不同应用的QoS要求，ADSL设备可通过对不同的业务进行分级，以Diffserv的方式提供不同的分级所需的QoS质量。例如可将语音业务(VoIP)和视频会议设为最高优先级，广播视频业务设为较高优先级，其他如Web浏览等业务设为低优先级。ADSL设备为每个优先级设立独立的队列，然后采用严格优先级或带有权重的循环机制控制各优先级队列的输出。通过调整不同优先级队列的buffer大小和最长留驻时间，可满足不同应用对时延、抖动、包丢失率的不同要求。
2.4 Video over ADSL 的带宽控制
为保证Video overADSL的业务质量，不仅需要上述QoS机制，还需控制用户申请的视频业务带宽，以避免因带宽冲突造成的业务质量下降。每个用户所使用的端口总带宽是有限的，若同时播放过多的视频业务，必将造成带宽冲突，因此IPDSLAM在收到某用户加入新的多播视频频道的申请时，需计算此用户已使用的视频业务带宽加上新申请的多播视频频道的带宽，是否已经超过此用户的端口总带宽。如果已经超过了此用户的端口总带宽，则此用户的申请将被拒绝。