采用EPON系統(tǒng)的FTTH寬帶接入網(wǎng)絡(luò)可以為每個用戶提供較高帶寬，可以滿足任何視頻壓縮格式的視頻業(yè)務(wù)傳送需要，能在傳輸過程中提供較高的QoS保障。同時(shí)，由于EPON點(diǎn)到多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，并且支持組播協(xié)議，是視頻組播業(yè)務(wù)最好的用戶接入手段。因此，在EPON系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)視頻組播是非常有意義的，它可以利用網(wǎng)絡(luò)的組播特性方便地提供一些新的增值業(yè)務(wù)，包括在線直播、網(wǎng)絡(luò)電視、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)電臺、實(shí)時(shí)視頻會議等互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)。
組播技術(shù)的三大基本特征
組播的概念最早于1988年出現(xiàn)在Steve Deering的博士論文中，1989年Deering又對標(biāo)準(zhǔn)IP網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進(jìn)行了擴(kuò)展，提出了IP組播規(guī)范，1992年3月第一次建立組播主干網(wǎng)（Mbone），IETF成功地在組播網(wǎng)上舉行了一次會議后引起了人們的廣泛關(guān)注。
組播業(yè)務(wù)的實(shí)施具有以下基本特征。
● 組播地址。組播地址使源不需要知道組播接收者的具體地址，只需要向組播地址發(fā)送數(shù)據(jù)即可。希望接收數(shù)據(jù)也只需按照組播地址加入組播組。IP地址方案專門為組播劃出一個地址范圍，在IPv4中為D類地址（224.0.0.0~239.255.255.255），并將D類地址劃分為局部鏈接組播地址、預(yù)留組播地址、管理權(quán)限組播地址，在IPv6中進(jìn)一步為組播地址提供了許多新的標(biāo)識功能。
● 組播路由。組播數(shù)據(jù)通過路由轉(zhuǎn)發(fā)樹發(fā)送到當(dāng)前組中所有的成員。當(dāng)有新的成員加入組播組時(shí)，一條到達(dá)該成員的路徑就被續(xù)接到當(dāng)前的組播樹上。當(dāng)成員退出組時(shí)，不再必要的路徑就被剪枝。構(gòu)建組播樹有多種不同的組播路由協(xié)議，路由協(xié)議運(yùn)行于組播路由器之間，負(fù)責(zé)將組播信息路由到每個接收者。
● 成員管理。組成員關(guān)系通過IGMP（互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議）進(jìn)行管理。主機(jī)使用IGMP消息通知本地的邊緣組播路由器想加入的組，即告知組播路由器相應(yīng)組的組播地址。組播路由器通過IGMP來維護(hù)一個組播成員列表，并且定期發(fā)送“成員詢問”消息來探尋表中的各個成員是否仍然存在。組成員利用IGMP的加入和離開消息來動態(tài)地加入或者退出組播組。目前，IGMP v2已經(jīng)廣泛地配置在路由器中。IGMP v3增加了允許主機(jī)指定它要接收通信流量的主機(jī)對象功能。來自網(wǎng)絡(luò)中其他主機(jī)的流量是被隔離的，IGMP v3也支持主機(jī)阻止那些來自于非要求的主機(jī)發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。
EPON系統(tǒng)中組播的實(shí)現(xiàn)
在EPON系統(tǒng)中，采取SCB+IGMP的方式實(shí)現(xiàn)組播業(yè)務(wù)的分發(fā)，利用基于擴(kuò)展OAM的組播控制報(bào)文實(shí)現(xiàn)組播業(yè)務(wù)的控制和管理功能。
目前EPON系統(tǒng)基本都采用IGMP Proxy/Snooping協(xié)議實(shí)現(xiàn)組播，這種方式下，OLT利用IGMP Proxy、ONU利用IGMP Snooping實(shí)現(xiàn)對組播組成員的管理，通過IGMP Join/Leave和Query消息實(shí)現(xiàn)組播成員的動態(tài)加入/退出和維持。另外，各個運(yùn)營商為了更靈活地管理組成員，可能采用自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如動態(tài)可控組播協(xié)議以更好滿足IPTV的業(yè)務(wù)需求。
1.SCB
按照PON協(xié)議，雖然OLT和ONU之間的下行通道采用廣播方式傳遞數(shù)據(jù)，但每條數(shù)據(jù)傳輸邏輯通道（EPON中的LLID）僅屬于某一個0NU，當(dāng)0NU接收到標(biāo)識為其他ONU的數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)丟棄該數(shù)據(jù)，從而保證了用戶數(shù)據(jù)的正確轉(zhuǎn)發(fā)和安全隔離。在單播傳輸方式下，OLT會把下行廣播報(bào)文復(fù)制N份并分發(fā)到多個數(shù)據(jù)傳輸邏輯通道傳送到 ONU。但為了更高效地傳輸組播業(yè)務(wù)，節(jié)省系統(tǒng)帶寬，PON系統(tǒng)提供了一種特有的數(shù)據(jù)傳輸方式，即SCB （SingleCopyBroadcast，單拷貝廣播）。
SCB技術(shù)是在OLT和ONU之間建立一條特殊的允許所有ONU從中合法接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸邏輯通道。在轉(zhuǎn)發(fā)組播業(yè)務(wù)時(shí)，即使多個ONU點(diǎn)播了同一節(jié)目，OLT仍然只發(fā)送一份組播媒體流數(shù)據(jù)拷貝進(jìn)入 SCB邏輯通道，所有ONU均接收同一份數(shù)據(jù)，即l份業(yè)務(wù)帶寬可為N個用戶提供服務(wù)，由此節(jié)省了大量的系統(tǒng)帶寬。對于高清視頻等高帶寬需求的業(yè)務(wù)來說， SCB技術(shù)帶來的帶寬節(jié)省效果愈加顯著。為了便于管理，PON系統(tǒng)要求在每個PON口下僅有惟一的一個 SCB數(shù)據(jù)傳輸邏輯通道，所有組播媒體流數(shù)據(jù)均在同一個邏輯通道中傳輸，如果需要區(qū)分隔離，可通過使用不同的VLANID來標(biāo)識和區(qū)分。此外，需要注意的是，SCB數(shù)據(jù)傳輸邏輯通道是一條單向（僅下行）通道，僅用于傳輸下行組播媒體流，上行組播協(xié)議報(bào)文仍然利用單播通道進(jìn)行傳輸。
2.IGMP Proxy/Snooping
IGMP Proxy的實(shí)現(xiàn)原理：OLT靠攔截用戶和路由器之間的IGMP報(bào)文建立組播表，Proxy設(shè)備的上聯(lián)端口執(zhí)行主機(jī)的角色，下聯(lián)端口執(zhí)行路由器的角色。
IGMP Snooping的實(shí)現(xiàn)原理：OLT以偵聽主機(jī)發(fā)向路由器IGMP成員報(bào)告消息的方式，形成組成員和交換機(jī)端口的對應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)該對應(yīng)關(guān)系，將收到的組播數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到組成員的端口。
組播系統(tǒng)由視頻組播業(yè)務(wù)系統(tǒng)、IP城域網(wǎng)、接入網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)絡(luò)4部分組成。
EPON系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視頻組播的一般流程如下。
第1步：機(jī)頂盒（STB）或PC機(jī)通過發(fā)送DHCP報(bào)文從DHCP服務(wù)器獲得一個IP地址。
第2步：BRAS對STB上報(bào)的用戶名和密碼進(jìn)行驗(yàn)證，獲得電子節(jié)目表。
第3步：用戶在電子節(jié)目表進(jìn)行節(jié)目選擇。
第4步：選中節(jié)目后，STB就發(fā)送一個IGMP加入的請求報(bào)文。
第5步：在組播路由器上建立組播映射表（組和VLAN相對應(yīng)）。
第6步：OLT上建立組播轉(zhuǎn)發(fā)表，為每個加入組的用戶復(fù)制視頻流。
第7步：用戶觀看組播節(jié)目。
其中關(guān)鍵的是要在組播路由器中建立組播映射表和OLT上建立組播轉(zhuǎn)發(fā)表并復(fù)制視頻流。主要是通過IGMP Join/Leave和Query消息實(shí)現(xiàn)組播組成員的動態(tài)加入/退出和維持。具體實(shí)現(xiàn)因IGMP Proxy和IGMP Snooping的不同而不同。
在IGMP Proxy模式下，當(dāng)OLT收到IGMP申請加入報(bào)文后，OLT啟動IGMP Proxy功能，截獲這個申請報(bào)文，然后是鑒權(quán)，鑒權(quán)通過后進(jìn)行以下邏輯檢查：若申請的組是OLT中還沒有的，那么OLT就向上層路由器發(fā)送一個IGMP加入請求，并建立組播轉(zhuǎn)發(fā)表；如果在OLT內(nèi)已經(jīng)存在一個這樣的組播組，則直接將該用戶加入OLT上的組播轉(zhuǎn)發(fā)表，不再向上層路由器發(fā)送IGMP加入報(bào)文，同時(shí)建立組播業(yè)務(wù)和用戶的對應(yīng)表。
在IGMP Snooping模式下，當(dāng)OLT收到IGMP加入報(bào)文后，通過偵聽獲得組播轉(zhuǎn)發(fā)表消息，但對IGMP報(bào)文而言，它是透傳經(jīng)過OLT的。在實(shí)際應(yīng)用中，EPON系統(tǒng)通過UNI端口的組播VLAN配置實(shí)現(xiàn)簡單的用戶組播權(quán)限控制，更復(fù)雜的業(yè)務(wù)權(quán)限控制（如預(yù)覽、禁止等）由IPTV業(yè)務(wù)平臺實(shí)現(xiàn)。
3.動態(tài)可控組播業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)
由于IGMP Proxy/Snooping組播協(xié)議中沒有提供用戶認(rèn)證支持，所以用戶可以隨意加入一個組播組并可以任意離開，同時(shí)運(yùn)營商無法對用戶進(jìn)行計(jì)費(fèi)。針對這些問題，為了給不同級別用戶提供相應(yīng)服務(wù)以實(shí)現(xiàn)組播業(yè)務(wù)在實(shí)際環(huán)境中的靈活應(yīng)用，提出了基于IGMP Proxy/Snooping方式的動態(tài)可控組播方案，可控組播方案強(qiáng)調(diào)的是業(yè)務(wù)開展的控制能力和增值能力。
業(yè)務(wù)控制能力要使網(wǎng)絡(luò)安全在嚴(yán)密的控制之下，能夠有效地防止協(xié)議攻擊、非法組播源、非法轉(zhuǎn)播、非法接收者。業(yè)務(wù)增值能力要能夠?yàn)榻M播源組播接收者訂制服務(wù)進(jìn)行相應(yīng)的認(rèn)證計(jì)費(fèi)，為用戶提供QoS保障使網(wǎng)絡(luò)得到有效增值。
?。?）實(shí)現(xiàn)方式
動態(tài)可控組播協(xié)議的核心思想是OLT基于IGMP控制報(bào)文攜帶的用戶標(biāo)識信息進(jìn)行用戶鑒權(quán)，并通過擴(kuò)展OAM消息實(shí)現(xiàn)ONU對組播數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)控制。具體協(xié)議如下所述。
OLT維持一個用戶組播業(yè)務(wù)權(quán)限控制表，集中管理用戶的組播業(yè)務(wù)訪問權(quán)限。OLT利用用戶的LLID或上行的IGMP Join報(bào)文攜帶的VLAN ID進(jìn)行端口（用戶）識別，并基于組播權(quán)限控制表判斷該端口（用戶）是否具有所申請的組播業(yè)務(wù)的訪問權(quán)限及其參數(shù)。OLT通過擴(kuò)展的組播控制OAM報(bào)文將端口（用戶）對該組播頻道的訪問權(quán)限下發(fā)到ONU，由ONU執(zhí)行對該端口（用戶）的組播業(yè)務(wù)流的轉(zhuǎn)發(fā)或關(guān)斷操作。組播權(quán)限控制統(tǒng)一由OLT側(cè)網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行集中管理，OLT是組播權(quán)限管理的主體，ONU是組播權(quán)限管理的執(zhí)行者。同時(shí)OLT支持IGMP Proxy功能與上層的組播路由器配合，實(shí)現(xiàn)組播業(yè)務(wù)流的動態(tài)申請和送達(dá)。
ONU維持一個組播組地址過濾和組播轉(zhuǎn)發(fā)表。相對于OLT的組播控制表，該表容量較小，僅處理本ONU內(nèi)當(dāng)前的組播業(yè)務(wù)流控制功能，并按照OLT下發(fā)的MulticastControl OAMPDU動態(tài)刷新。ONU將接收到的IGMP Join/Leave報(bào)文打上標(biāo)識端口（用戶）身份的VLAN Tag，并透傳到OLT。ONU接收OLT下發(fā)的擴(kuò)展的組播控制OAM報(bào)文（該報(bào)文包含一系列組播控制表項(xiàng)），并按照該報(bào)文增加或刪除ONU本地的組地址過濾和組播轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)，然后執(zhí)行相應(yīng)的組播業(yè)務(wù)流的轉(zhuǎn)發(fā)和關(guān)斷。同時(shí)，ONU應(yīng)支持對下行組播業(yè)務(wù)流的untag操作（即將組播業(yè)務(wù)流上的VLAN Tag剝除）。
?。?）組播VLAN
EPON系統(tǒng)應(yīng)支持組播VLAN。OLT上劃分組播專用的VLAN，即組播業(yè)務(wù)使用一個或者多個專用于組播業(yè)務(wù)的VLAN實(shí)現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)相隔離，一個組播VLAN對應(yīng)一個組播頻道或者一個頻道組（指一個權(quán)限統(tǒng)一管理的組播頻道的集合）。一個組播頻道僅屬于一個特定的組播VLAN。在SCB信道中傳送的組播業(yè)務(wù)流均帶有組播VLAN Tag。用戶的其他數(shù)據(jù)流（包括單播業(yè)務(wù)以及上行的IGMP報(bào)文等）劃入另外的單播VLAN/CVLAN。
IPTV網(wǎng)絡(luò)二層組播域部署
IPTV即交互式網(wǎng)絡(luò)電視，作為一種高帶寬、高質(zhì)量的新型互聯(lián)網(wǎng)多媒體業(yè)務(wù)，對IP城域網(wǎng)提出了更高要求。電信運(yùn)營商要高效且經(jīng)濟(jì)地部署和實(shí)現(xiàn)IPTV業(yè)務(wù)，建議采用端到端組播推送，且IP組播網(wǎng)絡(luò)的配置是關(guān)鍵。
FTTH接入網(wǎng)采用EPON承載方式，組播復(fù)制點(diǎn)在OLT，IPTV網(wǎng)絡(luò)二層組播域配置如下：
● HG/ONT通過配置多VLAN將HIS（高速互聯(lián)網(wǎng)接入）與IPTV業(yè)務(wù)流區(qū)分開。
● 在OLT上將HG/ONT透傳過來的不同用戶業(yè)務(wù)VLAN進(jìn)行置換，其中IPTV的用戶VLAN更換為VLAN3930（IPTV-VOD單播）。
● 在OLT上啟用VLAN3959，用途IPTV-BTV（組播）。
● 在OLT上啟用組播功能：配置IGMP模式Proxy,配置組播上行接口，配置組播節(jié)目，配置組播用戶端口、配置HG/ONT的IGMP模式為Snooping。
● 在OLT上將HIS、IPTV-VOD業(yè)務(wù)根據(jù)不同EPON端口進(jìn)行嵌套不同外層Q的QinQ操作。針對組播VLAN3959進(jìn)行單層Q透傳，BAS終結(jié)HIS業(yè)務(wù)流，SR終結(jié)IPTV的單播與組播業(yè)務(wù)流。
● OLT匯聚交換機(jī)在VLAN3959中啟動IGMP-Snooping或IGMP-Proxy功能。
● HIS采用PPPOE方式獲取IP地址，IPTV采用DHCP方式獲取IP地址。
運(yùn)營商在推送IPTV組播業(yè)務(wù)時(shí)，節(jié)目權(quán)限管理是必須的，無點(diǎn)播權(quán)限的用戶應(yīng)該無法獲取相應(yīng)節(jié)目。目前，提供IPTV組播業(yè)務(wù)有兩種可能的方式。
一種方式是接入設(shè)備僅提供物理傳輸通道，并通過IGMPProxy或IGMP Snooping協(xié)議實(shí)現(xiàn)組播組成員的管理，用戶節(jié)目權(quán)限管理則由STB（Set Top Box機(jī)頂盒）和IPTV業(yè)務(wù)平臺來實(shí)現(xiàn)。
另外一種方式是接人設(shè)備基于IGMP控制報(bào)文攜帶的用戶標(biāo)識信息進(jìn)行用戶鑒權(quán)，并通過PON系統(tǒng)內(nèi)的控制消息控制ONU對組播數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)。PON系統(tǒng)共享傳輸媒質(zhì)和利用SCB技術(shù)傳輸組播業(yè)務(wù)的技術(shù)特性，導(dǎo)致所有ONU（包括點(diǎn)播了無權(quán)限節(jié)目的ONU，或者根本沒有點(diǎn)播節(jié)目的ONU）均能從MAC層接收到組播媒體流，這給組播節(jié)目權(quán)限控制帶來了新的問題。
在EPON FTTH應(yīng)用場景中，OLT放置在局端或小區(qū)中心機(jī)房，分光器放置在中心機(jī)房或弱電箱，ONU放在用戶家中。在其中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)過程如下：
● OLT維持一個用戶組播業(yè)務(wù)權(quán)限控制表，集中管理用戶的組播業(yè)務(wù)訪問權(quán)限。
● OLT利用用戶的LLID和上行IGMPReport報(bào)文攜帶的VLANID進(jìn)行端口(用戶)識別;
● OLT根據(jù)組播權(quán)限控制表判斷該端口(用戶)是否具有所申請的組播業(yè)務(wù)的訪問權(quán)限及其參數(shù)。OLT通過擴(kuò)展的組播控制OAM報(bào)文將端口(用戶)對該組播頻道的訪問權(quán)限下發(fā)到ONU，由ONU執(zhí)行對該端口(用戶)的組播業(yè)務(wù)流的轉(zhuǎn)發(fā)或關(guān)斷操作;
該方式下，OLT是組播權(quán)限管理的主體，ONU是組播權(quán)限管理的執(zhí)行者。
圖1 IPTV網(wǎng)絡(luò)二層組播域部署--EPON承載方式