近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，很多高帶寬的視頻應(yīng)用逐步走進了人們的生活，如IPTV、視頻會議、網(wǎng)絡(luò)音視頻廣播、VoD、股市行情發(fā)布、遠程教育、遠程醫(yī)療等，引起了帶寬的急劇消耗和網(wǎng)絡(luò)擁擠等問題。IP組播技術(shù)有效地解決了單點發(fā)送多點接收、多點發(fā)送多點接收的問題，實現(xiàn)了IP網(wǎng)絡(luò)中點到多點的高效數(shù)據(jù)傳送，能夠有效地節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬，降低網(wǎng)絡(luò)負載。
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，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(wù)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(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、遠程醫(yī)療、遠程教育、網(wǎng)絡(luò)電臺、實時視頻會議等互聯(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又對標準IP網(wǎng)絡(luò)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(guān)注。
組播業(yè)務(wù)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(yù)留組播地址、管理權(quán)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(guān)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(yīng)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(luò)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(luò)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(wù)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(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(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0NU接收到標識為其他ONU的數(shù)據(jù)時應(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，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(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(shè)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(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(wù)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(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(quán)，鑒權(quán)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(wù)和用戶的對應(yīng)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(yīng)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(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)平臺實現(xiàn)。
