采用EPON系統(tǒng)的FTTH寬帶接入網(wǎng)絡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)務傳送需要，能在傳輸過程中提供較高的QoS保障。同時，由于EPON點到多點的結(jié)構(gòu)，并且支持組播協(xié)議，是視頻組播業(yè)務最好的用戶接入手段。因此，在EPON系統(tǒng)中實現(xiàn)視頻組播是非常有意義的，它可以利用網(wǎng)絡的組播特性方便地提供一些新的增值業(yè)務，包括在線直播、網(wǎng)絡電視、遠程醫(yī)療、遠程教育、網(wǎng)絡電臺、實時視頻會議等互聯(lián)網(wǎng)信息服務。
組播技術的三大基本特征
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又對標準IP網(wǎng)絡層協(xié)議進行了擴展，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注。
組播業(yè)務的實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、預留組播地址、管理權限組播地址，在IPv6中進一步為組播地址提供了許多新的標識功能。
● 組播路由。組播數(shù)據(jù)通過路由轉(zhuǎn)發(fā)樹發(fā)送到當前組中所有的成員。當有新的成員加入組播組時，一條到達該成員的路徑就被續(xù)接到當前的組播樹上。當成員退出組時，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)議運行于組播路由器之間，負責將組播信息路由到每個接收者。
● 成員管理。組成員關系通過IGMP（互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議）進行管理。主機使用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組的組播地址。組播路由器通過IGMP來維護一個組播成員列表，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增加了允許主機指定它要接收通信流量的主機對象功能。來自網(wǎng)絡中其他主機的流量是被隔離的，IGMP v3也支持主機阻止那些來自于非要求的主機發(fā)送的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包。
EPON系統(tǒng)中組播的實現(xiàn)
在EPON系統(tǒng)中，采取SCB+IGMP的方式實現(xiàn)組播業(yè)務的分發(fā)，利用基于擴展OAM的組播控制報文實現(xiàn)組播業(yè)務的控制和管理功能。
目前EPON系統(tǒng)基本都采用IGMP Proxy/Snooping協(xié)議實現(xiàn)組播，這種方式下，OLT利用IGMP Proxy、ONU利用IGMP Snooping實現(xiàn)對組播組成員的管理，通過IGMP Join/Leave和Query消息實現(xiàn)組播成員的動態(tài)加入/退出和維持。另外，各個運營商為了更靈活地管理組成員，可能采用自己的企業(yè)標準，如動態(tài)可控組播協(xié)議以更好滿足IPTV的業(yè)務需求。
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0NU接收到標識為其他ONU的數(shù)據(jù)時應丟棄該數(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會把下行廣播報文復制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，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)務時，即使多個ONU點播了同一節(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)務帶寬可為N個用戶提供服務，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)務來說， SCB技術帶來的帶寬節(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)議報文仍然利用單播通道進行傳輸。
2.IGMP Proxy/Snooping
IGMP Proxy的實現(xiàn)原理：OLT靠攔截用戶和路由器之間的IGMP報文建立組播表，Proxy設備的上聯(lián)端口執(zhí)行主機的角色，下聯(lián)端口執(zhí)行路由器的角色。
IGMP Snooping的實現(xiàn)原理：OLT以偵聽主機發(fā)向路由器IGMP成員報告消息的方式，形成組成員和交換機端口的對應關系，并根據(jù)該對應關系，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)務系統(tǒng)、IP城域網(wǎng)、接入網(wǎng)絡和家庭網(wǎng)絡4部分組成。
EPON系統(tǒng)實現(xiàn)視頻組播的一般流程如下。
第1步：機頂盒（STB）或PC機通過發(fā)送DHCP報文從DHCP服務器獲得一個IP地址。
第2步：BRAS對STB上報的用戶名和密碼進行驗證，獲得電子節(jié)目表。
第3步：用戶在電子節(jié)目表進行節(jié)目選擇。
第4步：選中節(jié)目后，STB就發(fā)送一個IGMP加入的請求報文。
第5步：在組播路由器上建立組播映射表（組和VLAN相對應）。
第6步：OLT上建立組播轉(zhuǎn)發(fā)表，為每個加入組的用戶復制視頻流。
第7步：用戶觀看組播節(jié)目。
其中關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)表并復制視頻流。主要是通過IGMP Join/Leave和Query消息實現(xiàn)組播組成員的動態(tài)加入/退出和維持。具體實現(xiàn)因IGMP Proxy和IGMP Snooping的不同而不同。
在IGMP Proxy模式下，當OLT收到IGMP申請加入報文后，OLT啟動IGMP Proxy功能，截獲這個申請報文，然后是鑒權，鑒權通過后進行以下邏輯檢查：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加入報文，同時建立組播業(yè)務和用戶的對應表。
在IGMP Snooping模式下，當OLT收到IGMP加入報文后，通過偵聽獲得組播轉(zhuǎn)發(fā)表消息，但對IGMP報文而言，它是透傳經(jīng)過OLT的。在實際應用中，EPON系統(tǒng)通過UNI端口的組播VLAN配置實現(xiàn)簡單的用戶組播權限控制，更復雜的業(yè)務權限控制（如預覽、禁止等）由IPTV業(yè)務平臺實現(xiàn)。
3.動態(tài)可控組播業(yè)務的實現(xiàn)
由于IGMP Proxy/Snooping組播協(xié)議中沒有提供用戶認證支持，所以用戶可以隨意加入一個組播組并可以任意離開，同時運營商無法對用戶進行計費。針對這些問題，為了給不同級別用戶提供相應服務以實現(xiàn)組播業(yè)務在實際環(huán)境中的靈活應用，提出了基于IGMP Proxy/Snooping方式的動態(tài)可控組播方案，可控組播方案強調(diào)的是業(yè)務開展的控制能力和增值能力。
業(yè)務控制能力要使網(wǎng)絡安全在嚴密的控制之下，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)務增值能力要能夠為組播源組播接收者訂制服務進行相應的認證計費，為用戶提供QoS保障使網(wǎng)絡得到有效增值。
?。?）實現(xiàn)方式
動態(tài)可控組播協(xié)議的核心思想是OLT基于IGMP控制報文攜帶的用戶標識信息進行用戶鑒權，并通過擴展OAM消息實現(xiàn)ONU對組播數(shù)據(jù)報文的轉(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)務權限控制表，集中管理用戶的組播業(yè)務訪問權限。OLT利用用戶的LLID或上行的IGMP Join報文攜帶的VLAN ID進行端口（用戶）識別，并基于組播權限控制表判斷該端口（用戶）是否具有所申請的組播業(yè)務的訪問權限及其參數(shù)。OLT通過擴展的組播控制OAM報文將端口（用戶）對該組播頻道的訪問權限下發(fā)到ONU，由ONU執(zhí)行對該端口（用戶）的組播業(yè)務流的轉(zhuǎn)發(fā)或關斷操作。組播權限控制統(tǒng)一由OLT側(cè)網(wǎng)管系統(tǒng)進行集中管理，OLT是組播權限管理的主體，ONU是組播權限管理的執(zhí)行者。同時OLT支持IGMP Proxy功能與上層的組播路由器配合，實現(xiàn)組播業(yè)務流的動態(tài)申請和送達。
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)當前的組播業(yè)務流控制功能，并按照OLT下發(fā)的MulticastControl OAMPDU動態(tài)刷新。ONU將接收到的IGMP Join/Leave報文打上標識端口（用戶）身份的VLAN Tag，并透傳到OLT。ONU接收OLT下發(fā)的擴展的組播控制OAM報文（該報文包含一系列組播控制表項），并按照該報文增加或刪除ONU本地的組地址過濾和組播轉(zhuǎn)發(fā)表項，然后執(zhí)行相應的組播業(yè)務流的轉(zhuǎn)發(fā)和關斷。同時，ONU應支持對下行組播業(yè)務流的untag操作（即將組播業(yè)務流上的VLAN Tag剝除）。
?。?）組播VLAN
EPON系統(tǒng)應支持組播VLAN。OLT上劃分組播專用的VLAN，即組播業(yè)務使用一個或者多個專用于組播業(yè)務的VLAN實現(xiàn)與其他業(yè)務相隔離，一個組播VLAN對應一個組播頻道或者一個頻道組（指一個權限統(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)務以及上行的IGMP報文等）劃入另外的單播VLAN/CVLAN。
IPTV網(wǎng)絡二層組播域部署
IPTV即交互式網(wǎng)絡電視，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，對IP城域網(wǎng)提出了更高要求。電信運營商要高效且經(jīng)濟地部署和實現(xiàn)IPTV業(yè)務，建議采用端到端組播推送，且IP組播網(wǎng)絡的配置是關鍵。
FTTH接入網(wǎng)采用EPON承載方式，組播復制點在OLT，IPTV網(wǎng)絡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)務流區(qū)分開。
● 在OLT上將HG/ONT透傳過來的不同用戶業(yè)務VLAN進行置換，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)務根據(jù)不同EPON端口進行嵌套不同外層Q的QinQ操作。針對組播VLAN3959進行單層Q透傳，BAS終結(jié)HIS業(yè)務流，SR終結(jié)IPTV的單播與組播業(yè)務流。
● OLT匯聚交換機在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。
運營商在推送IPTV組播業(yè)務時，節(jié)目權限管理是必須的，無點播權限的用戶應該無法獲取相應節(jié)目。目前，提供IPTV組播業(yè)務有兩種可能的方式。
一種方式是接入設備僅提供物理傳輸通道，并通過IGMPProxy或IGMP Snooping協(xié)議實現(xiàn)組播組成員的管理，用戶節(jié)目權限管理則由STB（Set Top Box機頂盒）和IPTV業(yè)務平臺來實現(xiàn)。
另外一種方式是接人設備基于IGMP控制報文攜帶的用戶標識信息進行用戶鑒權，并通過PON系統(tǒng)內(nèi)的控制消息控制ONU對組播數(shù)據(jù)報文的轉(zhuǎn)發(fā)。PON系統(tǒng)共享傳輸媒質(zhì)和利用SCB技術傳輸組播業(yè)務的技術特性，導致所有ONU（包括點播了無權限節(jié)目的ONU，或者根本沒有點播節(jié)目的ONU）均能從MAC層接收到組播媒體流，這給組播節(jié)目權限控制帶來了新的問題。
在EPON FTTH應用場景中，OLT放置在局端或小區(qū)中心機房，分光器放置在中心機房或弱電箱，ONU放在用戶家中。在其中的應用實現(xiàn)過程如下：
● OLT維持一個用戶組播業(yè)務權限控制表，集中管理用戶的組播業(yè)務訪問權限。
● OLT利用用戶的LLID和上行IGMPReport報文攜帶的VLANID進行端口(用戶)識別;
● OLT根據(jù)組播權限控制表判斷該端口(用戶)是否具有所申請的組播業(yè)務的訪問權限及其參數(shù)。OLT通過擴展的組播控制OAM報文將端口(用戶)對該組播頻道的訪問權限下發(fā)到ONU，由ONU執(zhí)行對該端口(用戶)的組播業(yè)務流的轉(zhuǎn)發(fā)或關斷操作;
該方式下，OLT是組播權限管理的主體，ONU是組播權限管理的執(zhí)行者。
圖1 IPTV網(wǎng)絡二層組播域部署--EPON承載方式