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【關鍵詞】數字電視；組播；IGMP

廣電數字電視業務已發展多年，DVB數字電視傳輸系統也由最初的ASI架構逐步演變到了IP架構。隨著網絡公司從省級到地市級到縣一級的逐步整合以及節目信源的不斷增加，數字電視IP傳輸網絡也隨之變得越來越龐大、越來越復雜，而數字電視主要是視音頻業務，其特點就是占用帶寬大、對網絡傳輸要求高、組網結構復雜。在只針對少數幾個節點時，在網絡中發送同一組信息的多個副本單播并不會造成不利的影響,但是隨著終端數量的增加復制分組所產生的不利影響將會變得越來越嚴重。在不使用支持組播的網絡設備的情況下部署這種應用可能會導致網絡性能大幅度降低。所以組播技術應運而生，設法在整個網絡中有效地部署和擴展分散的群組應用，同時采用可以降低向多個接收端發送相同數據所產生的網絡負載的協議以及能夠減少對于服務每個連接的主機/路由器處理需求的協議。

1組播

組播就是在發送者和每一接收者之間實現點對多點網絡連接，如果一臺發送者同時給多個接收者傳輸相同的數據，也只需復制一份相同的數據包。在提高數據傳送效率的同時可有效減少骨干網絡出現擁塞的可能性。當網絡中的某些用戶需求特定信息時，組播源（即組播信息發送者）僅發送一次信息，組播路由器借助組播路由協議為組播數據包建立樹型路由，被傳遞的信息在盡可能遠的分叉路口才開始復制和分發。組播技術有效地解決了單點發送多點接收的問題，實現了IP網絡中點到多點的高效數據傳送，能夠節約大量網絡帶寬、降低網絡負載。相比單播來說，組播的優點在于：不論接收者有多少，相同的組播數據流在每一條鏈路上最多僅有一份；使用組播方式傳遞信息，用戶數量的增加不會顯著增加網絡的負載。相比廣播來說，組播的優點在于：組播數據流僅會發送到要求數據的接收者；不會造成網絡資源的浪費，合理的利用帶寬。

2igmp協議

IGMP是InternetGroupManagementProtocol的簡稱，又被稱為互聯網組管理協議，是TCP/IP協議族中負責IPv4組播成員管理的協議。IGMP用來在接收者主機和與其直接相鄰的組播路由器之間建立和維護組播組成員關系。IGMP通過在接收者主機和組播路由器之間交互IGMP報文實現組成員管理功能，IGMP報文封裝在IP報文中。IGMP目前主要有三個版本：IGMPv1、IGMPv2和IGMPv3，目前用的較廣泛的是IGMPv2。IGMPv1主要基于查詢和響應機制完成組播組管理。當一個網段內有多個組播路由器時，由于它們都可以接收到主機發送的成員報告報文，因此只需要選取其中一臺組播路由器發送查詢報文就足夠了，該組播路由器稱為IGMP查詢器（Querier）。IGMPv1的工作機制可以分為：普遍組查詢和響應機制、新成員加入機制和組成員離開機制三個方面。IGMPv2的工作機制與IGMPv1基本相同，最大的不同之處在于IGMPv2增加了離開組機制。成員主機離開組播組時，會主動發送成員離開報文通知IGMP查詢器；IGMP查詢器收到成員離開報文后，會連續發送特定組查詢報文，詢問該組播組是否還存在組成員。IGMPv2可以使IGMP查詢器及時了解到網段內哪些組播組已不存在成員，從而及時更新組成員關系，減少網絡中冗余的組播流量。IGMPv3主要是為了配合SSM（Source-SpecificMulticast）模型發展起來的，提供了在報文中攜帶組播源信息的能力，即主機可以對組播源進行選擇。在工作機制上，與IGMPv2相比，IGMPv3增加了主機對組播源的選擇能力。

3數字電視IP傳輸系統

數字電視業務發展越來越豐富，電視節目從最初的幾套節目發展到了現在約300套左右節目。初期電視傳輸采用模擬視音頻的方式，后來逐漸對節目進行數字化后改為數字化傳輸，在提高網絡使用效率的同時可有效改善節目圖像的質量。以寧海廣播電視臺數字電視前端播出系統為例，闡述一下數字電視IP傳輸系統的構成。數字電視的傳輸目前主要有兩種方式，一種是通過ASI信號進行傳輸，另外一種則是通過TSOverIP方式傳輸。通過IP網絡傳輸TS流數據，主要是通過單播或組播的方式進行傳輸，傳輸協議則大多采用UDP（用戶數據報協議UserDatagramProtocol）或RTP（實時傳輸協議Real-timeTransportProtocol）。初期數字電視節目基本是在本地內網內進行傳輸，比如本地衛星接收機接收衛星信號后輸出UDP組播到交換機，本地自辦節目通過編碼器進行編碼后輸出UDP組播到交換機，這些節目信號（基本為單節目流SPTS）通過交換機再送入復用加擾器進行處理，之后再輸出UDP組播到交換機，最后把復用器處理好的IP信號送入IPQAM進行調制輸出。比如“北京衛視”通過衛星接收后輸出一個單節目組播：228.1.1.11（3000），本地編碼后的節目輸出組播：228.1.1.12（3000）。如圖2所示。信號源各路組播送入交換機進行匯聚和調度，然后送入到核心復用加擾器進行處理，處理完成后同樣輸出組播：228.1.2.11（4000），此組播仍然送入交換機進行調度，之后再送入IPQAM調制器進行調制輸出。從上述結構可以看到，所有節目信號在本地經過接收、編碼等過程后都轉換為UDP組播進行內部傳輸和交換，所有的這些節目信號傳輸和調度都通過本地交換機來實現，由于結構比較簡單，所以基本都是采用二層傳輸，以太網中數據幀的最大長度為1500字節，而每個TS包的長度為188字節，所以TSOverIP一般都把每7個TS數據包封裝在一起組成一個IP包（包長為188x7=1316）進行傳輸。IGMPSnooping是InternetGroupManagementProtocolSnooping（互聯網組管理協議窺探）的簡稱，它是運行在二層設備上的組播約束的機制，用于管理和控制組播組。IGMPSnooping功能可以使交換機工作在二層時，通過偵聽上游的三層設備和用戶主機之間發送的IGMP報文來建立組播數據報文的二層轉發表，管理和控制組播數據報文的轉發，進而有效抑制組播數據在二層網絡中擴散。UDP組播由幾個要素組成：SourceIPAddress（源地址），SourceUDPPort（源端口號），DestinationIPAddress（目的地址）以及DestinationPort（目的端口）。

對于IGMPv1和v2，只需要用到目的地址和端口號即可確定一個組播流，而對于IGMPv3則還需要增加源地址和端口號。在實際應用中，組播報文都是封裝成UDP的，即傳輸層，我們講的二層組播轉發并不是指報文為二層組播報文，而是指IP組播報文在二層設備上的處理流程。二層交換機是根據目的MAC地址來轉發的，設備收到一個IP組播報文后直接根據目的MAC地址去查找組播MAC地址表，如果查找到了，則根據組播表項轉發到對應的成員端口，如果未查找到，則按照未知組播報文轉發，在我們的設備中，未知組播報文默認是flood的，但可通過相關命令配置未知組播的轉發方式。隨著業務的逐步發展，IP傳輸網絡建設越來越多，數字電視平臺的建設也快速更新換代，平臺逐漸趨于統一，如有些地方縣級平臺則直接采用市級平臺的IP組播節目信號，接收處理后本地進行調制輸出即可。在各地平臺逐步統一互聯的過程中網絡結構也變得越來越復雜，而數字電視節目內容傳輸一般都有2Gbps左右的傳輸帶寬，同時除了數字電視業務還有其他點播業務、數據業務等，所以網絡的結構和配置至關重要，一般來說各市縣機房之間信號傳輸都采用三層組播，而本地機房內部信號傳輸則采用二層組播。同時要做好交換機端口隔離等工作，避免各縣前端節目信號回傳至市級前端。采用組播進行節目傳輸后不僅極大的提高了系統的靈活性，使得節目調度非常方便，同時可通過組播實現節目備份等功能，提高系統的安全性。在IGMPv2模式下可將主備兩路組播信號同時送入設備，經過切換后進行下級處理傳輸。組播切換模式可手動也可自動，自動切換觸發條件有很多選項（如PAT丟失/PMT丟失/節目變為加擾狀態等），具體可按照每個用戶的自身需要進行相應選擇。在IGMPv3的模式下，則可以為主路組播和備路組播分別設定多個源地址，以便支持更多路的信號備份。因為IGMPv3是帶有源地址的，所以即使一個組播226.100.100.3（3000），源地址分別192.168.20.11和192.168.30.11也代表了兩個不同的組播。組播除了在數字電視直播方面有廣泛應用之外，在其他業務方面也有諸多應用，比如三網融合、OTT業務等，由于其架構的靈活性，使得原來很多難以實現的功能都能夠很好的去部署和實施，而且IP化后破除了地域的限制，多機房多業務可有效的進行統一和匯聚，極大的提高了系統便捷性和易管理性。

4總結

數字電視IP傳輸越來越多，組播及IGMP的應用也越來越廣泛，組播為廣電業務發展提供了極大的便利和機會，但同時也存在一定的風險，因為IP化之后業務全部集中在一起了，而且由ASI的單項傳輸變成了IP雙向傳輸，所以如果處理不當會出現信號中斷、風暴引起節目大面積馬賽克等現象。這就需要我們廣電相關技術人員要對相應的網絡知識進行一些必要的學習和掌握。本文簡單介紹了組播以及IGMP協議，同時簡述了寧海縣廣播電視臺在組播技術在數字電視傳輸方面的一些應用。

參考文獻

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[3]韓旭.IGMP組播協議與安全[J].才智,2010(04):39.

作者：俞立勛 單位：寧海縣廣播電視臺