IPTVエンドツーエンドマルチキャストプッシュネットワークの主要な構成テクノロジーを分析します

IPTVは、新しい高帯域幅、高品質のインターネットマルチメディアサービスとして、通信事業者のIPメトロポリタンエリアネットワークに高い要件を課しています。従来のユニキャスト技術と比較して、マルチキャスト技術には、同等の伝送効率に基づいてネットワーク帯域幅がユーザー数に比例して増加しないという利点があり、ビデオサーバーとベアラネットワークの負荷を効果的に節約できます。したがって、通信事業者がIPTVサービスを効率的かつ経済的に展開および実装するには、エンドツーエンドのマルチキャストプッシュを使用することをお勧めします。IPマルチキャストネットワークの構成が重要です。

現在、通信事業者のIPメトロポリタンエリアネットワークは、メトロポリタンエリアバックボーンネットワークとブロードバンドアクセスネットワークを中心に構成されており、IPTVサービスデータは、メトロポリタンエリアバックボーンネットワークとブロードバンドアクセスネットワークを介してユーザー側にプッシュされます。メトロバックボーンネットワークは、主にネットワーク層（レイヤー3）デバイスで構成され、PIM-SMなどのマルチキャストルーティングプロトコルがマルチキャストソース（つまり、IPTVヘッドエンドデバイス）にアクセスして、マルチキャストパケットをルーティングおよび転送できるようにします。ブロードバンドアクセスネットワークは主にデータリンク層（レイヤー2）機器で構成され、IGMPプロキシやIGMPスヌーピングなどのテクノロジーをレイヤー2マルチキャスト転送に使用して、IPTV端末機器（IPTVセットトップボックス）にアクセスできます。図1は、IPTVエンドツーエンドマルチキャストプッシュモデルの概略図です。

図1IPTVエンドツーエンドマルチキャストプッシュネットワークモデル

この記事では、メトロバックボーンネットワークとブロードバンドアクセスネットワークのXNUMXつの異なるネットワークレベルからのIPTVエンドツーエンドマルチキャストプッシュネットワークの主要な構成テクノロジーについて説明します。

2.メトロバックボーンネットワークの主要なマルチキャスト構成テクノロジー

マルチキャストメッセージとユニキャストメッセージの主な違いは、メッセージの宛先アドレスの識別です。マルチキャストメッセージの宛先アドレスはマルチキャストグループアドレス（「1110」で始まるクラスD IPアドレス）であり、ユニキャストメッセージは宛先ホストIPに基づいています。アドレスは宛先アドレスとして使用されます。マルチキャストグループアドレスと宛先ホストの間にはXNUMX対XNUMXの対応がないため、マルチキャストルーターは、メッセージの送信元アドレスの一意性のみを使用してルーティングを決定できます。つまり、マルチキャストルーターは、宛先アドレスではなく、メッセージの送信元アドレスに基づいて、マルチキャスト送信元から離れる方向にメッセージを送信します。このテクノロジーは、リバースパスフォワーディング（略してRPF）と呼ばれます。

ルーティングループなどの問題を回避するために、RPFは、マルチキャストパケットが指定されたアップストリーム隣接ノードからルーターに到達する必要があり、他の隣接ノードによって転送されたマルチキャストパケットは破棄されることを規定しています。マルチキャストルーティングに問題がある場合、マルチキャストパケットはユニキャストパケットなどの他のパスを介して到達できない可能性があり、IPTVライブブロードキャスト信号はバックボーンネットワークで中断され、Webブラウジングやメール送受信などのユニキャストアプリケーションは正常です。障害物。このとき、マルチキャスト配信パスに沿って、マルチキャストルーターとそのアップストリーム隣接ノードのRPFルーティングテーブルを確認します。

PIM-SMプロトコルのマルチキャスト配信ツリーは、ソースツリーと共有ツリーのXNUMXつのカテゴリに分類できます。ソースツリーは、マルチキャストソースをツリーのルートとして使用します。これは、最短パスツリーとも呼ばれ、エンドツーエンドのマルチキャスト遅延を最小限に抑えることができますが、ルーターは大量のルーティング情報を格納する必要があり、多くの時間を消費します。システムリソースの; 共有ツリーはRPを使用します（PIM-SM）プロトコル内の重要なルーターであり、マルチキャストソースとマルチキャストルーター間のルーティングと収束に使用されます）すべてのマルチキャスト配信ツリーの共通ルートノードとして、マルチキャストソーストラフィックは最初にRPに到達してからである必要があります。配信され、マルチキャストパスは通常最適ではありません。追加のネットワーク遅延が発生しますが、ルーターが保持する必要のあるルーティング情報は非常に小さい場合があります。

PIM-SMプロトコルは、XNUMXつのマルチキャスト配信ツリーの利点を最大限に活用します。マルチキャストの初期段階では、マルチキャストルーターはマルチキャストソースの場所を知ることができないため、ソースツリーを使用できませんが、既知のRPノードとその共有ツリーを介してマルチキャストソースから送信された最初の数個のマルチキャストパケットを取得できます。マルチキャストソースの場所を把握し、共有ツリーからソースツリーに切り替えて、ネットワーク遅延を減らし、RPノードによって引き起こされる可能性のあるネットワークのボトルネックを回避します。

メトロバックボーンネットワークは通常、主にCiscoルーターで構成されています。 Ciscoなどのルータは、事前設定されたしきい値SPT（流量のしきい値）を介してマルチキャスト配信ツリーのスイッチングを実装します。マルチキャストソースのマルチキャストフローレートがSPT-Thresholdを超えることが検出されると、そのマルチキャストルーティングは共有ツリーからソースツリーに切り替わります。同様に、マルチキャストフローレートがSPT-Thresholdよりも低い場合、そのマルチキャストルーティングソースツリーから共有ツリーに戻すこともできます。 SPT-Thresholdは通常0に設定されているため、ルーターは最初のマルチキャストパケットを受信した後、共有ツリーから送信元に切り替わります。

共有ツリーのルートノードとして、RPはマルチキャストプロセスでアップとダウンをリンクする役割を果たします。 PIM-SMプロトコルにはマルチキャスト配信ツリースイッチングの特性があることを考慮すると、RPは通常、マルチキャストソースとマルチキャストルーター間の初期接続を確立するために使用されます。ルータのマルチキャストルーティングが共有ツリーからソースツリーに切り替えられると、RPは行われず、その共有ツリーが再び必要になります。したがって、マルチキャストネットワーク内のRPの場所はそれほど重要ではありません。重要なのはその信頼性と安定性です。

RPの信頼性と安定性を向上させるために、複数のマルチキャストルーターを選択してRPの機能（つまり、エニーキャストRPテクノロジー）を共有し、各RPノードのループバックインターフェイスに同じIPアドレスを割り当てて、負荷分散と障害保護。

マルチキャストネットワークでのRP構成の問題は、RPノード自体の構成と展開に関連しているだけでなく、他のマルチキャストルーターがRPノードについて学習する方法の問題も含みます。マルチキャストの初期段階では、マルチキャストルーターはマルチキャストソースの場所を認識していない可能性がありますが、RPアドレスは認識されている必要があります。マルチキャストルーターがRPアドレスを取得するには、主にXNUMXつの方法があります。静的構成RP方式と自動検出RP方式です。 RPの静的構成はより安全であり、RPの偽造などの不正行為を効果的に防ぐことができますが、ネットワーク構成のワークロードは重く、RPや他のノードの動的調整には役立ちません。 RPの自動検出により、構成の作業負荷が軽減され、ネットワークの変更と制御戦略が容易になります。調整しますが、特定のセキュリティリスクがあります。小規模な大都市圏のバックボーンネットワークの場合、各マルチキャストルーターでRPを静的に構成する方法を使用できます。厳格なセキュリティ防御ポリシーを備えた大規模な大都市圏のバックボーンネットワークの場合、RPを自動的に検出する方法を使用することをお勧めします。

マルチキャストの初期段階では、マルチキャストルーターは通常、既知のRPノードとその共有ツリーを介してIPTVヘッドエンド（つまり、マルチキャストソース）のトラフィックと位置情報を取得します。 RPがマルチキャストソースについて学習するために、マルチキャストソースに直接接続されたマルチキャストルーターは、マルチキャストソースによって送信された最初の数個のマルチキャストパケットを別のPIMレジスタメッセージにカプセル化し、ユニキャストでRPへのマルチキャストを開始します。モード。ソース登録プロセス。このメッセージを通じて、RPは、対象のマルチキャストグループのパケットだけでなく、マルチキャスト送信元のIPアドレスも取得できます。その後、RPはマルチキャストソース情報を他のマルチキャストルーターに転送し、PIMRegiste-Stopメッセージでマルチキャストソース登録プロセスを終了します。

3.ブロードバンドアクセスネットワークのマルチキャストキー構成技術

IPTVクライアント（セットトップボックス）は、特定の参加または終了するために、ブロードバンドアクセスネットワークを介してIGMPプロトコルを介してメトロバックボーンネットワークサービスアクセス制御層のマルチキャストルーター（通常はサービスルーターまたはブロードバンドアクセスサーバーによって実行されます）と通信しますマルチキャストグループ（つまり、IPTVライブチャネル）。

セットトップボックスがマルチキャストグループ参加要求メッセージをマルチキャストルーターに送信する場合、メッセージの宛先MACアドレスは、ユニキャスト方式とは異なり、マルチキャストルーターではなくマルチキャストグループのMACアドレスになります。マルチキャストグループのMACアドレスは、実際には32の異なるマルチキャストグループのIPアドレスに対応していることに注意してください。これは、マルチキャストグループのMACアドレスが01：00：5E：00：00：00〜01：00：5E：7F：FF：FFであるためです。つまり、有効なアドレス空間は23ビットのみであり、有効なアドレス空間はマルチキャストグループIPのアドレス28個のスペースがあります。

23つの間のマッピング関係は、MACCアドレスの下位23ビットをIPアドレスの下位5ビットと同等にすることです。これにより、マルチキャストグループIPアドレスの上位224.0.0.1ビットが失われます。たとえば、224.128.0.1つの異なるIPTVライブチャネルがマルチキャストグループIPアドレスとして239.128.0.1、01、および00を使用する場合、対応するマルチキャストグループMACアドレスはすべて5：00：00E：01：XNUMX：XNUMXであり、セットトップボックスとブロードバンドアクセスネットワークの第XNUMX層機器は、XNUMXつの信号を区別できなくなります。したがって、マルチキャストIPアドレスを計画するときは、このような問題に注意してください。

ブロードバンドアクセスネットワークは、データリンク層で実行されるレイヤー2スイッチやDSLAMなどの多数のネットワーク要素デバイスで構成されています。レイヤ2機器の特徴は、デバイスポート間でMACアドレスに基づいてデータフレームを交換/転送し、IPパケットの第2層（ネットワーク層）の解析およびルーティング機能が不十分であるため、IGMPでの動作を直接サポートできないことです。第XNUMX層。およびその他のマルチキャストプロトコル。スイッチなどの一般的なレイヤXNUMXデバイスがIPTVマルチキャストトラフィックを処理する場合、不明な宛先アドレスまたはブロードキャスト方法に従ってマルチキャストデータフレームをすべてのポートにブロードキャストします。これにより、ブロードキャストストームなどの問題が発生する可能性があります。

マルチキャストパケットフラッディングの問題を解決するには、IGMPスヌーピングやIGMPプロキシテクノロジーなどのレイヤー2マルチキャスト転送テクノロジーを採用する必要があります。 IGMPスヌーピングテクノロジーは、セットトップボックスとマルチキャストルーター間のIGMPメッセージを監視して、デバイスポートとマルチキャストデータフレームの転送関係を把握します。 IGMPプロキシテクノロジーは、セットトップボックスとマルチキャストルーター間のIGMPメッセージを傍受します。フィルタリングとプロキシ転送により、マルチキャストルーターとレイヤー2デバイス間のマルチキャストトラフィックを節約できますが、処理能力やメモリなどの高性能インジケーターが必要です。ネットワーク要素デバイスの。レイヤ2デバイスを構成する場合、ネットワーク要素デバイスの実際のパフォーマンスと、IGMPスヌーピング/プロキシテクノロジのサポートの程度に応じて選択できます。

例として、帯域幅が2 Mbit / sのIPTVライブチャネルを取り上げます。レイヤ2デバイスがレイヤ2マルチキャスト転送テクノロジを使用していない場合、すべてのIPTVユーザーに送信されたマルチキャストパケットは、ユーザーポートに10 Mbit / sがある場合でも、すべてのポートに転送されます。 ■アクセス帯域幅。5つのIPTVライブチャネルのマルチキャストパケットをブロックできます。レイヤ2マルチキャスト転送テクノロジを採用した後、マルチキャストパケットは、使用要求のあるポートにのみ転送されます。各ポートが最大で接続されている場合IPTVセットトップボックスの場合、最大で2つのマルチキャストパケット（つまり、ライブチャネルのXNUMXMbit / sトラフィック）が対応するポートに転送されます。

レイヤ2マルチキャストによって転送されるトラフィックには、IPTVマルチキャストサービスのみが含まれ、他のブロードバンドサービスは含まれません。したがって、ブロードバンドアクセスネットワークでは、VLANなどのテクノロジーを使用して、IPTVマルチキャストトラフィックを他のサービスやユーザートラフィックから分離します。一般的に使用されるVLANテクノロジーには、マルチキャストVLANから各ユーザーVLANへのクロスVLANマルチキャストレプリケーションテクノロジー、および不十分な数のVLANIDを解決するQinQが含まれます。

3.4静的マルチキャストおよび動的マルチキャストテクノロジー

IPTVライブプログラムは、IPベアラネットワークを介してユーザー端末に配信され、主に動的マルチキャストモードと静的マルチキャストモードのXNUMXつのマルチキャストモードがあります。動的マルチキャストモードでは、スイッチ、DSLAM、およびその他のデバイスは、チャネル（マルチキャストグループ）に参加するための最初のユーザー要求を受信した後にのみ、チャネルプログラムを受信および配信します。チャネル（マルチキャストグループ）が続く場合ユーザーがログアウトすると、ネットワーク要素デバイスはマルチキャストストリームの受信を停止します。静的マルチキャストモードでは、ダウンストリームユーザーが視聴しているかどうかに関係なく、スイッチング機器の各IPTVチャネル（マルチキャストグループ）のMACマルチキャスト転送エントリを静的に構成します。マルチキャストストリームはネットワーク要素機器に配信されています。

静的マルチキャストトラフィックは、IPTVユーザーの数とは関係がなく、チャネル数とチャネルあたりの帯域幅のみが関係します。ユーザー数がチャネル数より少ない場合、トラフィックはユニキャストトラフィックよりも多くなります。動的マルチキャストの最大トラフィックは、同時IPTVユーザーの数がチャネルの数より少ない場合です。IPTV同時ユーザーの数がチャネルの数より多い場合、静的マルチキャストトラフィックと同等です。静的マルチキャストモードでは、ユーザーのチャネルスイッチング速度は速く、サービスの認識は良好ですが、ネットワーク帯域幅の需要は大きくなります。動的マルチキャストは、どのような状況でもネットワークトラフィックを最小限に抑えることができますが、ユーザーが新しいチャネル（マルチキャストグループ）を受信すると、特定のネットワーク遅延が発生する可能性があります。

ネットワーク機器に接続しているIPTVユーザーの数が非常に少ない場合、マルチキャストの利点は明らかではありません。そのため、IPTVサービス開発の初期段階では、IPTVユーザーが少ないか、ブロードバンドアクセスネットワークが再構築されていません。ダイナミックマルチキャストまたはユニキャストを使用して、IPTVライブ信号を送信できます。ネットワークデバイスに接続しているユーザーの数がIPTVチャネルの数をはるかに超えると、ネットワークトラフィックの帯域幅を節約するためのマルチキャストの特性がますます重要になります。このとき、つまり、IPTVサービスが成熟段階に発展し、ブロードバンドアクセスネットワークの変革が行われると、静的マルチキャストモードを使用してIPTVライブ信号を送信し、IPTVサービスの品質をさらに向上させることができます。したがって、事業者は、ネットワーク品質やIPTVサービスの普及率などの実際の状況に応じて、アクセスネットワーク機器を動的マルチキャストモードと静的マルチキャストモードのどちらに設定するかを決定できます。

このペーパーでは、通信事業者の既存のIPメトロポリタンエリアネットワークを組み合わせて、IPTVエンドツーエンドマルチキャストプッシュネットワーク構成の主要テクノロジーについて体系的に説明します。

どのくらい遠くまで（長い）変換器のカバー？

送信範囲は、多くの要因に依存します。真の距離は、建物やその他の障害物、受信機の感度、受信機のアンテナのような環境を使用して、高さをインストールするアンテナ、アンテナ利得に基づいています。田舎でアンテナより高いと使用したインストール、距離ははるか遠くなります。

【実施例5W FMトランスミッタは、都市と故郷に使用します。

私は彼の故郷でのGPアンテナと米国の顧客の利用5WのFMトランスミッターを持っている、と彼は車でそれをテストし、それが10km（6.21mile）をカバー。

私はそれが5km（2mile）についてカバーし、私の故郷でのGPアンテナと1.24WのFMトランスミッターをテストします。

私はそれだけで5meter（300ft）についてカバーし、広州市のGPアンテナと984WのFMトランスミッターをテストします。

以下は、異なる電力のFMトランスミッタのおおよその範囲です。（範囲は直径です）

0.1W〜5W FMトランスミッター：100M〜1KM

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15W〜80W FMトランスミッター：3KM〜10KM

80W〜500W FMトランスミッター：10KM〜30KM

500W〜1000W FMトランスミッター：30KM〜50KM

1KW〜2KW FMトランスミッター：50KM〜100KM

2KW〜5KW FMトランスミッター：100KM〜150KM

5KW〜10KW FMトランスミッター：150KM〜200KM

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