談廣電網(wǎng)絡(luò)數(shù)字電視系統(tǒng)IP化設(shè)計(jì)論文
2013年，廣電網(wǎng)絡(luò)整合加速推進(jìn)，全國(guó)各地廣電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)完成和正在進(jìn)行“一省一網(wǎng)”整合工作的省級(jí)廣電網(wǎng)絡(luò)公司已超過(guò)2/3。江西廣電網(wǎng)絡(luò)于2002年將省干線光纜網(wǎng)連通全省所有縣級(jí)以上有線電視前端機(jī)房，于2003年實(shí)現(xiàn)全省有線電視網(wǎng)絡(luò)的整合，并于2009年完成了全省有線電視數(shù)字化整轉(zhuǎn)平臺(tái)建設(shè)。由于整轉(zhuǎn)初期江西廣電網(wǎng)絡(luò)省干線傳輸系統(tǒng)資源有限，前端建設(shè)時(shí)采用了以傳統(tǒng)技術(shù)為主的方式設(shè)計(jì)節(jié)目平臺(tái)。隨著近年省干線傳輸系統(tǒng)的擴(kuò)容，以及數(shù)字電視技術(shù)和各項(xiàng)業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，原有系統(tǒng)已不能滿足需要。為此，江西廣電網(wǎng)絡(luò)于2014年對(duì)全省有線數(shù)字電視系統(tǒng)進(jìn)行了IP化改造。該文將對(duì)此方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。
1總體規(guī)劃
1.1原有系統(tǒng)情況介紹
為了發(fā)揮全省廣電網(wǎng)絡(luò)整合的優(yōu)勢(shì)，江西廣電網(wǎng)絡(luò)在數(shù)字電視平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)采用了統(tǒng)一建設(shè)的方案，在省中心機(jī)房建設(shè)了一個(gè)全省數(shù)字電視總前端，大部分電視節(jié)目和增值業(yè)務(wù)總前端統(tǒng)一接收、編碼、復(fù)用加擾后，通過(guò)干線傳輸網(wǎng)送到全省各級(jí)分公司有線電視網(wǎng)。在各市縣分公司建立分前端，將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程加擾本地電視節(jié)目、增值業(yè)務(wù)和接收下來(lái)的總前端信號(hào)一同送入本地有線電視網(wǎng)絡(luò)。在我省節(jié)目平臺(tái)技術(shù)選型中，核心復(fù)用加擾設(shè)備選擇了具備IP交換能力的大容量平臺(tái)化產(chǎn)品：湯姆遜NetProcessor9040。但由于我省干線傳輸條件的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P化方案，節(jié)目平臺(tái)總前端仍按8-10套標(biāo)清一個(gè)節(jié)目流輸出ASI信號(hào)，并通過(guò)適配器將ASI適配成DS3后通過(guò)省干線SDH網(wǎng)絡(luò)向全省傳輸?shù)姆桨浮Ｏ到y(tǒng)組成如圖1所示。
1.2數(shù)字電視IP化的優(yōu)勢(shì)
數(shù)字電視平臺(tái)IP化減少了運(yùn)行成本：IP化后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單節(jié)省了設(shè)備，干線傳輸中使用了大顆粒傳輸類型傳輸業(yè)務(wù)節(jié)約了板卡，在接收調(diào)制方面IPQAM成本也只有普通QAM的1/10。數(shù)字電視平臺(tái)IP化后另外一個(gè)顯著的好處就是節(jié)目的調(diào)度方便：IP化后電視節(jié)目都將匯聚到核心交換機(jī)，需要任何電視節(jié)目只需在核心交換機(jī)進(jìn)行調(diào)度即可，方便簡(jiǎn)捷。數(shù)字電視平臺(tái)IP化后擴(kuò)容方便：只要傳送的業(yè)務(wù)的GE通道數(shù)據(jù)沒(méi)達(dá)到通道速率就可以直接添加業(yè)務(wù)，不需要增加其他設(shè)備。數(shù)字電視平臺(tái)IP化在廣電行業(yè)中已經(jīng)逐步推廣普及，全I(xiàn)P架構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)ASI架構(gòu)已經(jīng)成為了趨勢(shì)。
1.3總體方案
經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有數(shù)字電視技術(shù)、IP技術(shù)的鉆研，本著節(jié)約成本，保證原有數(shù)字電視系統(tǒng)不動(dòng)的情況下，我省數(shù)字電視IP化方案決定只對(duì)系統(tǒng)最終輸出的ASI流進(jìn)行IP化，這樣規(guī)劃既可以節(jié)省大量建設(shè)成本，又可以將原系統(tǒng)傳輸?shù)腁SI流電視節(jié)目與改造后的IP流電視節(jié)目互為備份提高安全播出系數(shù)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。該方案屬于傳統(tǒng)與IP化混合播出，不是完全的IP化，它接收、編碼、復(fù)用都是傳統(tǒng)構(gòu)架，傳輸、調(diào)制部分才進(jìn)行了IP化。該方案保留了傳統(tǒng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又兼顧了IP化的優(yōu)勢(shì)，但是在電視節(jié)目調(diào)度的靈活性上做了犧牲。我省標(biāo)清平臺(tái)和高清平臺(tái)搭建時(shí)間不同，所以具體IP化的方案也有差異。標(biāo)清平臺(tái)由于搭建時(shí)間較早，復(fù)用加擾器沒(méi)有集成IP模塊無(wú)法直接輸出IP流，需要通過(guò)設(shè)備將ASI節(jié)目流IP化；而高清平臺(tái)搭建時(shí)間較晚，復(fù)用加擾器集成了IP模塊，設(shè)備能直接輸出IP流到交換機(jī)進(jìn)行匯聚。我省數(shù)字電視平臺(tái)前端設(shè)備為了保證安全播出全部為1+1熱備份，此次方案采購(gòu)的設(shè)備也全部1+1備份。省中心機(jī)房前端轉(zhuǎn)IP使用思科平臺(tái)設(shè)備DCM，核心交換機(jī)是思科4948千兆交換機(jī)。標(biāo)清IP流在DCM生成，原數(shù)字電視平臺(tái)中經(jīng)過(guò)主、備切換選擇過(guò)的標(biāo)清ASI流分兩路輸入主、備思科DCM，DCM將ASI流IP化后輸出最終標(biāo)清IP流（239.x.x.a）。高清IP流先在復(fù)用加擾器生成，高清平臺(tái)主、備復(fù)用加擾器組產(chǎn)生高清IP流后分別送到主、備思科4948，匯聚后的高清流再通過(guò)思科4948送到DCM，由于主備思科4948進(jìn)行了數(shù)據(jù)備份，任何一臺(tái)DCM將接收到的主、備兩路原始高清IP節(jié)目流（232.0.y.b），DCM進(jìn)行分析并選擇無(wú)故障的一路IP節(jié)目流重新生產(chǎn)組播地址并輸出，產(chǎn)生最終的高清IP流（239.x.x.b）。無(wú)論是標(biāo)清還是高清電視節(jié)目的最終IP流（239.x.x.c）都是由DCM產(chǎn)成的，為了方便調(diào)度，IP流又由DCM返回了思科4948交換機(jī)，再由4948的光口送到波分系統(tǒng)，經(jīng)省干線傳輸網(wǎng)送到各市、縣分公司前端，各市、縣分公司前端經(jīng)數(shù)碼IPQAM接收后送到本地有線電視網(wǎng)。方案具體設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖3。該方案主備設(shè)備完全分開，必要時(shí)還能通過(guò)主、備思科4948之間的連接線將主、備復(fù)用加擾器的`輸出IP流同時(shí)調(diào)度到兩臺(tái)思科DCM，極大的保障了安全播出。
2總前端節(jié)目平臺(tái)組網(wǎng)方案
2.1前端設(shè)備
前端最重要的設(shè)備是核心交換機(jī)4948，所有的設(shè)備都是經(jīng)過(guò)這里進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和匯聚的。我省前端每臺(tái)思科4948輸出了2個(gè)GE信號(hào)到波分系統(tǒng)，分別是標(biāo)清和高清IP流，由于我省IP化使用是組播方式進(jìn)行IP流的傳播，所以思科4948只是做為一個(gè)節(jié)目傳輸?shù)耐ǖ涝谑褂茫瑸榱吮ＷC2個(gè)GE通道信號(hào)的正常就必須對(duì)2個(gè)GE端口進(jìn)行設(shè)置，如圖4設(shè)置。“ippimsparse-mode”顯示該交換機(jī)啟用了組播協(xié)議，組播協(xié)議是密集模式，這是組播傳播的先決條件；“ipaccess-groupacl_denyin”顯示該端口拒絕接收數(shù)據(jù)，由于我省本期建設(shè)的為廣播式IP系統(tǒng)，所以避免下游數(shù)據(jù)上來(lái)啟用了該命令行；“ipigmpstatic-group”這是靜態(tài)IP組播表，只有在該組播表里的組播地址才能被傳播出去。Igmp協(xié)議version3才能使用該功能。這樣配置保證了只有列表中的IP流才會(huì)被傳播出去，不會(huì)因?yàn)橄掠文撑_(tái)IPQAM標(biāo)清和高清GE端口接反了或者IPQAM配置有誤，造成數(shù)據(jù)流溢出，使得全省IPQAM都無(wú)法正常接收IP流，從而造成安全播出事故。
2.2前端規(guī)劃
前端最重要的是組播地址的規(guī)劃，在IP化建設(shè)前必須詳細(xì)規(guī)劃好每一處的組播地址和設(shè)備地址。我省IP化系統(tǒng)搭建之初高清復(fù)用加擾器輸出的原始IP流組播地址與DCM產(chǎn)生的最終IP流組播地址規(guī)劃的一樣（均為239，x.x.b），結(jié)果在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)下游各分公司前端IPQAM接收到的高清IP流通道的數(shù)據(jù)是正常流數(shù)據(jù)的2倍，但是節(jié)目正常，檢查發(fā)現(xiàn)思科4948端口的流量也是正常流量的2倍。經(jīng)過(guò)大量排查后發(fā)現(xiàn)，由于高清復(fù)用加擾器生成的原始IP流和DCM的生成的最終IP流組播地址相同，而整條鏈路相對(duì)于組播流來(lái)說(shuō)只是一個(gè)通道，下游分公司前端IPQAM抓取組播流時(shí)，只根據(jù)組播地址來(lái)取節(jié)目，所以兩個(gè)組播地址相同的組播流都通過(guò)了思科4948的光口輸出到了下游的IPQAM中，所以IP流中的數(shù)據(jù)量是正常的2備，IPQAM在調(diào)制電視節(jié)目時(shí)又隨機(jī)收取了一個(gè)組播流，由于2個(gè)組播流節(jié)目一樣，所以電視節(jié)目的接收是正常的，但是如果2個(gè)組播流節(jié)目不同，就會(huì)造成接收的節(jié)目混亂。由于該事件的發(fā)生，我省將高清復(fù)用加擾器輸出的IP流組播地址進(jìn)行了更改，并且在同一個(gè)系統(tǒng)中即使IP流不互聯(lián)也不再使用相同的組播地址，避免該類事件的再度發(fā)生。思科4948也能通過(guò)協(xié)議控制端口選擇某個(gè)源來(lái)的組播流，避免該類事件的產(chǎn)生，如圖5。該端口訪問(wèn)列表表示該端口只能輸出從網(wǎng)絡(luò)地址172.30.z.13和172.30.z.17的復(fù)用加擾器來(lái)的組播流，避免了其他端口過(guò)來(lái)的相同組播地址的IP流從該端口出去，雖然該方法也能避免相同組播地址同時(shí)傳播的問(wèn)題，但是本著設(shè)備配置越簡(jiǎn)單越好的原則，我省此次建設(shè)沒(méi)有使用該方法，而是選擇使用了不同的組播地址。
3干線網(wǎng)傳輸方案
我省干線網(wǎng)為華為80G波分系統(tǒng)，拓?fù)洳捎铆h(huán)狀結(jié)構(gòu)，省一干傳輸拓?fù)鋱D（如圖6）。我省部分市分公司建設(shè)了省二干傳輸網(wǎng)，其傳輸拓?fù)鋱D與省一干基本相似；還有部分市級(jí)分前端采用有線電視光機(jī)直接將數(shù)字電視信號(hào)送到所轄縣級(jí)分前端，其傳輸方式就更簡(jiǎn)單。我省IP流傳輸使用的是廣播式GE，由省中心機(jī)房通過(guò)省一干波分系統(tǒng)廣播到各個(gè)市級(jí)分公司，部分市級(jí)分公司又通過(guò)省二干波分系統(tǒng)廣播到所轄縣級(jí)分公司。
3.1業(yè)務(wù)保護(hù)機(jī)制
首先，我省干線傳輸中光纖采用的雙發(fā)選收機(jī)制，每2個(gè)站點(diǎn)間都有主、備兩對(duì)纖，極大的避免了光路中斷的可能性。其次，在業(yè)務(wù)配置上采用雙發(fā)選收的保護(hù)機(jī)制，保證傳輸?shù)陌踩＠纾荷橡堃邮諗?shù)字電視IP流，首先，省中心機(jī)房通過(guò)九江和撫州兩個(gè)方向分別將兩路GE信號(hào)送到了上饒兩個(gè)方向來(lái)的線路板上了，上饒的業(yè)務(wù)板通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的選收機(jī)制將其中一路作為主用信號(hào)，另外一路作為備用信號(hào)，在一個(gè)光路中斷或板卡故障的情況下，保證能從另外一個(gè)方向接收到GE信號(hào)。
3.2發(fā)送和接收方面
省前端的主、備思科4948發(fā)出的4個(gè)光信號(hào)，在省中心機(jī)房分別送到的機(jī)房波分系統(tǒng)的4塊業(yè)務(wù)板，由于省一干波分系統(tǒng)建設(shè)比較早市級(jí)分公司只當(dāng)時(shí)只配備了2塊業(yè)務(wù)板，省中心機(jī)房下來(lái)的4個(gè)GE業(yè)務(wù)分別兩兩通過(guò)這2塊業(yè)務(wù)板接收下來(lái)；省二干波分系統(tǒng)數(shù)字電視系統(tǒng)GE信號(hào)的發(fā)送和接收都是分?jǐn)傇?塊業(yè)務(wù)板上的，這樣規(guī)劃避免了由于板卡故障造成GE信號(hào)中斷的情況。
4市縣級(jí)分前端節(jié)目平臺(tái)組網(wǎng)方案
在接收入網(wǎng)的方面，我省當(dāng)時(shí)有2種方案，數(shù)碼視訊IPQAM的集成度較高，一塊射頻卡就能輸出48個(gè)不鄰頻的頻點(diǎn)，而且光接收口具有主、備切換的功能，方案一，各分公司只采購(gòu)一臺(tái)IPQAM將主、備信號(hào)同時(shí)輸入該IPQAM，通過(guò)IPQAM來(lái)進(jìn)行主、備切換選擇GE信號(hào)；方案二：使用主、備IPQAM分別接收主、備GE信號(hào)，主、備IPQAM輸出主、備射頻信號(hào)后，再由射頻切換器切換選擇射頻信號(hào)送入本地HFC網(wǎng)。方案一在播出的安全性上有缺陷：由于沒(méi)有備分設(shè)備，如果IPQAM出現(xiàn)故障不能工作，整個(gè)電視節(jié)目信號(hào)都會(huì)中斷；同時(shí)IPQAM主、備切換機(jī)制簡(jiǎn)單，只檢測(cè)主、備光輸入口沒(méi)有IP信號(hào)輸入，如果沒(méi)有才進(jìn)行切換，不檢測(cè)具體的流數(shù)據(jù)，如果只是某一個(gè)組播流沒(méi)有了信號(hào)不會(huì)發(fā)生切換。當(dāng)然該方案優(yōu)點(diǎn)也明顯，建設(shè)成本較低。方案二在安全性上比方案一更有保障，但是由于我省分公司數(shù)量較多建設(shè)成本比方案一增加了不少。經(jīng)過(guò)綜合考慮和比較，本著“不間斷、高質(zhì)量、既經(jīng)濟(jì)、又安全”的方針，我省選擇了第二種方案，使用該方案也利于后期電視節(jié)目擴(kuò)容。
5結(jié)語(yǔ)
隨著三網(wǎng)融合試點(diǎn)的不斷推進(jìn)，除了越來(lái)越多的城市開始運(yùn)營(yíng)IPTV業(yè)務(wù)之外，互聯(lián)網(wǎng)巨頭也以半賣半送的形式向用戶發(fā)放他們的OTT盒子。現(xiàn)在我省各分公司前端接收的IP流電視節(jié)目和原有ASI流電視節(jié)目作為主、備信號(hào)使用，但是IP流的保護(hù)機(jī)制已經(jīng)比較完善了，本著節(jié)約成本的原則，將暫不需增加經(jīng)費(fèi)維修、購(gòu)買原有ASI流接收設(shè)備，原有ASI流接收設(shè)備將會(huì)自然淘汰，IP流接收將是我省各分公司前端接收入網(wǎng)的主用方式。便于未來(lái)智能家庭產(chǎn)品的不斷推進(jìn)。
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