數(shù)字電視IP組播信源切換方案

導(dǎo)語：數(shù)字電視IP組播信源切換方案一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文提出一種基于網(wǎng)閘設(shè)備的IP組播信源切換方案，應(yīng)用于有線電視前端對不同輸入源的IP格式直播電視信號作切換和處理。該方案可同時服務(wù)于有線電視光纖入戶和傳統(tǒng)同軸電纜兩類不同接入網(wǎng)用戶，具有安全可控及應(yīng)用開放性高的特點。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)閘;IP組播;信源切換

1引言

為提升三網(wǎng)融合形勢下的行業(yè)競爭力，有線電視網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前正加快部署高清化、IP化數(shù)字電視前端和光纖入戶網(wǎng)絡(luò)改造，以滿足未來家庭用戶至少100Mbps的帶寬需求。從建設(shè)運維成本、業(yè)務(wù)承載能力、可靠性、未來演進(jìn)及技術(shù)發(fā)展趨勢等角度考慮，光纖入戶是未來網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的最佳方式。當(dāng)前，廣電網(wǎng)絡(luò)光纖入戶主要采用單纖雙波或雙纖三波方式，而從網(wǎng)絡(luò)部署和投資效益角度分析，單纖雙波是未來的主要演進(jìn)方向。因此，在接入網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過程中，有線電視前端系統(tǒng)需要進(jìn)行ip化融合改造，以同時服務(wù)基于IP端到端的光纖入戶用戶，以及基于DVB標(biāo)準(zhǔn)的同軸電纜接入用戶。在IP化有線電視前端系統(tǒng)中，信源切換模塊作為較為核心的信號處理環(huán)節(jié)，需要滿足廣播電視前端系統(tǒng)多路IP組播信源切換，使用TCP/IP高標(biāo)準(zhǔn)化傳輸協(xié)議以及實現(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)隔離來提升網(wǎng)絡(luò)安全性等業(yè)務(wù)需求。本文提出一種基于網(wǎng)閘設(shè)備的IP組播信源切換方案，應(yīng)用于有線電視前端對不同輸入源的IP格式直播電視信號作切換和處理。

2網(wǎng)閘功能概述

網(wǎng)閘設(shè)備是由兩套各自獨立的系統(tǒng)組成的，分別連接安全和非安全的網(wǎng)絡(luò)，這兩套系統(tǒng)通過網(wǎng)閘進(jìn)行信息擺渡，保證兩套系統(tǒng)之間沒有直接的物理通路。在本方案廣播電視IP化前端機房的應(yīng)用中，信號源接入節(jié)點上下游網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)管理上屬于互為非信任域：上游網(wǎng)絡(luò)為省級干線網(wǎng)絡(luò)或市級對聯(lián)專線網(wǎng)絡(luò)、不同節(jié)目源或來源于不同單位運維的網(wǎng)絡(luò)；下游網(wǎng)絡(luò)為地市廣電單位自主運維的業(yè)務(wù)承載城域網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)閘設(shè)備實現(xiàn)切換不同信源輸出，同時實現(xiàn)了上下游網(wǎng)絡(luò)的邏輯隔離，防止兩個網(wǎng)絡(luò)間的非法流量互相影響，以確保雙邊平臺的安全。2.1物理層特性。網(wǎng)閘的物理層隔離技術(shù)確保不同網(wǎng)絡(luò)中主機在任何時間是物理性斷開的。本方案中，網(wǎng)閘設(shè)備需具備多路萬兆數(shù)據(jù)接口，各萬兆接口可作為信源輸入口連接上游網(wǎng)絡(luò)，也可作為信源輸出口連接下游城域網(wǎng)。上下游網(wǎng)絡(luò)主機物理性隔離，數(shù)據(jù)傳遞時，各網(wǎng)絡(luò)主機只通過各自網(wǎng)絡(luò)連接的萬兆接口就可與網(wǎng)閘設(shè)備有數(shù)據(jù)交互。該組網(wǎng)方式舍棄交換機等互聯(lián)設(shè)備，減少了系統(tǒng)橫向數(shù)據(jù)交互，并能通過網(wǎng)閘設(shè)備實現(xiàn)上下游系統(tǒng)平臺聚合，以及提升平臺安全性。對于信源輸出接口，通過N+1端口備份模式實現(xiàn)信源切換，并進(jìn)一步提升系統(tǒng)組網(wǎng)安全性。2.2鏈路層特性。網(wǎng)閘的鏈路層隔離技術(shù)就是消除不同端口間數(shù)據(jù)鏈路的建立，網(wǎng)閘設(shè)備與外部網(wǎng)絡(luò)交互是基于鏈路通信協(xié)議的數(shù)據(jù)交換，而內(nèi)部不同端口間數(shù)據(jù)交互是使用串口通信協(xié)議等。在本方案中，數(shù)據(jù)交換方面以直播電視的IP封裝數(shù)據(jù)作為核心處理對象，從網(wǎng)閘設(shè)備各端口接入到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)都有嚴(yán)格控制，并針對媒體數(shù)據(jù)特點全面優(yōu)化，極大地降低了信號丟包和延遲。而且，為了提升網(wǎng)閘管控安全，特設(shè)獨立網(wǎng)管模塊，管理系統(tǒng)與設(shè)備間的安全通信則由HTTPS安全訪問協(xié)議保障。2.3重建TCP/IP協(xié)議。網(wǎng)閘設(shè)備為了消除TCP/IP協(xié)議在不同網(wǎng)絡(luò)間引起串?dāng)_，在通過網(wǎng)閘進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，數(shù)據(jù)包輸入時須剝離TCP/IP協(xié)議，輸出時再重建TCP/IP協(xié)議。在本方案中，網(wǎng)閘設(shè)備對同一個信號需要支持多組播輸出，輸出的組播可以同時支持IPv4及IPv6的雙棧模式，并可完成兩種協(xié)議的互相映射。2.4重建應(yīng)用協(xié)議。網(wǎng)閘設(shè)備為了消除應(yīng)用協(xié)議的串?dāng)_，在數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)閘設(shè)備時同樣必須重建應(yīng)用協(xié)議。本方案中的直播電視IP組播流通過地市的網(wǎng)閘重新封裝后，輸出為“同源同組”的IP組播流，經(jīng)城域網(wǎng)到接入的PON網(wǎng)絡(luò)，一直到光口終端，均啟用IGMPv2協(xié)議。

3切換方案設(shè)計

傳統(tǒng)的DVB有線電視前端是基于ASI接口標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的，為更好地適配FTTH光纖入戶終端和點播互動等業(yè)務(wù)，我市建設(shè)了基于IP組播協(xié)議的IP化有線前端直播平臺。該平臺自啟用以來運行穩(wěn)定，在不影響信號安全的前提條件下，充分簡化了有線前端的平臺結(jié)構(gòu)，信號調(diào)度也更加靈活。與傳統(tǒng)DVB平臺不同，IP化平臺信號源接入部分主要有輸入信源較多的特點，本方案中信號源除原有3路（省傳SDH、衛(wèi)星、本地墊播）之外，另新增了兩組IP信號源，所以原有直播平臺3路輸入信源切換器已不符合使用需求。為保證IP直播電視業(yè)務(wù)的可靠性，前端須部署一套網(wǎng)閘系統(tǒng)，要求支持至少5路的信源接入，通過網(wǎng)閘設(shè)備的切換功能，輸出一組可靠的單路組播源。當(dāng)省中心到地市中心的任意一路或多路節(jié)目出現(xiàn)異常或中斷時，網(wǎng)閘設(shè)備能夠檢驗出異常，并進(jìn)行自動切換，保證輸出組播信號不受影響。當(dāng)?shù)厥兄骶W(wǎng)閘故障、鏈路故障時，IP組播信號由主網(wǎng)閘輸出信號切換到備網(wǎng)閘輸出信號，由地市備網(wǎng)閘承擔(dān)組播流發(fā)送工作。主、備網(wǎng)閘配置一致的源IP地址，避免三層組播域發(fā)生組播路由重新收斂的情況，構(gòu)建一個高可靠性、可用性的組播視頻源轉(zhuǎn)發(fā)平臺。IP直播平臺設(shè)計方案拓?fù)鋱D如圖1所示。3.1升級傳統(tǒng)信源IP組播輸出能力。在各組信號源中，傳統(tǒng)DVB前端使用的SDH適配器、衛(wèi)星接收機均為輸出ASI格式的TS傳輸流信號，并不具備IP輸出能力。因此，在兼顧原有的ASI架構(gòu)前提下，在信源處理部分增加IP轉(zhuǎn)碼器，將原有的ASI格式信源轉(zhuǎn)碼成IP組播信源。本方案中IP轉(zhuǎn)碼器的主要功能如下。第一，負(fù)責(zé)將ASI接口的MPTS節(jié)目信號轉(zhuǎn)換為SPTS的IP組播信號。前端信源系統(tǒng)配置多臺IP轉(zhuǎn)碼設(shè)備，分主備兩組。IP轉(zhuǎn)碼器信號輸入來自SDH適配器、衛(wèi)星接收機以及本地節(jié)目編碼器輸出的ASI格式信號。組播信號采用UDP傳輸層協(xié)議，組播IP配置保持和IP信源一致（如某衛(wèi)視IP組播信號輸出為udp://232.1.1.100:10001），并且配置輸出主備冗余，通過交換機傳輸至下一級的網(wǎng)閘設(shè)備進(jìn)行切換選擇。第二，根據(jù)具體業(yè)務(wù)需求，以適配不同編碼格式的高清、4K節(jié)目信號源，本方案中的轉(zhuǎn)碼設(shè)備還須對部分節(jié)目進(jìn)行編碼格式轉(zhuǎn)碼，如將衛(wèi)星下傳的AVS+編碼的高清節(jié)目信號轉(zhuǎn)換為H.264編碼格式，再進(jìn)行IP組播輸出，提供低碼率、高清晰度的節(jié)目。3.2優(yōu)化切換模塊。網(wǎng)閘切換模塊是對進(jìn)入平臺的任意多個節(jié)目作端口備份切換，在配置節(jié)目備份時可配置對應(yīng)的切換條件閾值，網(wǎng)閘設(shè)備根據(jù)配置的相關(guān)切換條件，實現(xiàn)自動監(jiān)控及切換。判斷條件包括節(jié)目碼率、加擾錯誤、連續(xù)計數(shù)錯誤、PMT錯誤等節(jié)目相關(guān)參數(shù)。方案中共設(shè)4臺網(wǎng)閘設(shè)備取代傳統(tǒng)的3選l切換器，提供主備平臺各200套節(jié)目的信源切換能力。網(wǎng)閘需具備1+1端口備份能力，符合方案中l(wèi)套節(jié)目5路輸入源的技術(shù)需求。切換網(wǎng)管頁面采取了顏色區(qū)分方式，紅色是告警，灰色是數(shù)據(jù)停止更新。同時，對于所有的告警業(yè)務(wù)支持前置匯總展示，便于第一時間發(fā)現(xiàn)告警。每個監(jiān)測單元的信息包括業(yè)務(wù)名稱、總的備份通道數(shù)以及各通道狀態(tài)、當(dāng)前輸出通道及其狀態(tài)。既使用盡可能少的空間展示盡可能多的信息，也能保證很直觀地監(jiān)測當(dāng)前的工作情況。每個監(jiān)測單元的左側(cè)或右側(cè)的通道號，支持直接點擊進(jìn)行通道切換，監(jiān)測單元右下角展示當(dāng)前工作處于手動模式還是自動模式，如圖2所示。3.3城域網(wǎng)核心Smart-Link切換機制。雙上行組網(wǎng)雖然能提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，但又引入了環(huán)路問題。通?？赏ㄟ^STP或RRPP來消除環(huán)路，但STP在收斂速度上只能達(dá)到秒級，不適用于對收斂時間有很高要求的用戶，而RRPP盡管在收斂速度上能達(dá)到要求，但組網(wǎng)配置的復(fù)雜度較高，主要適用于較復(fù)雜的環(huán)形組網(wǎng)。為了滿足用戶對鏈路快速收斂的要求，同時又能簡化配置，我們針對雙上行組網(wǎng)提出了Smart-Link解決方案，實現(xiàn)了主備鏈路的冗余備份，并在主用鏈路發(fā)生故障后使流量能夠迅速切換到備用鏈路上，因此具備較高的收斂速度。Smart-Link的主要特點包括：專用于雙上行組網(wǎng)；收斂速度快（達(dá)亞秒級）；配置簡單，便于用戶操作。兩臺核心交換機IRF，上聯(lián)對接主備網(wǎng)閘輸出端口。上聯(lián)兩個端口使用Smart-Link機制切換，把上聯(lián)主網(wǎng)閘的端口設(shè)置為Active狀態(tài)，上聯(lián)備網(wǎng)閘的端口設(shè)置為Standby狀態(tài)。核心交換機上聯(lián)主網(wǎng)閘使用成員1設(shè)備，上聯(lián)備網(wǎng)閘使用成員2設(shè)備，同時分別互通互聯(lián)VLAN；上聯(lián)主網(wǎng)閘端口為Smart-Link組1主端口，上聯(lián)備網(wǎng)閘端口為Smart-Link組1從端口。網(wǎng)閘在聚合鏈路內(nèi)做主備輸出，主鏈路為Active狀態(tài)，備鏈路為Standby狀態(tài)。當(dāng)主鏈路發(fā)生故障時，可以通過網(wǎng)閘內(nèi)在的切換機制切到備鏈路。核心交換機IRF后，配置流量本框優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，顯示單邊承載流量，有鏈路故障或者主設(shè)備宕機時切換到備鏈路。Smart-Link配置實例節(jié)選如表1所示。

4結(jié)語

本文介紹了一種基于網(wǎng)閘設(shè)備的IP組播信源切換方案，包括對傳統(tǒng)信號源的轉(zhuǎn)碼升級，對切換模塊的優(yōu)化以及承載網(wǎng)交換機的鏈路冗余機制。該方案目前已成為前端播出系統(tǒng)中的一個重要組成部分，既采用了先進(jìn)的IP組播傳輸流封裝技術(shù)匹配現(xiàn)有的光纖入戶接入網(wǎng)，又能與原有HFC接入網(wǎng)無縫銜接。同時，該方案還具備多種安全策略，以保證電視節(jié)目安全播出。隨著技術(shù)的革新，未來的發(fā)展趨勢將會是全網(wǎng)FTTH光纖入戶的IP端到端的傳輸模式，本文所述基于網(wǎng)閘設(shè)備的IP組播信源切換方案將為未來接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)打下堅實基礎(chǔ)。

作者:李德明 單位:廣東省廣播電視網(wǎng)絡(luò)股份有限公司東莞分公司