YD∕T 3886-2021 视频业务组播能力开放技术要求 系统架构(通信).pdf

ICS 33.160.99M73中 华 人 民 共 和 国 通 信 行 业 标 准YD/T XXXXXXXXX视频业务组播能力开放技术要求系统架构The technical requirement of open capability of multicast for video service system architecture 报批稿 XXXX-XX-XX 发布XXXX-XX-XX 实施中华人民共和国工业和信息化部 发布YDYD/T XXXX-XXXXII 目 次 1 范围 .5 2 规范性引用文件 .5 3 缩略语 .5 4 系统概述 .6 4.1 背景与定义 .6 4.2 业务需求 .6 4.3 应用场景 .7 5 系统架构与功能 .7 5.1 系统架构 .7 5.2 网元功能 .8 5.2.1 组播管理平台 .8 5.2.2 组播服务器 .8 5.2.3 组播代理 .9 5.3 接口与协议 .9 5.4 管理功能 .9 5.4.1 业务管理 .10 5.4.2 资源管理 .12 5.4.3 转码能力 .13 6 典型业务流程 .13 6.1 基于 HTTP 重定向调度的业务流程 .13 6.2 基于 DNS 解析调度的业务流程 .15 7 设备要求 .15 YD/T XXXXXXXXIII7.1 组播代理部署要求 .15 7.1.1 组播代理部署在终端播放设备 .16 7.1.2 组播代理部署在家庭网关 .16 7.1.3 组播代理部署在运营商网络边缘节点 .16 7.2 城域网要求 .16 7.2.1 部署单播转组播功能 .16 7.2.2 城域网设备 .16 7.3 家庭网关设备要求 .16 7.4 播放设备要求 .17 YD/T XXXX-XXXX4前 言 本标准是视频业务组播能力开放技术要求系列标准之一，该系列标准名称和结构如下： 视频业务组播能力开放技术要求 系统架构 视频业务组播能力开放技术要求 接口和协议 本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 请注意本标准的某些内容可能涉及专利。本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由中国通信标准化协会提出并归口。 本标准起草单位： 中国联合网络通信集团有限公司、华为技术有限公司、三星电子中国通信研究院、中国电信集团有限公司、中兴通讯股份有限公司 本标准主要起草人： 乔治、黄一宏、郭晋隆、郑倩、陈戈、缪川杨 YD/T XXXXXXXX5视频业务组播能力开放技术要求 系统架构 1范围 本标准规定了视频业务组播能力开放系统的应用场景、系统架构、功能定义、部署位置、典型业务流程以及设备和网络要求。 本标准适用于支持码率自适应的视频组播业务。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 YD/T 1743-2018 视频业务组播能力开放技术要求 接口和协议 3缩略语 下列缩略语适用于本文件： BRAS 宽带远程接入服务器 Broadband Remote Access Server CDN 内容分发网络 Content Delivery Network DASH HTTP 动态自适应流媒体 Dynamic Adaptive Streaming over HTTP DNS HTTP 域名服务 超文本传输协议 Domain name service Hypertext Transfer Protocol HTTPS 安全超文本传输协议 Hypertext Transfer Protocol Secure HLS 动态码率自适应技术 HTTP Live Streaming IGMP 互连网组管理协议 Internet Group Management Protocol IPoE 以太网承载 IP 协议 Internet Protocol over Ethernet IP 网络协议 Internet Protocol NORM NORM 传输协议 NACK-Oriented Reliable Multicast Transport Protocol OTN 光传输网络设备 Optical Transport Network ONT 光网络终端 Optical Network Terminal OTT 互联网服务 Over the top YD/T XXXX-XXXX6QoS 业务质量 Quality of Service RTP 实时传输协议 Real-time Transport Protocol STB 机顶盒 Set Top Box TCP 传输控制协议 Transmission Control Protocol UDP 用户数据报协议 User Datagram Protocol URL 统一资源定位符 Uniform Resource Locator 4系统概述 4.1背景与定义 近年来， 电信运营商依靠灵活互动的网络和完善的服务体系IPTV业务发展迅猛。 电信运营商在开发传统IPTV业务网络的过程中，建设了覆盖广泛且稳定可靠的组播网络，为各类电视直播业务提供服务。组播网络可节省广播类视频业务的服务器资源及主干网络的带宽资源。 视频业务目前已占据了网络70%左右的流量，未来向超高清4K、8K、VR视频发展，流量占比将进一步提升。视频业务的发展需要良好的用户体验、低成本的网络资源。互联网已成为用户观看视频的主要渠道，而互联网业务的单播流量成本高且资源占用率大，已形成挑战。 组播能力开放是指将电信网络的组播能力向互联网业务开放的过程， 通过运营商专有组播网络承载互联网视频业务， 提供稳定的网络保障的同时， 也节省网络带宽和成本， 获得良好的用户体验。 4.2业务需求 互联网视频业务，如：视频点播、直播、互动游戏业务，采用HTTP渐进式下载分片传输与分发，传输方式灵活且成本低，已成为行业主流。此种方式支持用户在观看互联网视频时，实时下载流媒体索引和媒体分片文件，也支持动态码率切换。然而，运行互联网视频的网络不稳定不可控，且受限于通过单播流量提供服务，单用户的成本较高。 面向视频业务的组播能力开放系统的主要业务需求包括： a) 通过组播承载，节省端到端的视频业务分发成本； b) 针对互联网直播业务，节省并发带宽； c) 迁移互联网流量到运营商网络，降低抖动缓冲； YD/T XXXXXXXX7d) 减少 OTT 直播平台到用户终端的网络中转次数，从而减少终端观看的时延。 同时，组播网络需要承载多种业务、多种码率的高清视频业务，通过端到端配置和维护，有效提升播放质量。在不降低视频质量的同时，降低对网络承载的压力，保证良好的用户体验。 4.3应用场景 直播平台租用组播地址用组播分发内容，支持电脑、笔记本、手机等各类终端观看。当前典型应用场景有： a) OTT 直播：OTT 互动直播日益增长，将直播内容通过组播分发，可减少视频内容的加载时间，降低流媒体服务器和传输网络的压力，提升用户体验； b) 体育赛事、演唱会等热点内容直播 ： 足球联赛、演唱会、社会热点事件及大型活动等各类热点内容主要通过 OTT 直播传输。这类视频服务会产生突发性的网络高峰，高峰时段与赛事时间之间强相关，产生类似潮汐的流量效应。通过组播网络分发，可以节约峰值网络带宽。 5系统架构与功能 5.1系统架构 视频业务组播能力开放系统的参考架构如图 1 所示。 YD/T XXXX-XXXX8 图 1 组播能力开放系统架构 注：本标准定义的视频组播能力开放系统可以独立于运营商现有IPTV系统进行部署。直播平台可以利用该系统将内容通过组播的方式传输到终端用户。当终端用户所请求的视频内容无法通过组播能力开放系统获取时，终端用户仍可通过原有CDN网络请求相应的媒体数据。 5.2网元功能 5.2.1组播管理平台 组播管理平台需要实现主要功能包括： a) 管理组播代理，如：登录、心跳（注：仅在 6.1 节 HTTP 方式下需要保持心跳） ； b) 维护组播频道列表，例如：组播时间、频道信息等； c) 下发组播频道列表给组播服务器和组播代理； d) 将组播频道信息全量同步给组播服务器； e) 配置组播信息时选择组播协议类型，例如：RTP、NORM。 注：组播管理平台的实现方式各厂家会有差异，典型情况可参考 YD/T 1743-2018 第 5.1 和 5.2 章节中的描述。 5.2.2组播服务器 组播服务器需要实现主要功能包括： YD/T XXXXXXXX9a) 获取组播管理平台下发的组播频道列表和频道分布信息，创建组播频道； b) 获取内容源（直播平台或 CDN） 的单播码流，转换成组播码流，并生成相应的媒体描述信息，包括: 1) 组播组地址信息； 2) 组播频道码率信息。 c) 支持组播传输媒体数据，例如： 1) 基于 RTP 协议的组播数据包封装和传输； 2) 基于 NORM 组播协议的组播数据包封装和传输； d) （可选）可支持组播代理的单播重传媒体请求。 5.2.3组播代理 组播代理需要实现主要功能包括： a) 应支持从组播服务器或 CDN 获取媒体描述信息，提取其中与组播频道相关的组播组信息,包括: 1) 组播组地址信息； 2) 组播频道码率信息。 b) 应支持依据组播组地址加入相应的组播组； c) 应支持接收组播服务器发送的组播数据包,例如: 1) 基于 RTP 协议的组播数据包的接收和解封装； 2) 基于 NORM 协议的组播数据包的接收和解封装。 d) 应支持组播转单播，从接收的组播数据包中形成单播媒体数据,包括:媒体索引文件和/或媒体分片文件； e) 应支持向播放器终端单播传输媒体数据,例如: 1) 基于 HLS 协议的媒体呈现描述和分片文件； 2) 基于 DASH 协议的媒体呈现描述和分片文件。 f) （可选）宜支持向组播服务器或 CDN 请求重传单播媒体流； g) 应支持在组播请求未命中时, 通过代理方式服务，将媒体播放请求调度至其他媒体内容源。 5.3接口与协议 网元功能模块间的接口和协议的定义，请参考 YD/T 1743-2018。 5.4管理功能 YD/T XXXX-XXXX10组播能力开放系统的能力模型包括业务管理、资源管理，以及两个核心转码能力，如图2所示。 图2 组播能力开放系统能力模型 5.4.1业务管理 对组播能力开放系统的业务管理功能属于运营相关能力，运营商可选择独立部署或对接运营商现网业务管理平台模块。 5.4.1.1认证管理 认证管理模块管理组播管理平台收到的组播使用请求、 认证管理请求等。 组播管理平台申请开通组播业务，宜包含如下字段： a) 申请人用户名； b) 认证密码； c) 产品ID； d) 内容描述； e) 播放源URL。 认证管理模块进行认证，通过后，如果需要关闭组播业务，则生成关闭组播业务的请求，宜包含如下字段： a) 申请人用户名； b) 认证密码； c) 内容描述； d) 播放源URL。 5.4.1.2产品管理 产品管理模块提供产品类型和产品功能管理，宜包含如下字段： YD/T XXXXXXXX11a) 产品名称； b) 产品编号； c) 产品描述信息； d) 产品生命周期； e) 产品生效时间； f) 产品失效时间； g) 本产品对应的服务个数； h) 产品资费信息； i) 匹配关联地址资源。 5.4.1.3接入管理 认证通过后，根据播放设备申请的直播频道 URL 进行安全管理。对直播频道 URL 与组播地址的接收消息结果进行管理。应支持服务质量 QoS 控制，保证视频内容的质量。 5.4.1.4计费管理 根据用户使用的组播频道计算租用组播资源的费用。计费方式主要包括： a) 按照组播峰值计费：在一定组播传输周期内，按照用户加入的组播组的峰值进行计费； b) 按照周期计费：针对长期租用的情况，按照在网络传输中所租用的IP计费； c) 按次计费：用户租用某个周期范围内，按租用组播地址数量的单价进行计费，当租户使用业务的总额超过封顶费后，不管租户使用业务量的多少，均按照封顶费向租户收取费用。 租用周期宜支持： a) 按次计费； b) 按天计费； c) 按月计费； d) 按季度计费； e) 按半年计费； f) 按年计费。 5.4.1.5服务管理 服务管理模块包括视频内容引入和内容管理功能，宜包含如下字段： YD/T XXXX-XXXX12a) 服务名称； b) 服务范围：该服务能够为组播分发的区域范围； c) 存储空间：根据服务所需要缓存的视频源内容所占用的存储空间； d) 租用组播URL数：租用组播URL进行传输的地址数量； e) 服务编号； f) 服务描述信息； g) 服务状态：生效，失效 ； h) 服务生效时间； i) 服务失效时间。 5.4.1.6业务统计 平台监控模块对平台各项内容进行统计，应包括以下部分： a) 组播资源统计：针对组播URL地址、空闲地址、关联地址等内容进行统计； b) 转码能力统计：针对转码能力、并发数量进行统计； c) 流量统计：单播带宽使用流量及组播带宽流量统计； d) 在线用户数量统计：当有用户通过组播观看视频时，由组播代理上报用户播放设备的信息、直播频道IP地址、观看用户IP地址。当有用户退出直播观看时，记录直播频道IP地址，观看用户IP地址等信息。 5.4.2资源管理 资源管理模块主要对组播地址资源、带宽资源进行配置管理。 5.4.2.1组播地址资源管理 组播管理平台存储了所有的组播地址和单播频道 URL，对直播平台的使用申请进行组播地址分配和组播地址释放回收的工作。 5.4.2.2单播频道 URL 与组播地址关联管理 当成功开通组播服务后，由直播平台向组播管理平台申请组播资源，在收到直播平台的请求后，资源管理模块分配组播资源，并记录直播频道 URL 和组播地址之间的对应关系。 5.4.2.3资源监控 YD/T XXXXXXXX13 播放设备需要和组播代理定时（暂定为 30 秒）发送心跳消息，避免播放终端异常退出时无法通知组播代理退出组播组。组播代理需要建立定时器，假定超过某段时间（暂定为 1 分钟） 没有收到心跳消息，则认为播放设备异常退出，则组播代理通告 IGMP Leave 消息给组播服务器，退出当前正在观看的组播组。 5.4.3转码能力 5.4.3.1单播转组播 单播转组播是组播服务器提供的核心能力。组播服务器通过 HTTP/ FTP 等方式向直播平台或CDN 获取内容，或接收直播平台/CDN 推送过来的内容。组播服务器进行转码，将内容通过组播的方式发送给组播代理。 5.4.3.2组播转单播 组播转单播是组播代理提供的核心能力。组播代理通过组播协议接收组播服务器下发的组播内容，进行转码，并缓存部分内容，提供给终端播放。播放设备向组播代理请求单播视频报文，单播流承载方式如：HLS over HTTP 支持 OTT 直播流；RTP over UDP 支持 IPTV 视频流。 6典型业务流程 典型业务流程涉及组播能力开放系统与播放设备、直播平台和CDN之间的交互，下面分别描述两种方式下的典型业务流程。 6.1基于 HTTP 重定向调度的业务流程 基于HTTP重定向调度模式下的业务流程如图3所示。 YD/T XXXX-XXXX14图 3 组播能力开放业务流程 组播能力开放业务流程由直播平台发起， 并与组播网络提供商协商， 通过配置接口将配置信息同步到组播能力开放系统中。 组播管理平台将组播频道列表同步到组播服务器和组播代理。 组播服务器提前获取待组播分发的内容到本地，详细流程描述如下： a) 用户发起业务请求，例如：访问http:/ b) 组播管理平台判断用户观看的频道是否需要通过组播播放， 检查组播代理是否可用， 并向用户返回组播代理地址； c) 用户请求重定向到组播代理，组播代理接收用户请求； d) 组播代理向CDN或者组播服务器获取直播索引流和第一个用户请求的初始直播流，并向播YD/T XXXXXXXX15放设备返回直播索引流和初始直播流； e) 组播代理发起加入组播组的请求，获取直播流； f) 用户请求视频内容分片数据； g) 组播代理检查本地缓存，并向用户返回所需内容； h) （可选） 如果本地缓存中没有相应组播内容， 则组播代理通过单播的方式向CDN请求内容，并返回给用户； i) 用户离开，组播代理退出组播组。 6.2基于 DNS 解析调度的业务流程 基于边缘设备的DNS解析调度流程如图4所示。 图 4 DNS 解析调度流程 该流程需要提前配置边缘设备的组播解析能力，流程描述如下： a) 播放设备发起业务请求，请求消息到达 DNS 服务器，例如：http:/ b) 边缘设备收到业务请求后，查询 DNS 服务器，解析 映射到组播代理的 IP 地址。 c) 向播放器返回组播代理的 IP 地址； d) 播放器重定向业务请求到组播代理； 后续步骤与基于 HTTP 重定向的业务流程相同。 7设备要求 7.1组播代理部署要求 YD/T XXXX-XXXX16组播代理用于接收组播消息，可以部署在网络边缘节点、家庭网关或终端播放设备。对于运营商来说，组播代理需要部署在最靠近用户的位置，有利于发挥组播能力。 7.1.1组播代理部署在终端播放设备 家庭网络的终端播放设备支持接收IP组播内容时， 组播代理可部署在终端播放设备， 例如 ： STB、智能电视等。家庭网关设备负责组播组的订阅管理。这种场景需要家庭网络支持组播传输。 7.1.2组播代理部署在家庭网关 组播代理部署在家庭网关设备，例如：家用路由器、ONT。组播代理向多个家庭播放设备提供组播到单播的转换。 7.1.3组播代理部署在运营商网络边缘节点 家庭网络的播放设备不支持IP组播消息时，组播代理可部署在运营商的网络边缘节点，例如： OLT、OTN（光传输设备） 、边缘CDN。组播代理接收组播消息，并提供组播到单播转换。网络边缘节点和家庭网关之间通过单播传输。 7.2组播能力开放对城域网要求 部署单播转组播功能包括： a) 应支持单播视频流引流，从直播平台将待组播视频流通过单播的方式获取，应支持原有OTT单播流程； b) 应支持单播视频流转组播，将从直播平台获取到的视频流，注入到组播服务器进行组播分发； c) 应支持城域网设备功部署位置城域网设备使能组播能力， 如果要节省二层接入带宽， 需要新增部署IPoE接入方式，并使能二层组播能力。OLT和BRAS需要支持优先级调度，实现用户级别限速； d) 可在边缘网络节点部署组播代理。 7.3组播能力开放对家庭网关设备要求 家庭网关设备要求包括： a) 可部署组播代理； b) 应支持根据组播请求生成组播地址表； YD/T XXXXXXXX17c) 应支持根据组播地址表进行组播报文转单播； d) 可支持视频报文缓存； e) 应支持TCP代理。 7.4组播播放对于播放设备的要求 播放设备要求包括： a) 可支持部署组播代理； b) 应支持获取组播节目列表； c) 应支持单播方式请求通过组播承载的视频资源。