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IPTV——三网融合的开端
2006年6月12日 11:15  来源:泰尔网  作者:蒋林涛

  [摘 要] IPTV与IP网既与IP业务有关,又与TV网络及业务有关。它与目前的三个运营网(有线电视网、Internet和电信网)及其业务直接相关,IPTV会是三网融合业务的开端。本文从三个方面来分析IPTV,其一是IPTV的业务能力,其二是IPTV的网络能力,其三是IPTV与三网融合。一般来说,业务能力于网络能力相适配,则业务就能发展,随之而来就能促进网络的发展,相反只能是一种炒作。

  1 引言

  IPTV是目前国内外热炒的业务之一,从IPTV的表面意义来看,它既与IP有关,即与IP网于IP业务有关,又与TV有关,这里也涉及TV网络及业务。显而易见,它与目前的三个运营网(有线电视网、Internet和电信网)及其业务直接相关,IPTV将会成为三网融合业务的开端。

  对IPTV的解释是与运营商的立场紧密相关的。从电信运营商和Internet网络运营商的角度出发,IPTV是TV节目用IP网来进行传送,它是电信及Internet的一种业务,以电视节目作为信息源的一种信息服务;从有线电视网运营商的角度出发来考虑,IPTV是用有线电视网来传送电视节目,也将用于提供IP信息业务。可以看出,一方面由于运营商的立场不同其解释也是不同的,这反应了两者思维上差异。另一方面,这样的定位显然也代表了各自期望进入对方业务领域的愿望。因而从这个意义说,IPTV也将可能成为三网融合的开端。

  下面从三个方面来分析IPTV,其一是IPTV的业务能力,其二是IPTV的网络能力,其三是IPTV与三网融合。一般来说,业务能力于网络能力相适配,则业务就能发展,随之而来就能促进网络的发展,相反只能是一种炒作。因此对上述三个问题的分析是十分重要的。

  2 IPTV的业务能力

  先来看看IPTV的业务。不同运营商对业务是有不同定位的。

  从电信运营商的角度来看,IPTV的业务就是电视节目在IP网中的组织和传送形式。在这里,IPTV有四种业务形式,即直播电视、时移电视、付费数字电视和电视节目循环播放。直播电视是将目前的电视节目从广播电视网中转移过来,用交互型双向通信网(IP网)来完成直播电视的传送;时移电视是用户在某一个时间段(如:48h)内,可以随意选看某一个频道的某一个节目,在这种场合,电视节目已不再以频道形式连续播放(当然也可以),更多的是以节目的形式存在,用户是以节目为单元来选取和观看,其时电视频道与电视节目惟一有联系的是在电视节目单上反应出来,为了用户选看方便,电视节目单是按频道顺序来排列的。从技术实现来说,时移电视与电视已经没有多大的关系,它更靠近VOD(Video On Demand)业务,即按需视频节目点播业务。介于两者之间的一种业务形式是电视节目循环播放业务,电视节目循环播放业务一般是每隔一段时间(如:5min)将节目重新广播一次,它可以是一个节目,也可以是一个频道。这种工作方式的优点是用户只要等有限的时间(如:5min)就可以看到他想看的节目,共享的用户越多,系统的效率就越高。

  从有线电视网络运营商的角度出发来看,IPTV则是利用有线电视网来提供数字电视节目和电视节目以外的信息服务,由于目前的信息服务已完全IP化,因此IPTV就是利用有线电视网来提供IP信息服务。对有线电视运营商来说,这是很自然的要求,因为对网络运营商来说,拓展业务永远是他们的企盼,数字技术的突飞猛进的发展,特别是有线电视网的数字化,使得有线电视网的数据传送能力大增(单向、广播),数字电视固然是有线电视网的主要业务,但这种业务因为其不良的商业模型和目前国内用户的实际经济承受力,限制了它的商业应用,也限制了它的网络资源的利用。IP信息业务自然成了有线电视运营商眼中的光环。

  很显然,不同的网络运营商从各自的角度来看IPTV其看法必然是不同的,他们的共同之处是都看到了通过IPTV能进入各自领域的机会,应该说二者都有合理之处,综合起来看,IPTV的确为两类网络运营商提供了机会,它很可能是网络融合的起点。

  3 IPTV的网络能力

  再来看看网络方面,三网融合的开始是从用户线入手的。期望用一条用户线来解决电话、电视和数据信息服务(即电话网、Internet、电视)的接入。由于有线电视用户线的宽带特性,它经过双向改造和数字化后,可以在用户线上实现三网业务在传输过程中的融合(主要是广播电视需要很高的并发带宽,其它网络接入技术难以做到),因此三网融合的起始热点是HFC。当然,HFC的双向改造本不是容易的事,反向噪声的汇聚使得汇接点以内连接的用户数限于500户以内,而且它解决的只是用户接入的最后一段,也就是最后一公里的用户接入。HFC是以总线方式工作的,用户之间的下行信息是不隔离的,为了用户信息的私密性和良性的商业模型,还需要解决用户下行信息的隔离问题,其技术难度也是很复杂的。

  随着时间的推移和技术的发展,对于最后一公里的宽带用户接入目前技术有多种:有千兆的以太网用户线,有单纤双波(PON+广播波)等都有能力在一条物理线路解决最后一公里的电话、电视和数据信息服务三种业务的接入。看起来可用的技术多了。但仔细分析一下可以发现,在完全数字化后业务可以分为二个大类,一大类是广播业务,这类业务的特点是在同一个瞬间有大量并发媒体流下传,其代表业务为直播数字电视,这类业务从信息的源端到信息的目的端需要很宽的带宽,而且信道的所需带宽自始至终是相同的,为了频道切换的方便和简化业务网的系统复杂度,频道切换在用户终端处实现,因此每一个用户所接收的信息(不是可解读的信息)是相同的,对于这样的业务广播网是最方便的和有效的。广播网采用多源树的网络结构,工作于单向广播方式。另一类业务是交互型信息服务,这类业务的特点是信息只有通过交互才能获得,且在同一个瞬间一般只有一个媒体流下行,对于这类业务源端发出的信息往往是供一个用户独享,每一个用户接收到的信息是不相同的。很显然对于这类业务,采用双向交互网络是合适的。这两类不同的业务用它们各自适配的网络去承载是最合适的,也是最佳的。当然,实在要用其它网络来替代也不是完全不可以,但可能会是“杀鸡用牛刀”。例如:用一个双向交互网络去实现一个广播网络的功能,肯定是可以的,但它的建设成本将大大地大于建设一个广播网的成本,而且大量的网络能力被闲置,因而是相当不合理的选择;换过来,用一个单向广播网去完成双向交互网的能力,问题就更大了,要实现双向通信,用户接入线首先要进行双向改造,但只是解决了“最后一公里的问题”,要实现双向信息通信,还需要在原来的单向广播网上,重叠建设一个交互网,以实现双向交互的能力。

  从上面的分析可以看出,由于业务从本质上来讲可以分为两大类,一类是广播业务,另一类是交互型业务;因而支撑这两类业务的承载网也应该是两类,一类是单向的广播网,另一类是双向交互网。由于这是两类性质完全不同的承载网,从这个意义上说,网络(有线电视网和电信网)是很难融合的,主干网根本不可能,惟一可能的是“最后一公里”的用户接入线,从众多的用户接入线技术中,目前看来只有两种技术可用,一种是光纤用户接入线,采用单纤双波技术,即采用波分复用技术,用两个波分别用来承载两种接入业务;另一种技术是HFC(经过双向改造和数字化后)技术,这种技术本质上是采用频分复用技术,一部分频段用于双向交互业务的接入,另一部分频段用于广播业务的接入。再仔细分析一下,发现这两种用户接入技术有一个共同的特点,即从逻辑上看,它是两种完全独立的、互不影响的技术,用一个物理载体来承载。其示意如图1所示。

 


  将图1和图2两个分析合到一起,就可以有趣地发现图3。从图3可以看出这两个网是不融合的,从表面看用户接入段是合一了,但从本质上看,用户接入段只是用不同的复用技术将两种逻辑上分离、性能完全不同的接入技术表象上合一了。经过上述分析我们不难看出,将广播网和双向交互网融合为一,只能是一个美丽的想像,在现实生活中不可能也没有必要将两个网融合为一个网络,两网共存,各自运营各自最为适配的业务,两网协调发展将会是最好的选择。

  4 IPTV——三网融合的开端

  三网融合,特别是有线电视网和电信网的融合如何来考虑,这是一个很值得探讨的问题。从承载网层面来看两者很难融合。可能从表象来说将两个逻辑上分离、性能完全不同的网合一,即将它们放在一个物理设备中去是可能的,典形的例子是HFC于单纤双波技术。但从本质上来看,两个网在逻辑上仍然是独立的,并没有实现真正的融合,只是用波分或频分技术表面上合一了,这种现象将长期存在。

  那么网络还要不要融合,融合应该在那个层面上实现。问题的答案是肯定的,网络要进行融合,但融合工作将在业务层上发生。客观地说,在业务层上实现网络的融合条件是具备的。因为所有的业务均已数字化了,大部分业务将表现出两种通信特征,即既具有信息广播的特征,又具有双向交互的特征,这就为融合奠定了良好的物质基础。业务融合的含义是充分利用已经存在的两个承载网,来经济、高效地发展业务,使两网能实现共存互赢。

  长期以来这两个网一直是分别运营的,各自运行各自网所最佳适配的业务,广播网运营广播业务,交互网运行交互型通信业务。特别是有线电视网,由于电视图像的数字化问题在很长一段时间内得不到很好的解决,因而一直以模拟的方式工作,因此在相当长的一段时间两网相处甚安,各自独立发展。从MPEG-2提出后,电视图像的数字化问题得到了很好的解决,有线电视网开始向数字网转换。由于各自对自己拥有的网络能力估计过高,和对于进入对方业务的过于渴望,引发了不顾自身能力和可能付出的代价,去争夺对方领域的业务,这样的做法是值得各运营商作深刻思考的。

  应该清楚地看到,宽带数字广播业务,其中包括:数字视频广播业务、数字音频广播业务和数据广播业务,是有线电视网的业务,这一点是绝无问题的,业务特性和网络特性是完全匹配的。但是如果要用数字化的有线电视网去承载交互型通信业务问题就来了。用户线的双向改造,可以使用户接入的“最后一公里”具有一定的双向通信能力(非对称的双向通信能力),要具备全网的双向通信能力,除非骨干网增加双向交互通信网的重叠网外,别无他法。交互型通信业务,其中包括会话型通信业务,检索型通信业务、消息业务等,是交互型通信网的业务,用交互双向交互通信网去承载是最适配也是最合理的。但如果要用交互型通信网去承载广播业务,网络设备中的很多功能将用不上,由于全网带宽并不相同,因此网络也要作改造,特别是用户接入网。因此,如果用一种网可以单独提供好服务的业务,原则上还是用与它最为适配的网去提供为最好,只有当用一种网支持好的业务,才去考虑有两个网配合起来去支持。

  IPTV恰恰是这样的一种业务。因而可以这样说,IPTV是引发三网融合的开导性业务。尽管目前对IPTV没有一致的说法,但从已经实现的IPTV系统来说,它的主要业务(基本业务)是数字直播电视和数字时移电视。因此,我们首先从这些实际系统出发来考虑IPTV是如何引发网络中的业务融合问题。

  先来看看IPTV中的数字直播电视业务,数字直播电视是以IP分组来封装电视节目的媒体流,将它们从电视台传送到用户家中,向用户提供没有时延的、不作修改的电视节目。从技术本质上说,IPTV的数字直播电视与目前正在改造中的数字电视没有本质上的区别,目前的数字电视主要是用MPEG-2来进行编解码,用TS包来进行封装传送的。而IPTV的编解码方式可以不是MPEG-2,而封装是采用IP包。从表面上看二者的主要差别在于封装,实际上在封装上的差别是不大的,因此两者在本质上并无差别。

  再来看看数字直播电视的业务特点及它所需的资源。数字直播电视的业务特点是电视节目从电视台发出后将不作修改的发向用户,频道数量大,占用带宽宽,由于电视频道切换最简单和有效的方法是在用户终端处完成,因而要求从电视台到用户处是一条基本上相同带宽的数据传输通道。显然广播网(有线电视网)是与之很适配的,只要在现有的有线电视网(目前是模拟网)上增加数字化的信道编码器(Cable Modem)即可。因此,直播电视与交互网络是没有直接关联的,广播网络是最佳网络。

  再来看看时移电视。从技术本质上讲,数字时移电视与数字直播电视是完全不同的,最大的不同点是,使用时移电视的用户是每人独占一个流,传输中的每一个流只能为每一个用户服务,而不能共享的。直播电视的每一个流均是被共享的,只要这些用户是观看同一个频道的同一个节目。在时移电视中频道已经没有实际意义,只是在节目单中还有意义,在生成节目单时为了便于用户的查找,频道将会是节目单目录索引的一部分。在节目点播时,节目才是存储、传输和计费的基本单元。从承载网和用户的角度考虑,由于在时移电视中,每一个用户将独占一个流,即使两个用户是观看同一个节目,其间相隔1s,他们也是各占一个流,而无法共享。有线电视数字网是一种总线结构的网,所有的在网用户共享网络资源。由于一个有线电视网最大广播带宽为3~5G,再多只能提供1000个流(标清数字电视流),如果用于时移电视的话,对一个有线电视网只能提供1000用户的时移电视服务,很显然对于一个有线电视网(即使是一个很小的城市有线电视网),平均到一个用户,其运行费用还是太高了。所以,即使是一个小城市的骨干网,也是很难用于开放时移电视的业务的。

  再来看看有线电视网的用户接入线部分。目前有线电视网是采用HFC结构的,它是一种总线结构的广播网,在一个光节点以下,用户是共享网络的传输资源的。以一个光节点下挂500~1000用户为例,每一个用户也仅能分到1~2个流(标清数字电视流)的传输资源,因而从这点上看它的能力是相当有限的,用于开放时移电视,即使是用户接入线,也有些力不从心,甚至还没有通信网的接入线能力强(如:PON可以为每一个用户提供30M的传输能力)。综合起来看,数字化的有线电视网实际上是很难用于开展数字时移电视业务的。

  需要提及的是,数字时移电视一般仅为上百个频道和每个频道48h的电视节目,其节目数量是相当有限的。因此它与VOD(Video On Demand)还是有很大区别,不可同日而语的,由于节目数量有限,系统的复杂度也相应要低得多,因而它仅是VOD的一种初级形式。

  上述是两类IPTV的基本业务,介于两种基本业务之间,还有两类业务也可以纳入IPTV的业务范畴,一类是付费数字电视(Pay TV)另一类是NVOD(循环播放视频节目)。付费数字电视是数字直播电视的另一种形式,用户收看这类电视节目是要收费的,收费可以按频道收费,也可以按节目收费。为了使付费电视以一种高效、经济的运行模式工作,付费数字电视一般采用广播的形式,将节目播出去,所有的用户可以收到节目的数据信息,但只有付费的用户可以解读付费电视信息,需要用到电视信息的加密技术,只有拥有解密密钥的用户可以看,要获得这个密钥就需要双向通信网来支持,当然按月付费的用户可以以带外的方式去付费和获得密钥,也可以通过双向通信网的交互获得,但按节目付费的付费数字电视,则必须用双向通信网的交互获得密钥。对于付费电视单一的广播网已无法来完成整个通信过程,要实现付费电视必须要有一个双向通信信道,这个信道尽管传送的信息量及其有限,但是必须的,通常有线电视网络运行商不可能为此而去建一个通信网,而是通过现有的通信网来提供双向交互通信服务,在这里,两个网配合来完成付费电视的服务。从上面的讨论可以看出,从付费电视就可以看出两网共存互赢的模式。NVOD(循环播放视频节目)是一类特殊的付费电视,它通过多个频道播放同一个节目,以保证用户能在规定的时间内(一般为5min)能够看到他所选取的节目。这一工作形式一般用于播放热门电影大片,大量的用户期望在最短的时间内看到该热门电影大片,但又希望付较少的费用的场合。以一个电影片2个小时,用户可以在选择节目后最大等待时间为5min,2×60/5=24即对于要在广播网中实现一部电影,需要24个频道的传输资源。一个有线网在完成数字化后大概可以支持1000个标清质量的电视频道传输能力,如果用一半电视频道传输能力来支持NVOD(循环播放视频节目),大约可以支持20部电影的播放,再多就支持不了了。除了广播信道外,还需要交互信道来支持用户与系统的交互,用户与节目源的交互量比起付费电视来说是要大多了,但总的来说仍然是比较小的。对于NVOD(循环播放视频节目)来说,双向交互(特别是上行信息)信息可以用现有的通信网来实现,下行信息主要可以用现有的广播信道来解决。

  从上面对IPTV基本业务的分析我们可以看出,对于IPTV业务单用一个网络(无论是广播网或交互网)来承载是困难的,但如果将两个网很好地结合起来,它将会是系统的总建设成本和运行费用大为下降。当然这是从电信运行商的角度出发来看IPTV的,即从TV over IP角度来看问题的,并由此得出的一些分析结论。

  下面再从另一个角度来看IPTV,即从有线电视网络运营商的角度出发来看IPTV,即IP over TV,也就是说用有线电视网来承载IP业务。初看起来,似乎这是毫无问题的,有5G的带宽,一直从电视台到用户,什么IP业务不能承载,可以充分利用有线电视数字网来承载一切IP业务数据,以使费用最低化,但认真仔细分析后,发现问题没那么简单。因为从全程全网的角度来看,有线电视数字网实际上是一个从有线电视台起到用户止的总带宽约为5G的传输通路,是一种以总线方式工作的网络,在该网络中所有的用户共用这5G带宽。如果将这个网络用来传输交互业务,那么为了保证业务的服务质量,网络中用户使用的总带宽就不能超过5G,如果网上有5000用户,那每个用户可获1Mbit/s(单向)的平均带宽,如果网上有5万用户,那每个用户可获0.1Mbit/s(单向)的平均带宽,5万用户的网是一个很小的网,因此在一个城市里这样的网很难用来提供交互型数据服务(即使是纯下行的服务)。如果将这样的网络用来提供广播数据服务,情况就大不相同了,广播网络的特点本来就是网上的全部用户可以接收到网络广播的全部数据。由于这是一个广播网,用它来提供广播数据服务,所广播的数据可以提供给所有的用户,网络上的全部用户可以收到数据,但不能解读数据,根据用户授权的不同,可以读取它已获得授权的那部分数据,由于广播数据业务也是大量存在的,如:网络报纸、网络杂志、网络小说、网络视频广播、网络音频广播等,广播业务的最佳适配网络是广播网,广播业务如果要用交互网来提供,如用交互网的组播技术来提供,无论从系统的复杂度、系统的投资和运维都是不合算的。很显然,广播网适用于传输广播型数据,即适合于多用户共享一个数据流的场合,共享的用户越多用广播网越合算,但它不适用于传送一人一流的场合,即使是非高速数据的场合,它都很难支持。即使从有线电视运营商的角度出发,IP over TV也是不现实的,但是广播型IP业务over TV则是对的。因而这将是有线电视运营者的业务方向。

  分析到这里问题已经变得很清楚了,现实世界存在二大类业务,一类业务是交互型业务,这种业务的特点是一人一个流,数据流是不能共享的,因而它需要交互型双向交换网络来支持。另一类业务是广播型的数据业务,它的特点是所有的用户共享一个数据流,它是与数据广播网适配的业务,理应由有线电视数据网来承载。当然在现实生活中,数据广播很难有良好的商业模型,不赢利的业务是很难持续发展的。因而,在现实生活中往往用数据组播来替代数据广播,以构建良好的商业模型。在广播网中实现组播的最佳方法是终端阻塞法,即采用合适的网络技术,使得网络中的全部用户都能收到数据信息,但只有一部分用户可以解读数据信息,广播网的数据业务要走的就是这一条路。

  IPTV中既拥有大量的广播型业务,又拥有大量组播型业务,还拥有大量交互型业务,因而IPTV将是三网融合的开端。在IPTV以后,这两个网将会结合的越来越紧密,最后将走向融合。

  5 结束语

  长期以来这两个网一直是分别运营的,各自运行各自网所最佳适配的业务,广播网运营广播业务,交互网运行交互型通信业务。因此,在相当长的一段时间两网相处甚安,各自独立发展。从MPEG-2提出后,电视图像的数字化问题得到了很好的解决,有线电视网开始向数字网转换。由于各自对自己拥有的网络能力估计过高,和对于进入对方业务的过于渴望,引发了不顾自身能力和可能付出的代价,去争夺对方领域的业务,这样的做法是值得各运营商作深刻思考的。     
  

 
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