IP传输论文范文

IP传输论文范文（精选8篇）

IP传输论文 第1篇

2010年4月, 工业和信息化部等七部门发布了<<关于推进光纤宽带网络建设的意见>>, 计划到2011年光纤宽带端口达到8000万个, 城市用户的接入能力平均达到8Mbit/s以上, 农村用户的接入能力平均达到2Mbit/s以上, 商业楼宇用户基本达到100Mbit/s以上的接入能力, 3年内新增5000万宽带用户。

在进行光纤宽带接入建设的同时, 骨干网也需要同步建设。目前的问题是一味地增加骨干网的容量和速率并不是一种可持续的发展思路。流经核心网的每一个分组都要进行3层处理, 这项任务非常占用资源。并且即使已有端口总的利用率也并不高, 网络扩容时仍需新增大量端口。与此同时, 底层的光网络也必须按照路由器端口的扩容而扩建, 这种模式显然是不能持续发展的。

在大部分运营商的建设和运维体制下, IP和光传输通常由不同的部门分别规划、建设和维护, IP仅向传输提出管道要求而已, 两张网络没有统筹的优化考虑。

运营商对IP和光传输的综合需求

上海贝尔是最早关注这一问题的设备商, 其高效能网络计划 (HLN) 中融合的骨干网转型解决方案 (Converged Backbone Transformation) 对于解决上述问题提供了一条灵活的途径。

有分析表明如今运营商IP核心网中的很大一部分流量都集中流向少数几个核心站点, 这些站点部署了因特网对等互联、数据中心或内容发布服务器的网关设备。而另一方面, 运营商的IP网络架构却遵循“任意多点连接”的分布式建网模式, IP核心网络结构并不适应这种汇聚到少数大节点的发展趋势, 按照传统IP建网模式发展, 很有可能出现多个超级核心节点, 使得建网成本和运维成本升高, 网络风险大大增加;运营商的光传送网仅是简单地提供IP连接, 并不参与流量的有效汇聚和统计复用, 光接口按照IP峰值带宽需求设计, 大量的光链路利用率不高。而且业务配置和管理、保护、监视和控制等功能在两个层面都有相应的解决方案, 很多功能重复设置, 彼此之间没有有效的互动机制, 缺乏统一优化的考虑。

上海贝尔从网络的整体效率和业务的提供角度考虑问题, 找出IP和光层最紧密集成的统一优化解决方案。与那些只从IP角度或传输角度单一思维的方案不同, 上海贝尔融合的骨干网转型解决方案跨越了0层到3层, 以更加全面的视角从数据平面、控制平面和管理平面3个方面优化了网络智能、流量疏导、生存性、网络管理和OPEX等关键功能。

CBT提供了3种核心网业务疏导等级模型, 能够完全满足运营商多种业务映射到传送管道的要求。这3个等级是波长级、端口级和子端口级, 如图所示。

三种核心网业务疏导等级模型

分等级疏导模型的理论基础是一般情况下, 网络层次越高, 硬件和软件的实现难度越大, 其设备成本远远高于底层网络设备。在IP核心网中传递的分组并不是都需要3层处理, 即使需要3层处理的IP分组, 也没有必要在所有节点都进行处理。

波长级别的疏导提供了最低层面的业务调度功能, 适用于集中汇聚型业务量最大的场合, 也可称为IP over DWDM方案。此模型中路由器的一个端口即为一个疏导的颗粒, 通过WDM系统直接传送到对端, 在骨干网中一直保持光子信号, 无须电层的处理。这样就省去了中间节点OEO转换的成本, 降低了CAPEX;减少了备品备件及电处理的操作成本, 降低了OPEX, 同时也具备光电层之间良好的可视性。

多数大型运营商的业务流量是分布式的, 如果这种类型的业务所占比例较大, 对于业务疏导的要求就比波长疏导要高一些, 一个路由器端口反映到骨干网中就不能仅对应惟一的波长, 从而实现更高的链路资源利用率。

端口级别的疏导模型不仅适用于上述分布式的业务流, 对于集中汇聚式的业务也同样有效。此模型中, 路由器通过传统的黑白接口与传输层面相连, 由OTN或DWDM设备提供端口级别的业务调度功能, 把路由器的端口作为基本的调度颗粒, 映射到传输网中的一个传输容器中去。

CBT解决方案中对应的端口级别疏导产品为ROADM/ZTP产品系列1830PSS, 智能OTN产品系列1870TSS, ASON产品系列1678MCC和DWDM/ROADM平台1626LM等。

子端口级别的疏导提供了最高的调度灵活性, 最适用于全分布式的流量架构, 例如租线和L 2VPN。该模型使得VLAN或伪线等逻辑端口能够映射到ODU flex等传输容器中, 不用在独占一个端口或波长。智能的控制平面还能增加网络的生存性, 为传输颗粒提供更丰富的QoS级别。该方案对于目前主流运营商的运维体制没有大的冲击, IP与传输部门各自独立, 有着比较清楚的管理界面。

CBT解决方案中对应的端口级别疏导产品为SR产品系列7750SR, ROADM/ZTP产品系列1830PSS, 智能OTN产品系列1870TSS。

上述3类模型分别对应不同的混合业务流。对于所有3类模型, 集成的控制平面和统一的管理平台都会带来更多的优势, 如整网的资源可见性、端到端业务指配、故障定位和清除和网络管理等等。

IP传输论文 第2篇

[关键字]卫星通信TCP/IPSkyX协议加速器XTP

1引言

随着通信技术的飞速发展，传统的低速数据传输将逐步被采用TCP/IP协议实现的数据高速远程传输所淘汰。但是，在利用卫星通信信道来进行数据传输时，由于卫星通信的一些特殊性，TCP/IP传输应用于卫星通信环境时出现了一些在地面系统应用中并不存在的问题，这些问题严重影响了TCP/IP的传输性能。

2卫星数据通信中影响TCP/IP传输性能的几个因素

TCP/IP通过卫星信道传输的传输性能明显下降，这主要体现在数据传输的速率很难接近信道标定速率，带宽的利用率低，从而影响数据传输的实时性，这对本来分配的带宽就较窄的卫星通信信道的影响是非常大的。因此，如果期望利用TCP/IP传输数据，那么，改善卫星通信中TCP/LP的传输性能的需求是非常迫切的。以下几个因素是造成卫通信道利用率降低的主要原因。

2.1噪声的影响

在无线技术中，噪音是一个突出而不可避免的问题。根据TCP/IP的定义，每一个丢失的数据包都意味着网络拥塞，为了减轻拥塞，发送端通常采用减小窗口尺寸的算法来改变传输率，但这种方法并不能解决由噪声引起的误码问题，反而会降低整个网络的吞吐量。

目前用于解决信道恶化问题的方法多是通过在无线信道中增加诸如前向纠错(FEC)码等冗余码来改善信道质量，而这不可避免地会增加信号带宽和处理的复杂度。但是这种处理是必要的。卫星信道的误码率如果能调整到10-7，就基本能满足传输要求了。

2.2时延的影晌

较长的时延不会对数据传输的内容有所影响，但是它在很大程度上对网络的性能产生有害的影响。如果发送方在它认为应该收到ACK(确认信息)的时间内没有收到ACK，就会认为数据已经丢失而重传这些其实可能已经传送到目的地的数据报。而在卫星传输过程中，长时延是很正常的。例如，典型的同步轨道卫星的时延将高达540ms，这必然影响到TCP/IP的性能。

时延对TCP/IP传输性能影响的另一个例子就是对传输策略的影响。在标准TCPaP中，控制策略中的主要方法是慢启动和拥塞避免。为了避免通信在开始阶段就出现拥塞，TCP/IP采取了慢启动的方法。慢启动的功能是发送方逐渐增加发送数据进入网络的速率。

2.3不对称带宽的影响

TCP/IP通信的本质是对称的，一个方向是数据流，另一个方向是ACK信息。而在卫星网络中带宽是不对称的，一个传输方向有较高的数据传输率，而另一个方向的链路由于受到天线尺寸和发射功率的限制而导致数据传输率较低。例如，目前在测控通信网中应用的VSAT系统中，下行通道是由多个卫星小站复用的。这种状况也会对TCP/IP的性能有所冲击。

2.4窗口尺寸的限制

TCP/P的接收窗口尺寸尤其重要，因为它与RTT(环路时间)一起决定了网络的吞吐量。

最大吞吐量=TCP/IP的窗口尺寸/RTF

(2)

因为TCP/IP的标准窗口尺寸是64kbyte(表示窗口长度的选项为16bit)，所以，地球同步轨道卫星的最大吞吐量应该是：

最大吞吐量=64kbyte/540ms=l18,518byte/s=948,148bit/s(3)

因此，卫星通信的最大吞吐量被限制在0.94Mbit/s，尽管卫星可以提供2Mbids的带宽，但由于窗口的限制，实际的带宽利用率最大还达不到50％。

3卫星通信中提高TCP/IP数据传输的实现

为了改善基于卫星信道的TCP/IP传输性能，IETF提出了以下五方面建议。为了确保兼容性，IETF建议这些新的应用在TCP/IP数据报头的初始字段来实现。这些建议主要有：

(1)路径最大发送单元发现(RFCll91)；

(2)窗口尺寸的缩放(RFC 1323)；

(3)选择性确认(RFC 2018)；

(4)时间戳(RFC 1323)；

(5)快速恢复与快速重传(RFC 2581)。

这些建议主要是针对高带宽时延积(信道能够处理的最大的比特数)的卫通信道提出的，用以解决卫星通信中提高信道的利用率问题，测控通信领域主要关注其中的窗口尺寸调整、快速重传与快速恢复算法以及选择性确认。

当前，实现卫通信道中传输TCP/IP数据的方式主要是引入协议网关和在通信终端使用虚拟目的终端。

虚拟目的终端是由卫星节点代替目的终端向发送终端发回各种应答信息，包括窗口尺寸、拥塞控制信息以及确认信息等。由于卫星信道的较长时延和较差的信道质量，数据报在缓存器中的时间会较长，这种方式要求卫星节点有足够大的缓存空间给予支持。

而协议网关的作用是将一个TCP/IP连接分割成三个独立的连接：在发送端和协议网关之间建立一个TCP/IP连接；在两个协议网关之间采用适合卫星通信的协议进行通信；而在接收端和协议网关之间又是一个TCP/IP连接。

使用协议网关提高卫星通信中TCP/IP传输的效率是目前实际应用中较成熟的方法，本文将针对实际使用情况着重介绍使用XTP技术的SkyX协议加速器。

4SkyX协议加速器初探

目前，在建设基于卫通信道传输的数据网时，通常会采用美国Mentat公司的SkyX协议加速器，将skyx协议加速器加装于卫星设备的两侧，把整个端到端的连接分为三段：在面向客户端和服务器端的连接中，采用通用的TCP/IP协议，而在卫星段的传输过程中，使用XTP协议。这样在最大限度的优化协议的同时，又保持了与TCP/IP的兼容，对所有的主机和终端都完全透明，不用作任何优化与修改。同时，XTP协议在设计之初，就考虑到了卫星通信系统的网络拓扑结构，分别支持点到点、星状及网状网通信，涵盖了绝大多数卫星通信系统的网络拓扑结构。

影响SkyX性能的因素很多，包括链路的带宽、延迟、不对称性和误码率，还有同时连接数、数据的可压缩性等，不同的应用软件对其也具有一定的影响。

没有使用SkyX时，大多数操作系统使用的TCP的窗口尺寸为8KB，吞吐量在100Kbps左右。在TCP窗口尺寸为32K时，吞吐量在440Kbps。使用SkyX时，吞吐量和带宽成线性增长。

在10MHz带宽、标准误码率的卫星链路条件下测试，TCP随着RTF的增加。吞吐量会迅速下降，而SkyX则没有变化。

如果卫星链路带宽10Mm，TCP窗口尺寸1MB。在误码率极低的情况下，TCP只能到1.5 Mbps的吞吐量，当误码率是1xl0-5时吞吐量降到了0.03 Mbps，而此时SkyX依然能达到2.7 Mbps。

5小结

IP传输论文 第3篇

IP技术是随互联网的出现、发展而产生与发展的, 而互联网采用非连接、尽力而为的方式、不具备Qo S功能, 一度被认为非电信级网络。但随着NGN技术的快速发展, IP技术不断发展, 基于IP网络的MPLS技术、Qo S技术、MPLS TE/MPLS FRR保护技术、OAM技术等, IP网络已经演化成传统电信运营商的基础网络平台, 成为人们可以接受的电信多业务承载网平台。

近年来, Internet业务、Vo IP、网络视频、IPTV等IP业务发展迅速, 且全部实现了IP化。PON网络的全面覆盖, 电话业务也正在IP化, IP业务已占传输网络所承载业务量的绝大部分, 通信业务的IP化已成为不争的事实。

网络IP化是业务网络的发展趋势, 从核心层的IMS和软交换的应用, 到移动网络的IP化, 网络IP化减少了网络层次、降低了网络处理复杂度、提升了网络性能、减少了网络成本、增强了网络扩展灵活性、降低了网络管理复杂度。同时基于IP的应用, 可快速灵活地推出新业务并便于向未来平滑演进。面对业务IP化和网络IP化, 如何高效地承载IP业务是传输网络必须面临的问题。

2 城域传输网与IP网络关系

电信级IP网和Internet网的理念不一样, 电信级IP网必须能够支持所有的通信业务, 包括宏观范畴的公用或专用VPN业务、固定业务、移动业务和从业务特性划分的单一媒体或多媒体业务, 固定比特率或可变比特率业务, 实时或非实时业务, 单播或组播业务等。这就要求电信级IP网络要保证服务质量, 要有足够的安全性、可靠性和可运营可管理能力。Internet则不一样, 其主要任务是实现计算机互联, 用户在此基础上可以获得一些服务, 网络是以“尽力而为”提供传输服务准则, 无服务质量保证, 安全问题由用户自行解决。本文所讨论的IP网是指电信级IP网络, 并非Internet网络。

目前城域IP网络和城域传输网络分别组网, 即传输网与IP网络节点设备分离。IP网络规划好之后, 再配置相应的传输链路, 或通过光纤直连, 传输网络提供一个传送通道, 提供点到点的传输。传输链路在这种叠加的网络构架中IP网络对传输层提供的物理通道拓扑结构是不可见的, 也不区分传送层面是否具有丰富的链路连通度和网络可用性保护机制。这样造成IP网络规划并没有考虑如何更好地利用传输资源, 造成传送资源的浪费。其次, IP骨干网并未做到真正网状互连, 这种情况下, 路由器需要处理大量的中转业务, 随着业务量的迅速增加, 单台路由器的容量可能有70%~80%处理中转业务, 从而造成IP层的不必要浪费。

3 目前城域传输网络承载IP业务方式及特点

目前IP业务主流承载方式有:IP Over Fiber、IP Over SDH/MSTP、IP Over PTN、IP Over WDM/OTN。

IP Over Fiber:指光纤直连承载IP网络, 省略了传输设备, 路由器或交换机光模块直接经光纤连接, 是目前最为简单、便捷的连接方式。但光纤承载网不能给IP业务提供保护, 保护需要IP网络自身通过路由协议的方式实现, 电路中断后恢复时间在秒级以上, 难以满足电信级网络倒换不大于50ms的时间要求。

IP Over SDH/MSTP:SDH网络最初为承载TDM窄带业务设计, 在IP业务的驱动下, 虽然基于SDH的多业务传送平台 (MSTP) 技术得到了长足发展, 提出了VC虚级联、链路容量调整方案 (LCAS) 、通用成帧规程 (GFP) 、弹性分组环技术 (RPR) 和Martini MPLS等技术, 形成了多业务传送平台 (MSTP) 设备。

MSTP利用TDM的机制, 将SDH中的VC指配给以太网端口, 独享SDH指定的线路带宽, 业务的带宽、安全隔离有保证, 适合有较高Qo S的以太网租用业务和核心层应用。但这种方式基于固定时隙结构, 不具备动态带宽分配特性, 无法实现流量控制、业务统计复用和带宽共享, 难以适应IP业务突发性与速率可变性的特点, 业务带宽利用率较低, 缺乏灵活性。MSTP设备所改善的只是接口和传送能力, 设备的核心结构仍然为时隙交换, 不能有效地利用分组技术统计复用的优点, 难以满足以分组业务为主的应用需求。

IP Over PTN:PTN是基于分组交换的、以分组处理作为技术内核、面向连接的多业务统一传送技术。PTN分组内核提供了统计复用能力、强大的弹性管道, 带宽利用率高, 更适应分组业务突发性强的特点。PTN以承载电信级太网业务为主, 同时继承了类似SDH的传输网络特性, 包括快速的业务保护和恢复能力、端到端的业务配置和管理能力、便捷的OAM和网管能力、严格的QOS保障能力等的同时, 还可提供高精度的时钟同步和时间同步。目前国内通信网络运营商建设PTN网络主要是解决IP化基站的电路回传以及重要的大客户电路传送。PTN网络很好地解决了中、小颗粒IP业务电路传送的需求, 但目前PTN设备组网只支持10GE、GE两种速率组网, 受PTN设备网络侧带宽的限制, PTN网络对大颗粒、大规模的IP业务需要采用网络叠加的方式组网, 比较浪费光纤、设备槽位资源。

IP Over WDM/OTN:基于WDM的IP承载解决了核心层传输带宽的问题, 但由于受WDM技术自身特点的限制, 不具备开销处理能力, 无法对通道运营质量实施有效监控, 配置通道保护时灵活性较差, 也不具备交叉功能, 无法进行组网运用。OTN技术就是针对WDM的不足而开发出来的。由于OTN加入光开销实现了对各类通道的质量监控, 具备了光波道、ODUk不同等级颗粒的交叉能力, 且可加载自动交换光网络智能控制平面, 因此基于OTN的IP承载的适应性得到了很大拓展, 但由于目前商用化的OTN设备在电层主要是继承了SDH技术, 采用时隙交叉, 对IP化分组业务处理能力不够。

4 业务、网络IP化对传输网络的要求

4.1 分组化

面对通信业务的加速IP化以及多样化的业务环境, MSTP设备通过端口IP化和相关技术的应用, 解决了MSTP网络承载IP业务的问题, 但这种承载方式, 是一种粗旷性的承载, 是一种过渡。采用MSTP网络承载IP业务, MSTP网络配置处理复杂、带宽效率低、成本高、网络扩展性差, 不能有效地利用分组技术统计复用的优点。随着TDM业务在网络中占的比重逐渐下降及“全IP环境”的逐渐成熟, 传送设备要从“业务接口IP化”转变为“传输设备内核IP化”。

从网络IP化的发展路径来看, 网络IP化应该逐步实现接口IP化、内核IP化、业务IP化、全架构IP化。网络IP化对传输网络的要求也是逐步提高的, 首先是对接口的支持, 进一步是对IP化业务的分组处理传送功能的需求, 最终将是传输网络和IP网络的融合组网, 在联合设计之下实现传输网络和IP网络的效率、生存性和成本的最优化。

4.2 大容量化

随着3G移动网络的大规模部署、建设, 大量移动业务的应用以及高速下载给用户带来了新的感知和体验, 用户逐渐接受这些新的应用并形成习惯, 大量平板电脑、手机和其他智能设备终端入网, 同时高速增长的互联网用户和更高宽带接入速度, IPTV、VOD、网络视频业务、P2P下载等, 以上这些变化在传输网络核心层体现的就是大容量带宽需求, 而且带宽需求逐年递增, 且有指数增长的趋势, 传输设备大容量化、传输网络带宽大容量化是满足新增业务需求的前提。

4.3 智能化

由于IP业务的分配不像过去电话业务流量比较均衡, 它动态性、突发性强。作为通信网络运营者, 很难对瞬时的业务量作出恰当评估。这就需要网络智能化, 能根据用户需求作出响应, 动态地建立传输路由, 将业务量的突变与光路由的建立联系起来, 实现网络资源的动态分配, 更迅速地引入各种新的业务。当网络出现故障时, 它能够根据网络拓扑信息、可用的资源信息、配置信息等动态地实现最佳恢复路由。

5 传输网与IP网络融合探讨

为顺应网络IP化, 作为业务承载的传输网络设备接口IP化、内核分组化是网络发展的必然趋势。而在传输网络演进的过程中, 城域传输网与IP城域网又是怎样的关系?是网络的替代、网络的叠加还是功能的融合?这是传输网络演进必须思考的问题。

业务需求是网络发展的动力, 网络现状是基础。在传输网络接入层, PON接入技术很好地解决了用户最后一公里接入的问题, 但是PON技术主要是针对普通用户, 解决了用户语音、Internet上网和普通大客户组网等需求。但PON网络采用星形结构组网, 网络安全性、可靠性不高, 不能满足对网络安全有要求的大客户接入。针对网络安全有要求的大客户IP业务需求, 通信网络运营商主要采用MSTP或PTN方式接入, 对于中小颗粒、规模不大的电路需求, 以上两种技术都能很好解决用户接入需求, 但随着用户带宽的增加, MSTP网络会过快消耗网络资源, 最终不能满足业务需求。为了解决传输网络带宽、带宽利用率的问题, 必然会形成一种整合传输和IP技术的综合产品。PTN、IPRAN目前主要是为解决3G基站以及未来的LTE电路回传和中小颗粒大客户业务接入, 但并不能解决目前所有业务的接入, 是传输网络IP化的一种过渡产品。

采用不同的接入技术和不同的网络来接入不同的业务, 这是目前的接入网络现状。从通信网络运营商保护现有投资的角度考虑, 这种现状有可能会持续一段时间。但随着技术的发展、传输网络的IP化, 特别是传输网络已具有1层和2层的功能, 采用一张接入网络面向所有的业务, 不同的业务根据业务的Qo S要求, 对业务SLA管理是传输接入网络发展的必然趋势。

在城域网核心、汇聚层业务进行汇聚、收敛, 传输网络需要解决的是带宽问题, 必须有足够大的带宽才能满足业务的承载。IP业务经过汇聚后, 并发率明显高于接入层, 但为充分利用传输带宽, 设备具备分组功能也是必需的。随着业务的带宽不断增加, 可能现有速率的一个波长不能满足业务的带宽要求, 为了避免网络的叠加建设, 设备具备WDM能力也是网络发展的必然趋势。通信网络运营商为满足不断增长的IP业务承载, 近几年也加大了OTN设备下沉的力度, 但现网配置的OTN设备在电层大量继承了SDH技术, 基于时隙交叉, 随着IP业务的所占的比重逐渐提升, 基于分组的OTN设备 (POTN) 会很好适应未来网络的发展, 并且能满足未来所有业务一张网络承载的需求。

IP网络和传输网络都具有保护、恢复功能。从故障恢复的速度、复杂度来说, 传输网络的保护和恢复机制优于IP网络, 特别是对于一些点到点、业务量大的场合, 光网络的保护方式优点比较明显, 可以在很短的时间 (<50ms) 内应对光纤切断等故障, 而且无须高层协议和信令的介入。但是对于传输节点瘫痪等故障, 传输网络的保护和恢复机制无法处理, 必须依靠IP网络的保护和恢复机制参与。因此, 在一个规模大、节点多的网状 (Mesh) IP光网络中, 采用传输网络和IP网络联合保护机制。首先从光网络层进行保护, 若在某个确定的计时期间内无法恢复再转由IP层进行恢复是较为可行的一种方法。

6 结语

网络IP化促使传输网络IP化, 采用一张传输网络来承载所有业务, 根据业务Qo S要求, 对业务进行SLA管理是未来传输网络的发展趋势。即使如此, 传送层和IP层也会长期以重叠网络方式共存, IP层应注重节点的、端口的保护。传送层重选路由时带宽颗粒大, 恢复方法更有效, 尤其是对于光缆切断之类的大故障, 传送层的恢复快而且简单。

摘要：随着IP业务、IP技术的迅猛发展及大量应用, 业务网络IP化是业界公认的一种发展趋势。面对网络IP化这一发展趋势, 作为承载主体的传输网络如何来顺应这一发展趋势、如何来承载IP化业务的需求是当前传输网络发展必须思考的问题。本文从国内通信网络运营商传输网络承载IP业务的现状着手, 进行优缺点分析, 同时结合IP业务的特点、现有城域传输网络与IP城域网络的关系, 分析未来传输网络必须具备的特点以及传输网络分组化的演进进行探讨。

关键词：OTN,PTN,MSTP,POTN,QoS,SLA

参考文献

[1]光传送网 (OTN) 多业务承载技术要求[S/OL].[2011-10-15]http://wenku.baidu.com/view/21e36552f01dc281e53af03b.html

[2]唐剑锋, 徐荣.PTN-IP化分组传送[M].北京:北京邮电大学出版社, 2010

基于IP的流媒体传输技术特征分析 第4篇

关键词：IP流媒体,传输,特征

社会需求的增长和技术的进步, 想来相辅相成, 在信息领域尤其如此。当前信息时代中, 一方面对于数据的存储成本不断降低, 另一方面数据传输的速率则在不断提升;与此同时, 在数据的需求领域中, 传统文本数据的比重正在降低, 而图片和音频以及视频数据在数据传输总量中的比重则在不断上升。综合性媒体的运用正在侵入人们的生活与工作, 而在这个带来极大便利的过程中, 传统的IPv4也在逐步退出历史舞台, IPv6以其诸多专属特征获得广泛关注。

1 铁路环境中流媒体数据传输需求分析

我国铁路运输系统的发展由来已久, 并且一直都受到相关部门的重视, 在这个系统之中, 数据通信占据着重要地位。数据通信的意义直接关系到铁路运输系统的安全, 对于整个运行的工作效率也有着至关重要的影响。毋庸置疑, 列车之间的协调调度, 在当前这个时代里已经完全依赖于列车与调度台以及列车与列车之间通信状态的有效性。

我国的铁路通信系统, 是第一批引入光网络的通信系统, 在技术层面, 也都着眼于积极吸引先进的数据传输机制。随着列车行驶速度的不断提升, 通信的及时性和有效性成为关键要素, 并且同时基于铁路运输系统的安全考虑, 更多的铁路运行描述数据得到提取、传输和分析。曾经的数字和文本已经明显无法满足对于数据信息的需求, 图片已经成为必备的信息要素, 为了保证状态沟通的有效性, 音频和视频文件已经成为了铁路环境中数据传输的重要客体。这些音频和视频文件, 一方面是关于列车行驶状况的监测数据体现, 另一方面则是基于工作效率和效果的多方之间的信息沟通。这些数据呈现出大量的实时性, 从客观上要求着时间层面的有效性, 所有这些, 都昭示着IPv4已经不再适用, IPv6在铁路数据传输领域, 率先登上历史舞台。

2 基于IP的流媒体传输工作特征

IP协议是TCP/IP协议簇中中的重要构成要素, 诞生于1981年, 由Jon Postel在RFC791中所定义。一直以来, IPv4都在数据传输的领域中处于横行的地位, 但是在当前流媒体数据环境, 以及对于网络数据传输安全需求日益高涨的情况之下, IPv6的长生成熟已经成为必然。

IPv4产生于互联网的起步阶段, 面对互联网自身飞速的发展需求, IPv4以其良好的简单灵活特征以及优越的扩展性获得一席之地, 并且也为互联网的发展做出了推动贡献, 于此同时, 在网络发展刚起步的阶段中, IPv4能够对相对有限的带宽进行成分利用, 从一个侧面满足了当时的发展需求。但是从数据传输工作特征角度看, IPv4毕竟是面对文本数据传输服务而制定出的传输协议规则, 并且鉴于当时的网络特征, IPv4对待数据传输采取了一种更为看重速度而非质量的态度, 它会尽快将数据推入传输进程, 但是并不会过多顾及网络中的时延以及其他可能会导致数据传输失败的问题。对于IPv4而言, 另一个主要问题则在于其自身的数据包转发机制与当前网络中流媒体的连续性传输需求相背离, 因此其在面对流媒体时传输效果与日俱降, 难以达到信息消费者的需求。此外, IPv4在地址空间以及报头结构等方面也难以满足要求, 尤其是在面对数据安全问题时, IPv4的表现尤为软弱。

在IPv4的这种状态之下, IPv6应运而生, 这种在IPv4的基础之上进一步发展而产生的数据传输标准, 相对于IPv4而言在很多方面都有了极大的改进。

首先从地址范围角度看, IPv6所能容纳的地址数量远远多于IPv4, 这就能够使得地址结构做到更为优化, 在对传输路径选取和数据吞吐量二者提升方面有着积极意义。其次采用业务流字段和流标签字段更好地支持网络音视频的服务质量 (Qo S, Quality of Service) 。然而更为重要的在于IPv6对于组播的良好支持和数据安全性方面的突出表现。

在数据传输领域中, 存在三种IP数据包传输类型, 即单播、广播以及组播技术。在IPv4所面对的数据传输环境中, 单播相对较为盛行, 即在每一对信息的发送和接受双方直接都建立起一个连接, 这对于目前的信息消费状况而言显然并不适用。而广播传输方式则是指在IP子网内以广播形式发送数据包, 子网内的所有节点均可以对数据进行获取, 此种方式在很大程度上受到子网限制, 放大子网范围会导致安全问题, 缩小又会造成信息沟通不利, 并且对信息传输资源占用极为严重。组播传输方式则是在发送者和每一接收者之间实现一点对多点的网络连接, 因此能够有效提升数据传输效率, 减少了骨干网络出现的拥塞的可能性。这种方式在IPv6强大地址容量的支持下得到了完美表现。而在安全方面, IPv6采用了IPsec技术, 针对IPv6中的各个节点强制实现安全选项。IPsec实现了网络层的基本安全, 有效避免了远程主机或本地主机受到攻击的可能性, 增强了整体网络安全特征。

3 结论

IPv6对于流媒体传输的支持性是从多个角度进行渗透的, 除上述讨论的相关特性以外, IPv6还直接定义了流的概念, 在报头结构中增加流标签等手段, 最终实现和保证流媒体的流畅传输。

参考文献

[1]闫利军.IP组播技术在视频业务中的应用[J].中周安防, 2009 (11) .

[2]于海生.组播在视频监控系统中的应用[J].吉林交通科技, 2008 (2) .

[3]付爽.流媒体技术及其数字化应用的研究[J].中国新技术新产品, 2009 (19) .

IP传输论文 第5篇

一般说来,前端播出机房的信号源主要来自两个方面:卫星地面接收和光纤干线传输。随着信号的高清化以及骨干承载网技术的革新等一系列因素,光缆干线传输信号越来越显示出重要的地位,很多已成为主用播出信号,这也对原有信号传输系统提出新的要求。

1 广电网络信号传输系统现状

1.1 信号传输系统的复杂性

目前在用的信号交换多采用传统的SDH(数字同步系列)信号流进行编解码复用传输,环节较多,系统较为复杂。模拟信号通过模数转换变成数字ASI(异步串行接口)信号,各种ASI信号流在复用器上进行要求的组合复用后,变成需要的ASI信号流,再通过适配器,转化为SDH可传输的DS3信号流,最后复用成更高级别数字信号进行远程传输。而在接收端,同样需要这样的逆转变过程。这一切都需要在机房布放较多的设备以及电缆线进行沟通,使得信号系统非常冗余复杂。

1.2 信号传输系统较弱的可扩展性

在使用SDH的DS3方式进行传输,带宽非常有限,节目传输的扩展性较弱。按照标清节目4 Mbit/s来计算,1个DS3流最多只能传10套节目,如果传高清流的话,更是捉襟见肘。而现在的信号流,一个较大的付费节目包就需上百兆的带宽,传输带宽较弱的扩展性已经阻碍了广电网络的业务发展,亟待用新的传输方式来解决。

1.3 信号传输系统存在的不可用性

很多广电网络传输机房都在进行搬迁工作,通常原有前端播出机房和核心传输机房都设在同一楼层不同位置,而现在业务规模的不断扩大,机房可能会在不同的楼层,不同的地方,这就造成了原有通过电缆线互联的传输系统因为距离原因无法继续使用原有光纤信号源。

上述的各方面原因,包括电缆线随着时间累计而造成信号的劣化等,迫切需要一种新的信号传输系统来替代。显然,IP化的信号传输系统就显示出无比强大的优势,并逐渐被广电网络广泛应用。

2 IP化信号传输系统特性和优势

2.1 IP化信号传输系统承载网特性

2.1.1 MSTP承载网特性

MSTP(多业务传输平台)技术[3]发展至今,已经非常成熟,它以SDH面向连接的时分复用技术为核心,利用GFP(通用帧协议)结合以太网技术、ATM(异步传输模式)技术等形成的多业务传输平台。就目前使用情况,MSTP中使用的最多的就是IP接口,包括百兆以太接口和GE(千兆以太)接口。和早期的百兆以太接口映射绑定VC12不同的是,目前应用的GE板可以直接映射绑定VC3和VC4,非常方便地达到使用大带宽的目的。

由于MSTP技术从传统SDH技术演进而来,因此它保留了SDH原有的复用段保护方式、通道保护方式以及1+1线性保护方式等,这给信号传输带来可靠的保证。

2.1.2 OTN承载网特性

OTN(光传送网)技术[4,5]是近几年在DWDM(密集波分复用)发展起来的大容量干线传输技术。它保留了原有DWDM技术里单波大容量的特性,又引进了原有SDH技术里电交叉技术以及开销技术等,极大地丰富了DWDM系统对小颗粒或子波长级业务整合能力以及业务监控能力,经过不断发展和完善形成一系列的OTN技术标准,为业务的使用提供了通用的接口。这种GE级别的业务批量提供,使得信号传输系统的承载游刃有余。

OTN的设备级保护包括集中电源保护、主控1+1保护、交叉1+1保护,网络级的保护包括光线路保护、板内1+1保护、客户侧1+1保护、SNCP保护等,这些多样化的保护方式,也给信号传输系统提供足够的健壮性保证。

2.2 IP化信号复用系统性能特性和优势

和传统的信号复用系统相比,IP化信号复用系统在保留传统的ASI接口外,引入了IP接口,这种GE接口的引入,可以说是一次质的飞跃。在此种复用系统中,使用较广泛的就是DCM(数字内容管理)设备。

2.2.1 大容量灵活可扩展

GE口可以传输的带宽比起传统的DS3提高了20倍左右,极大地满足了前端播出系统对信号源的大量需求。另外,IP化复用系统建好后,传输信号的数量也可以根据要求灵活增减,因为其兼容原有ASI数字电接口,无论外部是ASI口还是GE口信号,都可以通过ASI接口卡和GE接口卡进行信号的灵活调度,包括发送和接收,而且配备的接口数目是传统信号复用系统无法比拟的。

2.2.2 安全健壮可靠

IP化的信号复用系统配备了双路电源,且支持信号的1+1热备份。这种1+1的信号热备份对广电级的业务播出提供了强有力的支持。另外,由于此系统的设计都采用模块化设计,支持业务板卡模块和风扇板卡模块等热插拔,这些使得业务的使用更为安全可靠。

2.2.3 智能化可控可管理

在用户对服务要求越来越高的今天,广电网络对设备的管控也变得越发重要。IP化信号复用系统,通过强大的GUI(图形化用户接口),可以对业务信号按需求调度,内置加扰器可以对多个CA系统同密,且可以提供对TS流和信号的分析。这种越来越智能化的管控能力,使得信号传输系统可以层层监控,确保最优质的安全播出。

3 IP化信号传输系统应用构架

3.1 与电视台播出信号系统互联应用构架

一般市级或省级电视台本地制作的信号大概在5~10套,这些信号在早期可能采用模拟光端机传至有线前端播出机房或核心传输机房。在信号制作的数字化改造后,一般通过SDI(数字分量串行接口)[6]或ASI光端机利用光纤主备传输通道至有线前端播出机房或者核心传输机房。这些信号在前端机房处理后直接成为播出信号,另外这些信号也可以通过IP化复用系统,传输到MSTP或OTN的GE口,成为其他地市或市县等的信号源。

在和电视台播出信号系统互联中,IP化传输系统主要起到少量信号接收和预转化作用,这也体现出其一定的技术优势和特点,具体构架见图1。

3.2 与远端信号收发系统互联应用构架

在与远端信号接收和发送系统互联中,考虑到GE通道承载的信号节目数量较多,一般都采用双设备双端口来传送和接收。相同的信号源通过光分路器传至两套IP化复用系统,在经过重新组合和编排后,将需要的主备信号传送至承载网设备GE端口。

送至MSTP的GE口的主备信号流,在MSTP设备的不同GE单板上进行业务对接,通过MSTP的环网保护技术,使得信号业务的传输得到保障。另外,若采用OTN承载网,在主备信号送至不同端口后,除了环网本身的保护外,可以利用DCP(双路光通道保护)单板进行二级保护,这种多级保护方式更加保证了信号节目流的传输在技术层面上的万无一失。具体构架见图2。

3.3 与前端播出系统互联应用构架

前端播出系统承担着所有节目信号在广电网络的播出工作。一方面它从空中接收卫星信号节目,从干线传输系统接收光缆信号节目;另外一方面也给传输系统提供卫星信号节目源。在使用IP化接口前,大量的电缆线在传输机房和前端机房之间进行信号流的双向传输,如果再有新的节目流要进行联通,就需要重新布放电缆,而且使用的信号在传输层面监测也相对困难。

在引入IP化复用系统后,利用主备两根光纤就可以传送千兆节目并达到保护的目的,有新的节目流加入,只要通过相关业务板卡输入至原有节目流,也就是将新的节目组播流加入到原有组播流包中,对原有业务没有任何影响,这极大地简化了信号传输模型[7],将可能的故障和隐患降低到了最低。具体构架见图3。

4 小结

在全球ALL-IP的趋势下[8],广电网络的信号传输系统也在随之不断地进行变化。IP化信号传输系统的引入和不断向前推进,目的是要达到信号传输质量的更可靠化、模型的更简单化、使用和管控更智能化。而这一切改进都是为了保证广电网络为用户提供更好、更丰富、更优质的需求服务。

三网融合的潮流愈演愈烈,相信广电网络除了对传输信号、传输系统的IP化改进外,各方面工作都在持续提升优化,从而为用户提供满意的服务,不断取得市场的认可。

参考文献

[1]邢浩,王晓彦.数字电视传输系统建设实践[J].电视技术,2009,33(7):54-55.

[2]杜世清.信号传输系统的设计与改造[J].广播与电视技术,2009(6):5-6.

[3]YDT5150-2007,基于SDH的多业务传输节点(MSTP)本地光缆传输工程验收规范[S].2007.

[4]YDT1462-2006,光传送网(OTN)接口[S].2006.

[5]陈翔.三网融合时代广电光传输网络发展趋势分析[J].电视技术,2011,35(4):49-51.

[6]梁冬梅.电视台节目传输系统设计与思考[J].电视技术,2011,35(14):60-62.

[7]李纯.天津电视台传输中心方案设计[J].广播与电视技术,2010(7):79-85.

IP网多媒体数据传输的应用分析 第6篇

关键词：UDP/IP协议,RTP/RTCP协议,传输方式

一、UDP/IP协议与RTP/RTCP协议

1、UDP/IP协议。

Internet网络对实现不同地域间计算机的相互通讯及基于数据传输的资源共享意义重大。Internet网络所用的协议较多, 但使用最频繁的协议是UDP/IP协议。OSI七层网络标准认为IP层是网络层, UDP与TCP是传输层的协议, 其中UDP面向无连接, 主要完成数据报服务;TCP面向连接, 主要完成可靠流服务。 (1) UDP属最基本的传输协议, 其不具备任何可靠性措施, 但其效率相当高。实践表明, UDP为面向交易型的传输协议, 其中单次交易仅包含来回2次报文交换, 由此免除连接的建立与撤销所产生的费用。 (2) TCP主要完成可靠性服务, 如采用滑动窗口机制及确认与超时重传机制等, 其通常被应用到拥塞处理与流量控制等领域, 但运行TCP协议必然加重网络开销, 因此传输实时性数据或突然性的大量数据不宜采用TCP协议 (如音频流或视频流等) 。

2、RTP/RTCP协议。

由前文可知, UDP协议具有不可靠性, 那么基于UDP的应用程序必须自主解决可靠性问题 (如报文重复、丢失、失序等) 。连续传输媒体数据阶段, 数据接收方与传输方皆应具备处理数据丢失或延迟等问题的能力, 因此RTP/RTCP协议的提出具有必然性。 (1) RTP主要传输端到端或实时特征的数据, 其中包括装载数据的序列计数、标识符、传送监视、时戳等。RTP报文结构的时戳字段主要记录数据包的采样时刻;序号字段主要记录数据包的序号。所以, 对音频视频数据用RTP协议进行封装可实现对丢失数据的准确解码。 (2) RTCP是RTP的控制协议, 其主要完成对数据接收双方传递信息及网络服务质量的监视。RTCP的报文格式包括RR与SR, 其中RR由数据的接受者使用;SR由数据的传输者使用。RTCP的通信具有周期性, 同时能向数据传输质量提供反馈信息。

二、基于IP网的多媒体数据传输的应用

研究证实, 尽管不同的多媒体系统执行者不同的协议, 但其皆具有相同的原理。

1、Windows操作系统。

考虑到用UDP协议对数据流进行传输, 必须采用Win Sock (TCP/IP应用接口的标准) 无连接的数据报方式, 即把数据直接发送到IP层进行打包, 注意上一层数据包的字节数必须交下一层子网的最大IP包小。若数据的传输采用广播方式, 那么各数据包的字节数应≤512字节, 因此应对RTP/RTCP包的字节数进行限制。总体而言, 发送端对数据包进行分组封装与发送, 接收方再对接收到的数据包进行相仿的封装重组处理, 由此确保发送端与接收端的数据格式相同。WINDOW/NT操作系统内基于以太网的多媒体数据流的传输方式包括点对点的单播、点对多点的广播与组播三种。

2、单播传输方式。

若Win Sock的数据报套接字要实现UDP传输, 必须严格执行如下操作步骤: (1) 借助函数socket () 创建一个数据报套接字; (2) 传输前把数据报套接字与本地主机端口及IP地址捆绑到一起; (3) 用函数sendto () 发送数据; (4) 用函数recvfrom () 接收数据, 注意函数recvfrom () 与sendto () 的语法大致相同。

3、广播传输方式。

远程医疗系统及远程监控系统等多媒体系统的应用通常要求对多媒体数据实施点对多点的传输方式。若发送者以点对点的单播传输方式分别向接受者世界发送数据, 其势必大幅度增大网络的带宽资源开销, 尤其是同一网段分布着多个接受者的情况, 网络带宽资源的浪费量更大。由此可见, 采用点对多点的广播或组播方式对此情况数据的传输非常必要。目前多数通信子网皆具备广播或组播的服务能力 (如令牌环网、以太网等) 。广播传输方式的实现步骤具体如下: (1) 借助函数setsockopt () 创建一个广播套接字; (2) 数据发送时, 发送地址应指定到广播地址; (3) 数据接收方法与单播相同。

4、组播传输方式。

组播传输方式要求把IP数据传送到“一组”地址, 由此使Internet网络内同组 (特殊的IP地址标识) 的全部成员节能受到数据包。组播传输方式具有高效率性, 即一个源站可向多个目标站同时发送IP包, 但网络拓扑提供的链路仅被使用1次, 由此使网络带宽资源被节省。TCP/IP的IGMP协议拥有组播的内容, 其中组播可用的地址为224.0.0.0~239.255.255.255。上述多路广播地址通常被用来存放组播路由的信息, 但该范围外的多路广播地址均由应用程序设计定完成。

三、结束语

综上所述, 随着社会经济的发展及科技发展水平的提高, Internet网络与多媒体技术已成为人们生活工作不可或缺的部分, 若把Internet网络与多媒体技术有机结合起来, 其必能有效提高数据的传输效率。

参考文献

[1]于杨.IMS多媒体会议之数据协同会议系统的设计与实现[D].北京邮电大学, 2010

浅谈IP网多媒体数据传输的应用 第7篇

一般来说, Internet网络所具备的自身优势为在不同地域间计算机相互之间的通讯以及互连、数据传输基础上充分实现资源共享。其是否可以充分满足像相应的多媒体信息传输需求则能够通过如下几个方面体现出来, 具体来说:

⑴多媒体数据传输针对网络宽带提出的连续性要求

众所周知, 视频以及音频等等媒体均具有着较大连续性, 其在网络中需要持续地进行传输, 如此一来, 便应该确保其能够实现连续独享一定的带宽, 但是由于拨号网络会受到TCP/IP协议的限制, 导致该要求难以得到充分满足。

⑵多媒体数据传输针对网络提出的实时性要求

通常而言, 拨号网络以及局域网中进行传输的数据一般是在帧形式下实施传送行为的, 在实际的多媒体信息传输进程当中, 首先应该将一定时间范围内的多媒体数据信息采集起来实现对帧的合理填充, 而后展开帧的有效传输, 极易催生“数据填充延时”问题, 加之该类问题通常是难以预测的, 使得多媒体数据信息的实施传输难度重重。

综合上述分析可知, 采用Internet网络展开多媒体信息传输具备有一定的优势, 同时也有着相应的局限性, 在应用过程中需注意策略的合理选择, 需有针对性, 力求充分满足具体的多媒体数据传输需求。

2 Internet协议介绍

针对Internet而言, TCP/IP协议可谓是应用其中的较为普遍的协议模式。具体来说, 参照OSI七层网络标准定义来说, IP层隶属于网络层, UDP与TCP隶属于传输层的协议, UDP不存在连接情况, 其可实现对数据报服务的合理提供, 而TCP则是会面向连接的, 可实现对可靠流服务的有效提供。

为充分确保可靠性能, TCP实施大量工作, 涵盖提供滑动窗口机制以及确认超时重传机制等等方面, 旨在这对多媒体数据信息拥塞情况实施处理以及针对实时流量状态展开有效控制。然而TCP机制却会导致网络开销的加大, 难以适用于数量较大的实时性以及突发性数据信息的传输。

UDP可谓是最为简单的传输协议, 其基本上未进行可靠性措施的提供。可是, 该种协议却有着极高的使用效率, 在日常的实践过程当中, UDP协议模式通常是面向交易型的, 一次交易通常只有一个来回的两次报文交换, 旨在实现由于连接构建和撤销所产生巨大开销的大幅度减少。该协议在音频视频数据传输中较为适用。其缺陷在于可靠性能较差。

基于UDP协议, 针对多媒体数据传输提出相应的实时传输协议RTP及其控制协议RTCP。多媒体数据传输实时传输协议可进行具备有实时特性的端到端的数据传送服务的合理提供, 该服务中涵盖有序列计数以及数据装载标识符、监视传送、时戳。而RTCP则是RTP的实施传输控制协议, 旨在针对具体的网络服务质量以及数据接收方与发送方之间的信息传递行为实施监视, RTCP协议的主要做法是有周期地实施通信行为, 运用等同于数据包分配传递机制进行控制包的有效发送。

在使用UDP协议进行视频数据流或者是音频数据流的传输时, 通常使用RTP协议标准封装数据, 而后经过IP网络层将其封装成为IP包传输, 此外, 应该有周期性地实施RTCP报文发送, 同时按照就传输质量进行的反馈针对RTP包传输展开控制。

3 应用

在实际的实施应用过程当中, 各个系统使用的措施不尽相同, 可是其基本原理大致趋于一致。在此, 将在运用WINDOW/NT操作系统, 基于以太网环境完成多媒体数据流传输。其中, 在Windows操作系统之下的TCP/IP应用接口标准选择为WinSock。因为运用UDP协议进行数据流传输, 则只可选用WinSock这种无连接的数据报模式。发送端将数据报分组封装与发送, 当数据包到达接收方以后, 可针对其实施跟相反于发送方封装过程的重组处理, 确保完成接收的数据能够等同于完成接受的数据。

出于传输的角度来看, 一般能够将传输方式划分为点对点的单播以及组播、广播等等模式。具体来说, 广播与单播的使用范围相对较广, 相关原理已被大家熟知, 相较于广播或者是单播来说, 组播则具有着相对较高的效率, 主要是因为不管是那种给定的链路最多只可使用一次。相较于广播模式而言, 多播与其有着很多不同之处, 多播允许每台机器在使用之前选择是否加入到多播中, 允许进行资源发现, 降低网络负荷, 在多媒体会议系统中较为适用。

3.1 单播

要实现WinSock的数据报套接字 (SOCK DGRAM) 进行U DP传输可以用以下步骤实施。先用函数so cket () 建立一个数据报套接字;在使用它传输之前, 必须将其捆绑在本地主机的IP地址和端口上;发送数据时, 用sendto () 函数发送;接收数据时, 用recv from () 函数接收, 其语法和sendto () 基本相同。在传输过程中运用socket的时候, 应该参照相应的网络环境, 比如说拥塞以及实时带宽状态进行发送数据量的合理调整。

3.2 广播

在远程教学系统和视频会议系统等应用中, 一般都要求多媒体数据进行一点到多点传输。如果发送者向每一个接收者都直接发送一份数据, 这会使网络带宽资源开销大大增加, 特别是当多个接收者处于同一网段时, 这种处理方法简直是浪费带宽资源。

3.3 组播

TCP/IP的IGMP协议中包含了组播的内容, 协议规定组播使用的地址是从224.0.0.0到239.255.255.255。从224.0.0.0到224.0.0.255的多路广播地址是用于储存组播路由信息, 这个范围以外的多路广播地址是为应用程序设定的。当发送一个多路广播数据时, 发送方只需要指定一个组播地址 (例如225.0.0.38) 作为一个socket调用的目的端即可。当一个应用程序要接收组播包裹时, 必先请求主机加入一个特定的广播组, 通过使用setsockopt () 函数完成。

综上可以知道, 科技发展水平提升迅速, 多媒体技术以及Internet网络在人们的生产生活中获得广泛发展应用, 通过二者的有机结合使得更多先进的新型事物产生, 譬如说远程教学等等, 在实际的应用过程中必然会形成大量的多媒体数据信息, 针对此需采取针对性措施实现数据的有效传输, 获取良好的应用效果。

参考文献

[1]李宏.卫星单向广播链路IP数据传输技术[J].计算机与网络, 2012 (06)

IP传输论文 第8篇

关键词：输入格式处理,因特网协议,包头压缩

在第一代数字电视广播标准成功应用基础之上, 第二代数字电视广播标准的制定也在全球范围内先后启动。2008年6月DVB组织率先公布了DVB-T2标准;2013年美国ATSC组织启动了ATSC3.0标准的制定工作。在这些已制定或正在制定的标准中, 除进一步提高传输效率、改善接收质量外, 增强广播系统功能, 特别是多媒体传输与呈现及互动功能成为工作重点之一。基于IP的电视广播传输技术在技术层面能够支持多样化的内容传输, 在业务层面有助于实现多屏互动, 也是实现三网融合的重要举措。一些新的音视频编解码及传输方案也已经充分考虑了这一趋势, 给出了基于IP传输的方案, 包括MPEG-DASH、MMT等。

为满足这一需要, 基于IP的多媒体数据封装与传输逐步成为广播新标准的主要传输协议。正处于标准制定阶段的ATSC3.0广播标准已确认选择IP作为物理层的主要传输格式。作为物理层与上层协议的接口, IP数据包需要经过输入格式处理子系统封装为符合要求的基带帧才能进行传输。针对广播系统IP化这一新趋势, 文章研究并提出了一种IP数据封装传输的新方法, 能够兼顾封装效率、强健性与功能性等多方面因素。文章还研究并提出了一种具有高压缩效率、适用于无线广播系统的IP包头压缩算法。

1 输入格式处理子系统

1.1 简介

输入格式处理子系统是物理层与上层协议间的接口, 其主要功能是处理待传输的数据包, 根据物理层传输参数以及用户的配置, 将输入数据包封装为可传输的基带帧。每个物理层管道都配置有一个输入格式处理子系统独立工作。输入格式处理子系统内部又主要包括模式适配和流适配两部分, 前者用于适应不同格式的输入数据流, 并插入所需的传输功能字段;后者则受物理层调度子系统的控制, 实现帧同步、延时补偿及带内信令插入等功能。物理层整体结构与输入格式处理子系统框架分别如图1、图2所示。

1.2 基带帧结构

基带帧是输入数据处理子系统处理和封装输入数据后所得到的数据包结构。封装得到的基带帧还需进行BCH和LDPC编码, 因此在确定调制编码参数之后, 基带帧的帧长是固定的。

一个基带帧由帧头、数据域和可选的填零及带内信令构成。帧头主要用于承载解析当前基带帧所需的关键参数, 包括数据类型、通道信息、数据域起始与长度信息、传输功能标志位等;数据域是实际承载待传输数据的空间, 在输入数据包前后插入必要的传输功能字段以后, 依次填入数据域;填零及带内信令区域用于填充基带帧内未用完的空间, 带内信令也通过该区域进行传输。

基带帧的结构如图3所示。

输入数据处理子系统除了实现不同格式输入数据到基带帧的封装外, 还用于提供传输层功能, 这些功能包括:二层寻址、流同步 (时间标记) 、TS流空包删除、CRC校验等。不同传输功能将在数据包前后插入相应的字段, 并在帧头特定位置标记传输功能的配置信息。

2 IP数据传输方案

2.1 间接传输方案

第一代数字电视广播标准使用了MPEG-2传输流 (TS) 作为主要的多媒体内容传输协议。为了使用第一代标准传输因特网协议 (IP) 数据包, 各标准组织与专家组制定了若干基于TS流的扩展协议。

国际电联无线电通信部电视广播业务第1887号建议书[1]中, 总结了两种使用传输流来承载IP包的方法:将IP包封装为TS专用流 (ULE/TS) , 和将IP包封装为TS的一段。

前者由IETF组织提出并标准化[2], 其具体方法是首先在一个IP包前后增加封装字头和校验字段以形成子网数据单元 (SNDU) , 然后把SNDU数据包分割后作为负载依次填入每个TS包中。

后者则是将IP包封装为TS流的一段并使用标准的TS协议传输, 其中将IP包封装为TS流的一段时即可使用由ATSC组织提出的多媒体协议封装方法[3,4], 也可使用由欧洲电信标准学会 (ETSI) 提出的多协议封装方法 (MPE/TS) [5]。

无论使用上述哪一种方案, 都存在封装效率低、容错能力弱等不足。一个IP包在进行传输时, 需要经过“IP包-SNDU (或DSM-CC或ULE) -TS-基带帧”多次封装, 每次封装都引入额外的协议开销, 降低了总体效率;TS包的长度为固定的188 byte, 而IP包长度通常数倍于此, 需要将一个IP包封装为多个TS包传输, 传输过程更为脆弱, 误码与丢包造成的影响更大;此外, 多次封装使得协议栈过于复杂, 导致物理层在传输时难以了解与分析所承载的数据内容及特性, 无法在物理层内实现包头压缩、寻址等一些重要功能, 也不支持跨协议层功能与设计。

DVB-T2物理层标准中增加了一种新的输入格式:通用流封装 (GSE) [6]。GSE作为一种通用的数据格式, 可以用于IPv4和IPv6数据包的封装与传输。这种方法需要进行“IP包-GSE-基带帧”两次封装, 相比借助TS流间接传输的方法减少了一次封装、部分降低了协议开销。此外GSE协议本身也有一些有利于物理层传输的优点, 例如数据包长度可变、提供了更完善的传输功能等, 但是仍然没有完全解决封装效率较低、缺少传输功能等不足。

由ITU提出的TLV标准是与GSE类似的一种二层封装协议[7], 在对IP数据包进行间接封装传输时, 存在与GSE类似的问题, 同时还缺少广播物理层标准的支持。

2.2 直接传输方案

解决上述间接传输方案不足的最有效方法是在基带帧增加对IP数据包直接传输的支持, 以消除多次协议转换与封装带来的弊端。

为实现这一目标, 输入格式处理子系统需要进行如下改进:在帧头指示本帧承载的数据类型为IP数据;在帧头指示本帧数据域内起始IP数据包的位置;提供分隔相邻IP数据包的机制。该方案能够同时支持IPv4和IPv6两种协议, 协议版本通过IP数据包头中的版本标记位识别, 不需要在基带帧帧头或其他位置另行标记。

改进后的基带帧在进行IP数据直接封装传输时, 帧结构如图4所示。

图中, IPType为1 bit的标志位, 用于指示帧内数据类型是否为IP;起始位置字段SYNCD是长度为2 byte的整数, 用于指示数据域头部到帧内第一个完整的IP数据包起始位置的距离;包长字段PKL为2 byte的整数, 用于指示其后IP数据包的长度。

当某个基带帧数据域的剩余空间不足以容纳一个完整的IP数据包时, 超出部分数据直接放在下一个基带帧数据域进行传输。由于IP数据包包头内已经包含了长度信息, 因此也可以不插入PKL包长字段, 接收端在解封装时直接解析IP数据包包头信息, 并从中提取出长度信息。

2.3 封装效率比较

传输效率是广播物理层标准的最重要指标之一。在影响传输效率的各因素中, 输入数据处理子系统的封装效率有直接影响, 但同时也有很大的提升空间。

封装效率的定义是在一定的参数配置下, 所需传输的数据包 (SDU) 长度之和与封装完成后的数据包 (PDU) 长度之和的比值, 即

在输入格式处理子系统中, SDU为IP数据包, PDU为封装完成的基带帧。

若封装完成后的数据包长度固定, 且增加的封装开销 (Overhead) 长度也是固定的, 则封装效率的极限为

若封装完成后的数据包个数不变, 且增加的封装开销 (Overhead) 长度是固定的, 则封装效率极限为

式中:LSDU, LPDU, LOverhead分别为SDU、PDU和封装开销的长度。

当系统中存在多次封装时, 总体封装效率为各次封装效率的乘积为

由此可以归纳得到各封装方法的效率, 如表1所示。

上述理论分析只考虑了一些基本情况, 当使用不同的配置参数时, 协议开销字段长度各不相同, 效率也随之变化, 表中只列出了最小可能值, 实际封装效率可能存在差异;同时封装效率也与待封装的IP数据包长度LIP及封装完成的基带帧帧长LBBF有关。对于MPE/TS、ULE/TS及GSE封装效率的详尽研究及仿真可参考文献[8-9]。

若进一步简化, 假设每个IP数据包长度LIP均为1 000 byte, 基带帧帧长LBBF分别取为240 byte和7 000 byte, 则从IP到物理层基带帧全链路的综合封装效率如表2所示。

表中可以看到, 本文提出的IP数据直接封装方法, 相比其他各间接封装方法, 其封装效率有2%以上的提升。

3 IP数据包头压缩新方法

3.1 简介

使用IP作为传输层协议在一定程度上降低了传输效率, 原因在于:IPv4和IPv6的最小数据包包头长度分别为20 byte和40 byte;UDP协议又需要占用额外的8 byte, 相较于通常长度为几百到一千多字节的IP数据包, 几十字节的包头信息是不小的协议开销。为了降低信息冗余度、提高传输效率, 有必要对IP数据流中的数据包包头进行压缩。

现有的IP数据包头压缩方案主要有ITU-R BT.1869建议书所提出的广播字头压缩方法 (HCf B) 和IETF RFC3095提出的强健字头压缩 (ROHC) [10]。前者方法需要与TLV封装协议联合使用, 适用范围小;而后者则未针对广播应用中数据与信道的特征进行优化。

广播系统与互联网或其他移动通信系统存在很大差异, 包括:通常为一对多的发送, 大部分情况不把IP地址用于接收端的寻址;多为单向网, 包头压缩流程中不应依赖回传通道反馈信息;传输的内容主要是音视频内容, IP数据包的类型单一、变化较少。此外数字电视广播系统物理层系统最小逻辑传输单元是基带帧, 在进行包头压缩时应尽量以基带帧为数据压缩的边界, 以削弱某帧错误或丢失对接收端造成的影响。

3.2 方案描述

综合上述特点与需求, 为进一步改善传输效率, 文章提出了一种新的广播信道中IP数据包头压缩方案。

该方案包含了两种压缩模式:地址压缩模式和高效压缩模式。在每种模式下, 经过压缩的IP数据包包头中的相应字段会被删除。输入至系统的IP包被分类为一般IP数据包和UDP/IP数据包两类, 这两类在不同压缩模式下需要被删减的字段如表3所示。在压缩IP包时, 应当根据包头中指示IPv4或IPv6的版本标志位, 进行不同的处理。

进行IP包头压缩的前提是, 被压缩数据包能够在接收端得到无损恢复。必须满足该条件才能进行字段删减。对于IP地址、UDP端口号、协议类型等变化字段, 接收端恢复时直接使用前一IP数据包中的同等字段直接插入;对于数据包长度、校验字等可推断字段, 接收端恢复时应根据接收到数据计算后插入。其中, 前一IP数据包既可以是当前数据包之前接收到的未压缩 (完整) 的IP数据包, 也可以是经过解压缩操作后恢复得到的数据包。

可以看到, 一个IP数据包是否可压缩的判断条件是是否与前一IP数据包具有相同的参数, 例如:若连续两个IP数据包的IP地址 (包括源地址与目标地址) 相同, 则可以以地址压缩模式进行压缩;若连续两个IP数据包除IP地址外, 协议类型、UDP端口号等其他内容也相同, 则可以以高效压缩模式进行压缩。判断时, 不考察数据包长度、校验字等可推断字段。若不满足上述判断条件, 则发端不应该对数据进行压缩, 以避免不可恢复的数据损失。

在定义了上述IP数据包压缩、解压方法后, 可以针对数字电视广播系统物理层的特性, 给出一组IP压缩的状态定义。以基带帧为单元, 共有3种IP压缩状态:未压缩、帧内压缩和帧间压缩。未压缩状态中, 基带帧内所有IP数据都不进行压缩。帧内压缩状态中, 基带帧内第一个IP数据包不进行压缩, 其后的IP数据包都需要进行压缩, 且所使用的压缩模式必须相同, 帧内所有IP数据包的数据类型必须相同。帧间压缩状态中, 一个基带帧内所有IP数据都进行了压缩, 且数据类型和压缩模式必须相同, 此时该帧数据不能直接使用, 依赖于前一帧接收到的IP数据。压缩模式和压缩状态信息都应作为帧头的一部分, 随基带帧传输, 供接收端使用。3种压缩状态图如图5所示。

3.3 算法性能

在对IP数据包的压缩过程中, 需要在压缩效率和可靠性之间寻求平衡, 确定适用的压缩模式与压缩状态。对于经过帧间压缩的基带帧, 容易因为误码或丢帧的原因导致连续多个经过压缩后的基带帧无法解析, 使得误码被扩大。因此使用帧内压缩是一种兼顾压缩性能和可靠性的做法。

在对算法性能的评估中, 使用了一段录制于实际网络的视频传输流量, 并基于该数据集使用不同的压缩模式进行了算法仿真。对于不同帧长与数据类型, 其压缩后的封装效率如表4所示。

注 (1) :基于实际网络录制的IP数据进行封装时, 因为数据量有限, 封装效率接近但小于理论值。

表中可以看到, 当启用了IP数据包头压缩功能时, 对于两种长度的基带帧, 得到封装效率的增益分别为0.29%、1.33%和0.58%、1.23%。对于较长的基带帧, 封装效率已经大于100%, 即系统传递的信息量大于实际封装和传输的比特数。并且, 压缩后的数据包可以进行无损解压, 不存在不可恢复的信息损失。可见该IP包头压缩方法能够有效地压缩IP数据包, 降低数据冗余度, 提供封装与传输效率。

4 总结

文章首先介绍了输入格式处理子系统的功能与结构。为了适应无线电视广播系统IP化传输的趋势, 文章分析了现有IP数据包间接封装方案的特点与不足之处, 并提出一种IP数据直接封装方案。理论分析表明, 该直接封装方案能够将封装效率提高2%以上。

文章还进一步介绍了IP数据包包头压缩的重要性, 通过简要介绍现有的包头压缩方案并分析其不足之处, 提出了新的IP数据包头压缩方案。该方案针对广播信道物理层的特点进行优化, 原理与实现简单, 具有良好的压缩性能。基于实际环境录制的数据表明, 能够进一步提高封装效率0.3%~1.3%。

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