基于HFC网的分布式VOD体系结构.doc

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1、基于HFC网的分布式VOD体系结构作者：本文作者孙松林先生，北京邮电大学多媒体中心博士；蔡安妮女士、孙景鳌先生，教授、博士生导师。　　海量的声像节目如何快速高效地传递到最终用户，是在HFC网上开展多媒体业务需要解决的一个关键问题，本文就此提出了一种基于HFC网的分布式VOD体系结构。一HFC网上的VOD系统结构　　HFC网的构成是:在CATV干线上，从头端(Headend)到住宅小区附近的混合节点(HybirdNode)使用光缆，现多采用星型网络拓扑结构；在配线上，从混合节点到最终用户则使用原有

2、的树状小型同轴电缆网络。　　混合节点亦称为光节点，一个光节点一般拥有500个用户。HFC网中一根同轴电缆的频带可高达750MHz、850MHz，甚至于1GHz，在没有放大器的情况下传输距离为300～600m。以上各种信号的频带分配，目前还没有正式的国际标准，一种典型的分配方案是5～42MHz传送上行数据，50～550MHz传送模拟电视，550～750MHz传送下行数据，750～1000MHz预留给未来的双向业务。点播电视(VOD)等数字互动业务可以在550～750MHz这个频段上开展。图1　　图

3、1是一个典型的基于HFC网的VOD系统。图1中用户机顶盒(STB)利用PSTN实现点播命令的回传，此时可以不对单向的广播网络进行双向改造。尽管HFC的带宽很宽，但用来开展互动业务的频带是有限的，只有200MHz。如果采用64QAM调制的话，可以传递大约300套3Mb/s节目。随着服务的用户数目的增加，频道资源的争用问题将比较严重。一种可能的解决方法是将光节点作为服务接入点。如果在光节点增加多个混合器，可以灵活控制单个混合器服务的用户数，从而得到更好的服务质量。二宽带IP网上声像内容的分布式存储与

4、分发　　将海量的声像节目提供给最终用户，并快速高效地将节目传递到用户终端设备上是设计VOD系统的目标。2001年，从SGI公司独立出去的专门研究网络流媒体解决方案的Kasenna公司，提出了一种在宽带广域网上进行视频内容分布式存储和分发的策略——VCD(VideoContentDistribution)。这个策略综合了传统的分布式内容服务DCS(DistributedContentServices)和缓存技术的优点，其结构如图2所示。图2　　该结构的主要原理是将文件的描述数据，即元数据(Meta

5、data)与声像数据分离。主服务器存储着所有的完整声像文件，而直接面向最终用户的边缘服务器则保存了全部节目的元数据、部分热门节目和一部分节目的第一段数据。元数据描述了声像文件的特性，如文件格式、大小、速率等，还记录了该文件的存取权限和在网络中的位置信息，其中位置信息记录的是保存有该节目完整数据、而且离该边缘服务器最近的服务器。位置信息可能会经常更新，而且各服务器内相同节目元数据的网络位置信息也可能不同。　　KasennaVCD还采用了一种称为“预取缓存”(PrefixCaching)的技术，就是

6、将一些节目的最前面的一段数据，如10%、20%，甚至全部，预先存储到边缘服务器上。当用户点播时，先将这部分数据发送下去，同时通过元数据中的网络位置信息了解本服务器内有没有该节目的完整数据。如果没有，则从其他服务器上获得该文件的其他数据。这样做既可以节省存储空间，又降低了用户的初始等待延时，提高了系统性能。　　目前，KasennaVCD技术结合该公司最新的MediaBaseXMP软件已经应用于诸如10Base-T、100Base-T、吉比特以太网等IP网络和ATM网络，可以为用户提供高质量的MPE

7、G-1、MPEG-2和MPEG-4节目。　三HFC网上的分布式VOD系统　　1.体系结构　　现有的VOD系统基本上是各自自成一体，自己管辖的用户只能点播本系统视频服务器上存储的节目，无论是要扩大节目存储量，还是要扩大所服务的用户数，代价都很高，因而只适用于旅馆、居民小区和企业内部等小范围的应用。为了解决上述问题，我们在KasennaVCD的基础上，提出了将光节点作为服务接入点的分布式VOD体系结构。　　我们将一个头端以下的服务区称为一个“区域服务区”；光节点内一个混合器以下的服务区称为一个“边缘

8、服务区”。如果一个光节点配备了多个混合器，那会有多个边缘服务区。图3给出了一个区域服务区的结构。图3　　下行信道采用64QAM调制方式，每个64QAM调制器可以将约40Mb/s的数字信息调制到8MHz的模拟频道上。这样，每个边缘服务区大约可以传递300套3Mb/s节目，因为边缘服务区的用户数一般为500个左右，所以能够较好满足用户要求。点播命令的上传可以采用QPSK或FSK调制方式，上行信道多址方式可以采用时隙ALOHA/FDMA或其他方式。　　在一个区域服务区内，头端有一个区域视频服务器及光盘