数字电视传输组播及IGMP的应用范文

【关键词】数字电视；组播；IGMP

广电数字电视业务已发展多年，DVB数字电视传输系统也由最初的ASI架构逐步演变到了IP架构。随着网络公司从省级到地市级到县一级的逐步整合以及节目信源的不断增加，数字电视IP传输网络也随之变得越来越庞大、越来越复杂，而数字电视主要是视音频业务，其特点就是占用带宽大、对网络传输要求高、组网结构复杂。在只针对少数几个节点时，在网络中发送同一组信息的多个副本单播并不会造成不利的影响,但是随着终端数量的增加复制分组所产生的不利影响将会变得越来越严重。在不使用支持组播的网络设备的情况下部署这种应用可能会导致网络性能大幅度降低。所以组播技术应运而生，设法在整个网络中有效地部署和扩展分散的群组应用，同时采用可以降低向多个接收端发送相同数据所产生的网络负载的协议以及能够减少对于服务每个连接的主机/路由器处理需求的协议。

1组播

组播就是在发送者和每一接收者之间实现点对多点网络连接，如果一台发送者同时给多个接收者传输相同的数据，也只需复制一份相同的数据包。在提高数据传送效率的同时可有效减少骨干网络出现拥塞的可能性。当网络中的某些用户需求特定信息时，组播源（即组播信息发送者）仅发送一次信息，组播路由器借助组播路由协议为组播数据包建立树型路由，被传递的信息在尽可能远的分叉路口才开始复制和分发。组播技术有效地解决了单点发送多点接收的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送，能够节约大量网络带宽、降低网络负载。相比单播来说，组播的优点在于：不论接收者有多少，相同的组播数据流在每一条链路上最多仅有一份；使用组播方式传递信息，用户数量的增加不会显著增加网络的负载。相比广播来说，组播的优点在于：组播数据流仅会发送到要求数据的接收者；不会造成网络资源的浪费，合理的利用带宽。

2IGMP协议

IGMP是InternetGroupManagementProtocol的简称，又被称为互联网组管理协议，是TCP/IP协议族中负责IPv4组播成员管理的协议。IGMP用来在接收者主机和与其直接相邻的组播路由器之间建立和维护组播组成员关系。IGMP通过在接收者主机和组播路由器之间交互IGMP报文实现组成员管理功能，IGMP报文封装在IP报文中。IGMP目前主要有三个版本：IGMPv1、IGMPv2和IGMPv3，目前用的较广泛的是IGMPv2。IGMPv1主要基于查询和响应机制完成组播组管理。当一个网段内有多个组播路由器时，由于它们都可以接收到主机发送的成员报告报文，因此只需要选取其中一台组播路由器发送查询报文就足够了，该组播路由器称为IGMP查询器（Querier）。IGMPv1的工作机制可以分为：普遍组查询和响应机制、新成员加入机制和组成员离开机制三个方面。IGMPv2的工作机制与IGMPv1基本相同，最大的不同之处在于IGMPv2增加了离开组机制。成员主机离开组播组时，会主动发送成员离开报文通知IGMP查询器；IGMP查询器收到成员离开报文后，会连续发送特定组查询报文，询问该组播组是否还存在组成员。IGMPv2可以使IGMP查询器及时了解到网段内哪些组播组已不存在成员，从而及时更新组成员关系，减少网络中冗余的组播流量。IGMPv3主要是为了配合SSM（Source-SpecificMulticast）模型发展起来的，提供了在报文中携带组播源信息的能力，即主机可以对组播源进行选择。在工作机制上，与IGMPv2相比，IGMPv3增加了主机对组播源的选择能力。

3数字电视IP传输系统

数字电视业务发展越来越丰富，电视节目从最初的几套节目发展到了现在约300套左右节目。初期电视传输采用模拟视音频的方式，后来逐渐对节目进行数字化后改为数字化传输，在提高网络使用效率的同时可有效改善节目图像的质量。以宁海广播电视台数字电视前端播出系统为例，阐述一下数字电视IP传输系统的构成。数字电视的传输目前主要有两种方式，一种是通过ASI信号进行传输，另外一种则是通过TSOverIP方式传输。通过IP网络传输TS流数据，主要是通过单播或组播的方式进行传输，传输协议则大多采用UDP（用户数据报协议UserDatagramProtocol）或RTP（实时传输协议Real-timeTransportProtocol）。初期数字电视节目基本是在本地内网内进行传输，比如本地卫星接收机接收卫星信号后输出UDP组播到交换机，本地自办节目通过编码器进行编码后输出UDP组播到交换机，这些节目信号（基本为单节目流SPTS）通过交换机再送入复用加扰器进行处理，之后再输出UDP组播到交换机，最后把复用器处理好的IP信号送入IPQAM进行调制输出。比如“北京卫视”通过卫星接收后输出一个单节目组播：228.1.1.11（3000），本地编码后的节目输出组播：228.1.1.12（3000）。如图2所示。信号源各路组播送入交换机进行汇聚和调度，然后送入到核心复用加扰器进行处理，处理完成后同样输出组播：228.1.2.11（4000），此组播仍然送入交换机进行调度，之后再送入IPQAM调制器进行调制输出。从上述结构可以看到，所有节目信号在本地经过接收、编码等过程后都转换为UDP组播进行内部传输和交换，所有的这些节目信号传输和调度都通过本地交换机来实现，由于结构比较简单，所以基本都是采用二层传输，以太网中数据帧的最大长度为1500字节，而每个TS包的长度为188字节，所以TSOverIP一般都把每7个TS数据包封装在一起组成一个IP包（包长为188x7=1316）进行传输。IGMPSnooping是InternetGroupManagementProtocolSnooping（互联网组管理协议窥探）的简称，它是运行在二层设备上的组播约束的机制，用于管理和控制组播组。IGMPSnooping功能可以使交换机工作在二层时，通过侦听上游的三层设备和用户主机之间发送的IGMP报文来建立组播数据报文的二层转发表，管理和控制组播数据报文的转发，进而有效抑制组播数据在二层网络中扩散。UDP组播由几个要素组成：SourceIPAddress（源地址），SourceUDPPort（源端口号），DestinationIPAddress（目的地址）以及DestinationPort（目的端口）。

对于IGMPv1和v2，只需要用到目的地址和端口号即可确定一个组播流，而对于IGMPv3则还需要增加源地址和端口号。在实际应用中，组播报文都是封装成UDP的，即传输层，我们讲的二层组播转发并不是指报文为二层组播报文，而是指IP组播报文在二层设备上的处理流程。二层交换机是根据目的MAC地址来转发的，设备收到一个IP组播报文后直接根据目的MAC地址去查找组播MAC地址表，如果查找到了，则根据组播表项转发到对应的成员端口，如果未查找到，则按照未知组播报文转发，在我们的设备中，未知组播报文默认是flood的，但可通过相关命令配置未知组播的转发方式。随着业务的逐步发展，IP传输网络建设越来越多，数字电视平台的建设也快速更新换代，平台逐渐趋于统一，如有些地方县级平台则直接采用市级平台的IP组播节目信号，接收处理后本地进行调制输出即可。在各地平台逐步统一互联的过程中网络结构也变得越来越复杂，而数字电视节目内容传输一般都有2Gbps左右的传输带宽，同时除了数字电视业务还有其他点播业务、数据业务等，所以网络的结构和配置至关重要，一般来说各市县机房之间信号传输都采用三层组播，而本地机房内部信号传输则采用二层组播。同时要做好交换机端口隔离等工作，避免各县前端节目信号回传至市级前端。采用组播进行节目传输后不仅极大的提高了系统的灵活性，使得节目调度非常方便，同时可通过组播实现节目备份等功能，提高系统的安全性。在IGMPv2模式下可将主备两路组播信号同时送入设备，经过切换后进行下级处理传输。组播切换模式可手动也可自动，自动切换触发条件有很多选项（如PAT丢失/PMT丢失/节目变为加扰状态等），具体可按照每个用户的自身需要进行相应选择。在IGMPv3的模式下，则可以为主路组播和备路组播分别设定多个源地址，以便支持更多路的信号备份。因为IGMPv3是带有源地址的，所以即使一个组播226.100.100.3（3000），源地址分别192.168.20.11和192.168.30.11也代表了两个不同的组播。组播除了在数字电视直播方面有广泛应用之外，在其他业务方面也有诸多应用，比如三网融合、OTT业务等，由于其架构的灵活性，使得原来很多难以实现的功能都能够很好的去部署和实施，而且IP化后破除了地域的限制，多机房多业务可有效的进行统一和汇聚，极大的提高了系统便捷性和易管理性。

4总结

数字电视IP传输越来越多，组播及IGMP的应用也越来越广泛，组播为广电业务发展提供了极大的便利和机会，但同时也存在一定的风险，因为IP化之后业务全部集中在一起了，而且由ASI的单项传输变成了IP双向传输，所以如果处理不当会出现信号中断、风暴引起节目大面积马赛克等现象。这就需要我们广电相关技术人员要对相应的网络知识进行一些必要的学习和掌握。本文简单介绍了组播以及IGMP协议，同时简述了宁海县广播电视台在组播技术在数字电视传输方面的一些应用。

参考文献

[1]张公忠.现代网络技术教程[M].电子工业出版社,2000.

[2]许卫国.单播、广播、组播解析[J].网管员世界,2005(10):153-153.

[3]韩旭.IGMP组播协议与安全[J].才智,2010(04):39.

作者：俞立勋 单位：宁海县广播电视台