談廣電網(wǎng)絡(luò )數字電視系統IP化設計論文
2013年，廣電網(wǎng)絡(luò )整合加速推進(jìn)，全國各地廣電網(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(xiàn)光纜網(wǎng)連通全省所有縣級以上有線(xiàn)電視前端機房，于2003年實(shí)現全省有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )的整合，并于2009年完成了全省有線(xiàn)電視數字化整轉平臺建設。由于整轉初期江西廣電網(wǎng)絡(luò )省干線(xiàn)傳輸系統資源有限，前端建設時(shí)采用了以傳統技術(shù)為主的方式設計節目平臺。隨著(zhù)近年省干線(xiàn)傳輸系統的擴容，以及數字電視技術(shù)和各項業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，原有系統已不能滿(mǎn)足需要。為此，江西廣電網(wǎng)絡(luò )于2014年對全省有線(xiàn)數字電視系統進(jìn)行了IP化改造。該文將對此方案進(jìn)行詳細介紹。
1總體規劃
1.1原有系統情況介紹
為了發(fā)揮全省廣電網(wǎng)絡(luò )整合的優(yōu)勢，江西廣電網(wǎng)絡(luò )在數字電視平臺設計時(shí)采用了統一建設的方案，在省中心機房建設了一個(gè)全省數字電視總前端，大部分電視節目和增值業(yè)務(wù)總前端統一接收、編碼、復用加擾后，通過(guò)干線(xiàn)傳輸網(wǎng)送到全省各級分公司有線(xiàn)電視網(wǎng)。在各市縣分公司建立分前端，將通過(guò)網(wǎng)絡(luò )遠程加擾本地電視節目、增值業(yè)務(wù)和接收下來(lái)的總前端信號一同送入本地有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )。在我省節目平臺技術(shù)選型中，核心復用加擾設備選擇了具備IP交換能力的大容量平臺化產(chǎn)品：湯姆遜NetProcessor9040。但由于我省干線(xiàn)傳輸條件的限制，無(wú)法實(shí)現全IP化方案，節目平臺總前端仍按8-10套標清一個(gè)節目流輸出ASI信號，并通過(guò)適配器將ASI適配成DS3后通過(guò)省干線(xiàn)SDH網(wǎng)絡(luò )向全省傳輸的方案。系統組成如圖1所示。
1.2數字電視IP化的優(yōu)勢
數字電視平臺IP化減少了運行成本：IP化后系統結構簡(jiǎn)單節省了設備，干線(xiàn)傳輸中使用了大顆粒傳輸類(lèi)型傳輸業(yè)務(wù)節約了板卡，在接收調制方面IPQAM成本也只有普通QAM的1/10。數字電視平臺IP化后另外一個(gè)顯著(zhù)的好處就是節目的調度方便：IP化后電視節目都將匯聚到核心交換機，需要任何電視節目只需在核心交換機進(jìn)行調度即可，方便簡(jiǎn)捷。數字電視平臺IP化后擴容方便：只要傳送的業(yè)務(wù)的GE通道數據沒(méi)達到通道速率就可以直接添加業(yè)務(wù)，不需要增加其他設備。數字電視平臺IP化在廣電行業(yè)中已經(jīng)逐步推廣普及，全IP架構代替傳統ASI架構已經(jīng)成為了趨勢。
1.3總體方案
經(jīng)過(guò)對現有數字電視技術(shù)、IP技術(shù)的鉆研，本著(zhù)節約成本，保證原有數字電視系統不動(dòng)的情況下，我省數字電視IP化方案決定只對系統最終輸出的ASI流進(jìn)行IP化，這樣規劃既可以節省大量建設成本，又可以將原系統傳輸的ASI流電視節目與改造后的IP流電視節目互為備份提高安全播出系數，結構示意圖如圖2。該方案屬于傳統與IP化混合播出，不是完全的IP化，它接收、編碼、復用都是傳統構架，傳輸、調制部分才進(jìn)行了IP化。該方案保留了傳統系統的穩定性，又兼顧了IP化的優(yōu)勢，但是在電視節目調度的靈活性上做了犧牲。我省標清平臺和高清平臺搭建時(shí)間不同，所以具體IP化的方案也有差異。標清平臺由于搭建時(shí)間較早，復用加擾器沒(méi)有集成IP模塊無(wú)法直接輸出IP流，需要通過(guò)設備將ASI節目流IP化；而高清平臺搭建時(shí)間較晚，復用加擾器集成了IP模塊，設備能直接輸出IP流到交換機進(jìn)行匯聚。我省數字電視平臺前端設備為了保證安全播出全部為1+1熱備份，此次方案采購的設備也全部1+1備份。省中心機房前端轉IP使用思科平臺設備DCM，核心交換機是思科4948千兆交換機。標清IP流在DCM生成，原數字電視平臺中經(jīng)過(guò)主、備切換選擇過(guò)的標清ASI流分兩路輸入主、備思科DCM，DCM將ASI流IP化后輸出最終標清IP流（239.x.x.a）。高清IP流先在復用加擾器生成，高清平臺主、備復用加擾器組產(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)行了數據備份，任何一臺DCM將接收到的主、備兩路原始高清IP節目流（232.0.y.b），DCM進(jìn)行分析并選擇無(wú)故障的一路IP節目流重新生產(chǎn)組播地址并輸出，產(chǎn)生最終的高清IP流（239.x.x.b）。無(wú)論是標清還是高清電視節目的最終IP流（239.x.x.c）都是由DCM產(chǎn)成的，為了方便調度，IP流又由DCM返回了思科4948交換機，再由4948的光口送到波分系統，經(jīng)省干線(xiàn)傳輸網(wǎng)送到各市、縣分公司前端，各市、縣分公司前端經(jīng)數碼IPQAM接收后送到本地有線(xiàn)電視網(wǎng)。方案具體設備結構如圖3。該方案主備設備完全分開(kāi)，必要時(shí)還能通過(guò)主、備思科4948之間的連接線(xiàn)將主、備復用加擾器的`輸出IP流同時(shí)調度到兩臺思科DCM，極大的保障了安全播出。
2總前端節目平臺組網(wǎng)方案
2.1前端設備
前端最重要的設備是核心交換機4948，所有的設備都是經(jīng)過(guò)這里進(jìn)行轉發(fā)和匯聚的。我省前端每臺思科4948輸出了2個(gè)GE信號到波分系統，分別是標清和高清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)節目傳輸的通道在使用，為了保證2個(gè)GE通道信號的正常就必須對2個(gè)GE端口進(jìn)行設置，如圖4設置�！癷ppimsparse-mode”顯示該交換機啟用了組播協(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據，由于我省本期建設的為廣播式IP系統，所以避免下游數據上來(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 )因為下游某臺IPQAM標清和高清GE端口接反了或者IPQAM配置有誤，造成數據流溢出，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前端規劃
前端最重要的是組播地址的規劃，在IP化建設前必須詳細規劃好每一處的組播地址和設備地址。我省IP化系統搭建之初高清復用加擾器輸出的原始IP流組播地址與DCM產(chǎn)生的最終IP流組播地址規劃的一樣（均為239，x.x.b），結果在測試過(guò)程中發(fā)現下游各分公司前端IPQAM接收到的高清IP流通道的數據是正常流數據的2倍，但是節目正常，檢查發(fā)現思科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，由于高清復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)，只根據組播地址來(lái)取節目，所以?xún)蓚�(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流中的數據量是正常的2備，IPQAM在調制電視節目時(shí)又隨機收取了一個(gè)組播流，由于2個(gè)組播流節目一樣，所以電視節目的接收是正常的，但是如果2個(gè)組播流節目不同，就會(huì )造成接收的節目混亂。由于該事件的發(fā)生，我省將高清復用加擾器輸出的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(lèi)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(lèi)事件的產(chǎn)生，如圖5。該端口訪(fǎng)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(zhù)設備配置越簡(jiǎn)單越好的原則，我省此次建設沒(méi)有使用該方法，而是選擇使用了不同的組播地址。
3干線(xiàn)網(wǎng)傳輸方案
我省干線(xiàn)網(wǎng)為華為80G波分系統，拓撲采用環(huán)狀結構，省一干傳輸拓撲圖（如圖6）。我省部分市分公司建設了省二干傳輸網(wǎng)，其傳輸拓撲圖與省一干基本相似；還有部分市級分前端采用有線(xiàn)電視光機直接將數字電視信號送到所轄縣級分前端，其傳輸方式就更簡(jiǎn)單。我省IP流傳輸使用的是廣播式GE，由省中心機房通過(guò)省一干波分系統廣播到各個(gè)市級分公司，部分市級分公司又通過(guò)省二干波分系統廣播到所轄縣級分公司。
3.1業(yè)務(wù)保護機制
首先，我省干線(xiàn)傳輸中光纖采用的雙發(fā)選收機制，每2個(gè)站點(diǎn)間都有主、備兩對纖，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)選收的保護機制，保證傳輸的安全。例如：上饒要接收數字電視IP流，首先，省中心機房通過(guò)九江和撫州兩個(gè)方向分別將兩路GE信號送到了上饒兩個(gè)方向來(lái)的線(xiàn)路板上了，上饒的業(yè)務(wù)板通過(guò)預先設置好的選收機制將其中一路作為主用信號，另外一路作為備用信號，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。
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，在省中心機房分別送到的機房波分系統的4塊業(yè)務(wù)板，由于省一干波分系統建設比較早市級分公司只當時(shí)只配備了2塊業(yè)務(wù)板，省中心機房下來(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)；省二干波分系統數字電視系統GE信號的發(fā)送和接收都是分攤在4塊業(yè)務(wù)板上的，這樣規劃避免了由于板卡故障造成GE信號中斷的情況。
4市縣級分前端節目平臺組網(wǎng)方案
在接收入網(wǎng)的方面，我省當時(shí)有2種方案，數碼視訊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，各分公司只采購一臺IPQAM將主、備信號同時(shí)輸入該IPQAM，通過(guò)IPQAM來(lái)進(jìn)行主、備切換選擇GE信號；方案二：使用主、備IPQAM分別接收主、備GE信號，主、備IPQAM輸出主、備射頻信號后，再由射頻切換器切換選擇射頻信號送入本地HFC網(wǎng)。方案一在播出的安全性上有缺陷：由于沒(méi)有備分設備，如果IPQAM出現故障不能工作，整個(gè)電視節目信號都會(huì )中斷；同時(shí)IPQAM主、備切換機制簡(jiǎn)單，只檢測主、備光輸入口沒(méi)有IP信號輸入，如果沒(méi)有才進(jìn)行切換，不檢測具體的流數據，如果只是某一個(gè)組播流沒(méi)有了信號不會(huì )發(fā)生切換。當然該方案優(yōu)點(diǎn)也明顯，建設成本較低。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量較多建設成本比方案一增加了不少。經(jīng)過(guò)綜合考慮和比較，本著(zhù)“不間斷、高質(zhì)量、既經(jīng)濟、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目擴容。
5結語(yǔ)
隨著(zhù)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(kāi)始運營(yíng)IPTV業(yè)務(wù)之外，互聯(lián)網(wǎng)巨頭也以半賣(mài)半送的形式向用戶(hù)發(fā)放他們的OTT盒子�，F在我省各分公司前端接收的IP流電視節目和原有ASI流電視節目作為主、備信號使用，但是IP流的保護機制已經(jīng)比較完善了，本著(zhù)節約成本的原則，將暫不需增加經(jīng)費維修、購買(mǎi)原有ASI流接收設備，原有ASI流接收設備將會(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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