摘要】基于L2TP隧道的互动电视组播实现方法可使组播业务关键协议--IGMP报文穿越家庭组网设备直达组播路由器，解决了复杂网络下组播报文传送的问题。该技术有效弥补了现网IP组播适用面缺陷，拓展了组播技术应用场景，从而可进一步降低CDN平台负载。
【关键字】L2TP隧道互动电视组播
【业务类别】基础维护
一、背景和依据
技术背景
随着智能服务时代来临，中国电信将持续推进企业转型升级(转型3.0)，着重推进网络智能化、业务生态化、运营智慧化，为用户提供综合智能信息服务，做领先的综合智能信息服务运营商。为此，中国电信持续开放合作、融合创新，依托天翼高清、翼支付、天翼物联、云和大数据、“互联网+”等优势应用，以及流量、安全等核心能力，打造智慧家庭、物联网、互联网金融和新型ICT应用等“智能应用生态圈”。筑力网络强国，服务社会民生。
其中，天翼高清是中国电信“四纵”智能应用生态圈的重要一环，天翼高清电视（IPTV）是中国电信和广电集团合力打造的宽带电视，依托中国电信强大的网络资源和技术服务能力，基于千兆光宽的保障，提供高清直播、海量点播、精彩应用、可视通话、跨屏互动五大优势功能。可全面呈现直播、点播、可视通话，完美搭配高科技智能家居，无缝结合影音娱乐和民生应用。
当前福建电信天翼高清互动电视业务蓬勃发展，截止2019年12月，福建省天翼高清用户数已超过500万户。在人们对高清电视节目内容产生强烈需求的同时，也对高清电视的视频质量提出了极高的要求,由于高清视频流量大，用户数的迅速增长对内容分发网络（CDN）的投资带来了挑战，我省互动电视CDN投资效能位于全国倒三之列。通过组播承载互动电视直播流量可以有效降低CDN（内容分发网络）节点的负荷，降低承载网络负载，充分发掘互动电视平台及承载网潜力。电信集团公司已经明确要求我省要开展组播、提高CDN网络资源效益。综上，我省必须坚持在承载网大力推进组播部署。
组播部署的关键是在组播路由器（组播复制点）与用户机顶盒之间实现IGMP（Internet 组管理协议）协议， IGMP是组播路由器用来维护组播组成员信息的协议，运行于机顶盒和和组播路由器之间。组播流要从路由器下发到机顶盒，要求途径节点设备都能支持IGMP协议。目前电信骨干端组播路由器，接入端OLT，E8C家庭网关均能很好支持IGMP，但用户自购路由器品牌众多，功能不一，往往不能实现IGMP报文透传，因此该协议只能运作于机顶盒直连电信家庭网关场景。
现网用户家庭接入网络环境复杂是当前组播推进最大障碍，现网用户接入中机顶盒通过自有路由器接入占比很高（粗略统计全省应该有60%的活跃用户属于上述情况），要提升组播改造率，势必需要解决此类用户改造问题，而由装机人员逐一上门进行网络改造，会大量增加人工成本，且还有现场实际布线难，用户是否许可等各种问题，客观上存在很多困难。
研究目的
中国电信厦门分公司运营支撑中心提出一种基于L2TP隧道组播实现解决方案，该方案理论上可以适用当前所有网络接入环境。本发明目的是不改造用户家庭网络前提下，解决机顶盒组播部署问题，利用隧道技术对IGMP报文进行封装，使其穿越家庭组网设备直达组播路由器，从而解决复杂网络下组播报文传送问题，无需装维人员上门和改造客户端网络环境即可实现天翼终端的组播改造。
意义与成本预估
1、无需考虑家庭终端性能与转发能力，不增加家庭终端负荷。远程下发用户无感知，避免维护上门改造骚扰用户，减少用户投诉。
2、无需大规模投入物理资源，耗费的是现有设备背板带宽，同时极大节省人工维护成本。
3、易在现网部署。
4、节省人工成本估算：按全省符合改造用户135万，装维上门成本30元/人次，60%改造率计算，可节省人工成本=135*30*60%=2430万元
平台资源成本：按每G带宽成本2.7万，用户平均码流5.5M，并发数20%计算，可节省CDN资源成本=(1350000*5.5*20%/1024)*2.7=3915.5万元
国内同类技术对比
杭州华三通信技术有限公司专利：一种实现组播跨VPN转发的方法及装置。该专利核心点在于骨干路由器组播转发能力和机制的提升，实现设备上基于VPN的组播报文的转发能力，涉及领域为通信领域。而本方案核心点为结合隧道机制和组播技术，解决机顶盒用户因家庭复杂组网无法实现组播部署问题，涉及领域为互动电视。二者解决问题点有根本不同。
二、研究方案
（一）总体思路
现阶段用户家庭组网方案越来越个性化，在个性化组网内推动基于组播协议的天翼高清业务存在诸多问题，多数情况下，机顶盒发出的IGMP报文会被用户路由器终结，无法上传，也就无法实现组播。在此条件下如需完成组播部署，需要维护人员上门改造线路，除了耗费人工成本，工作量大，效率低外，首先还得征得用户的许可。
现有技术组播改造场景
通过将成熟的L2TP隧道技术与组播技术完美结合应用于互动电视接入复杂网络场景中，在机顶盒与组播路由器之间建立端到端隧道，利用隧道技术对IGMP报文进行封装，使其穿越家庭组网设备直达组播路由器。从而解决复杂网络下组播报文传送问题。
隧道组播改造应用场景
（二）实施计划
明确方案目标后，制定5步走的实施计划：
第一阶段(2019年3月)：环境搭建&功能验证
1、制定流量模型及详细测试方案，评估技术可行性。
2、承载网络:在城域网内选定合适充当LNS的设备，并实现其隧道组播功能。
3、选取终端设备进行功能验证:以PC，手机、机顶盒等各类终端作为LAC，向LNS发起隧道连接。并实验隧道组播效果。
第二阶段（2019年4月-6月）：终端版本开发
机顶盒要具备L2TP拨号功能，当前机顶盒只有：静态IP，DHCP，PPPOE拨号三种IP获取形式，我们创造性提出在机顶盒上实现第4种获得IP的方式：L2TP隧道拨号，最终实现基于安卓系统的隧道功能开发。
第三阶段（2019年7月）：业务流程制订
流程设定：机顶盒开机过程中控制平台下发参数，机顶盒判断是否有拨号参数，如有（L2TPFlag=1），则根据参数中LNS IP，以及认证账号/密码进行拨号，拨号行为只进行一次尝试，拨号失败默认走回单播路由（单播环境认证以及获得单播播放链接）。如果拨号成功，基于隧道接口（PPPx）添加业务平台路由（目的是带组播属性源IP访问业务平台，获得组播播放链接），机顶盒由业务路由引导到业务平台认证，认证成功业务平台下发频道列表（包含组、单播播放链接）。
第四阶段（2019年8月）：小范围业务下发验证
测试并提供城域网LNS配置规范。归纳LNS版本条件,在厦门城域网预计搭建1台集中式LNS，多台分布式LNS，在指定LNS上投放测试用户。
第五阶段（2019年9月）：大面积推广
制定投放计划，批量投放，有效提升组播部署率，形成生产效益。
（三）社会、经济效益和科技水平
经济效益:
人工成本：按全省符合改造用户135万，装维上门成本30元/人次，60%改造率计算，可节省人工成本=135*30*60%=2430万元
平台资源成本：按每G带宽成本2.7万，用户平均码流5.5M，并发数20%计算，可节省CDN资源成本=(1350000*5.5*20%/1024)*2.7=3915.5万元
社会效益:
1、远程下发用户无感知，避免维护上门改造骚扰用户，减少用户投诉。
2、方案为机顶盒添加隧道属性，失效也不会影响用户正常观看。
3、方案解决长期困扰我司的组播环境下家庭云，投屏等公网功能无法正常使用的问题，有效规避了用户投诉。
综上，方案解决客观上间接提升了客户满意度。
（四）关键创新点
本方案为独创的技术解决方案：
1、将成熟的L2TP隧道技术与组播技术完美结合应用于互动电视接入复杂网络场景中。攻克长期以来公认技术难点，在复杂网络环境下也能进行组播部署。结合电信城域网网络架构，设计合理接入方案。能有效提高组播部署率，节省大量人工成本。
2、基于安卓系统创造性开发，拓展机顶盒拨号模式。
3、方案在机顶盒终端上通过隧道技术实现业务模式多样化，设计切合智慧家庭推进理念。
三、业务流程
1、网管平台根据预先采集的家庭网关探针数据，分析出因复杂组网无法应用直连组播的机顶盒用户。
2、机顶盒网关针对待改造用户下发支持隧道组播的机顶盒版本，机顶盒自动完成升级。
3、机顶盒开机通过家庭宽带接入互联网，保证到LNS的网络可达。
4、机顶盒网管接收到机顶盒开机信息，确认将用户修改为隧道组播待改造用户后，对机顶盒下发L2TP拨号参数（参数包括LNS地址，隧道认证账号密码，隧道验证码，中兴、华为平台认证地址，BMS认证地址）。
5、机顶盒接收参数后，完成L2TP拨号过程，建立隧道。组播请求经过隧道封装后直达LNS。视频流则沿隧道下发至机顶盒。
6、在隧道模式下，直播类节目以组播方式请求，点播类节目以单播方式请求，业务流量均承载于隧道通道上。
7、隧道建立失败或隧道异常终结，机顶盒自动切换回宽带通道单播模式，视频流将沿原宽带通道下发，用户业务不受影响。
业务流程图
四、经验总结
1．骨干侧应用条件：当下采用华为BAS/MSE充当LNS，版本要求为V600R009或更高版本,设备具有L2TP License：NetEngine40E&80E L2TP Function License，,应采用LPUF-102以上高密接口板作为LNS处理板。同时，应尽量避免LNS接口板同时承载普宽业务，即保证宽带接入板与LNS接口板不同板。
2、终端应用条件：华为、中兴当前主流机型，如华为EC6108v9，中兴B860Av1.1，B860Av1.1-T等，均已通过可行性验证。伴随主流机型商用版本推出，即可现网进行业务部署。
3．方案的实用性：结合电信城域网网络架构，设计合理的接入方案，将成熟的L2TP隧道技术与组播技术结合应用于任意复杂的家庭网络环境中，无需关注家庭网络路由数量，或用户终端接入介质条件，只需要确认机顶盒到LNS（隧道终结者）设备网络连通，在不改造用户家庭网络前提下，解决机顶盒组播部署问题，具有良好的实用性。
4．成本优势：无需考虑家庭终端性能与转发能力，不增加家庭终端负荷；无需大规模投入物理资源，利用的只是现有设备背板带宽，同时极大节省人工维护成本；易在现网部署。
5．应用效果：方案目前已在福建全省推广，在具备上述可用板卡资源的MSE设备上选取用户进行试点投放，一般选取原则是有线接入，当前尚未完成组播改造，家庭组网为二级以上路由接入，非行业用户等，投放效果良好。
