談廣電網絡數字電視系統IP化設計論文

2013年，廣電網絡整合加速推進，全國各地廣電網絡已經完成和正在進行“一省一網”整合工作的省級廣電網絡公司已超過2/3。江西廣電網絡於2002年將省幹線光纜網連通全省所有縣級以上有線電視前端機房，於2003年實現全省有線電視網絡的整合，並於2009年完成了全省有線電視數字化整轉平臺建設。由於整轉初期江西廣電網絡省幹線傳輸系統資源有限，前端建設時採用了以傳統技術爲主的方式設計節目平臺。隨着近年省幹線傳輸系統的擴容，以及數字電視技術和各項業務的不斷髮展，原有系統已不能滿足需要。爲此，江西廣電網絡於2014年對全省有線數字電視系統進行了IP化改造。該文將對此方案進行詳細介紹。

1總體規劃

1.1原有系統情況介紹

爲了發揮全省廣電網絡整合的優勢，江西廣電網絡在數字電視平臺設計時採用了統一建設的方案，在省中心機房建設了一個全省數字電視總前端，大部分電視節目和增值業務總前端統一接收、編碼、複用加擾後，透過幹線傳輸網送到全省各級分公司有線電視網。在各市縣分公司建立分前端，將透過網絡遠程加擾本地電視節目、增值業務和接收下來的總前端信號一同送入本地有線電視網絡。在我省節目平臺技術選型中，核心複用加擾設備選擇了具備IP交換能力的大容量平臺化產品：湯姆遜NetProcessor9040。但由於我省幹線傳輸條件的限制，無法實現全IP化方案，節目平臺總前端仍按8-10套標清一個節目流輸出ASI信號，並透過適配器將ASI適配成DS3後透過省幹線SDH網絡向全省傳輸的方案。系統組成如圖1所示。

1.2數字電視IP化的優勢

數字電視平臺IP化減少了執行成本：IP化後系統結構簡單節省了設備，幹線傳輸中使用了大顆粒傳輸類型傳輸業務節約了板卡，在接收調製方面IPQAM成本也只有普通QAM的1/10。數字電視平臺IP化後另外一個顯著的好處就是節目的調度方便：IP化後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覈心交換機進行調度即可，方便簡捷。數字電視平臺IP化後擴容方便：只要傳送的業務的GE通道數據沒達到通道速率就可以直接添加業務，不需要增加其他設備。數字電視平臺IP化在廣電行業中已經逐步推廣普及，全IP架構代替傳統ASI架構已經成爲了趨勢。

1.3總體方案

經過對現有數字電視技術、IP技術的鑽研，本着節約成本，保證原有數字電視系統不動的情況下，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流電視節目與改造後的IP流電視節目互爲備份提高安全播出係數，結構示意圖如圖2。該方案屬於傳統與IP化混合播出，不是完全的IP化，它接收、編碼、複用都是傳統構架，傳輸、調製部分才進行了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間不同，所以具體IP化的方案也有差異。標清平臺由於搭建時間較早，複用加擾器沒有集成IP模組無法直接輸出IP流，需要透過設備將ASI節目流IP化；而高清平臺搭建時間較晚，複用加擾器集成了IP模組，設備能直接輸出IP流到交換機進行匯聚。我省數字電視平臺前端設備爲了保證安全播出全部爲1+1熱備份，此次方案採購的設備也全部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過主、備切換選擇過的標清ASI流分兩路輸入主、備思科DCM，DCM將ASI流IP化後輸出最終標清IP流（239.x.x.a）。高清IP流先在複用加擾器生成，高清平臺主、備複用加擾器組產生高清IP流後分別送到主、備思科4948，匯聚後的高清流再透過思科4948送到DCM，由於主備思科4948進行了數據備份，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進行分析並選擇無故障的一路IP節目流重新生產組播地址並輸出，產生最終的高清IP流（239.x.x.b）。無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產成的，爲了方便調度，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，經省幹線傳輸網送到各市、縣分公司前端，各市、縣分公司前端經數碼IPQAM接收後送到本地有線電視網。方案具體設備結構如圖3。該方案主備設備完全分開，必要時還能透過主、備思科4948之間的連接線將主、備複用加擾器的輸出IP流同時調度到兩臺思科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，所有的設備都是經過這裏進行轉發和匯聚的。我省前端每臺思科4948輸出了2個GE信號到波分系統，分別是標清和高清IP流，由於我省IP化使用是組播方式進行IP流的傳播，所以思科4948只是做爲一個節目傳輸的通道在使用，爲了保證2個GE通道信號的正常就必須對2個GE端口進行設定，如圖4設定。“ippimsparse-mode”顯示該交換機啓用了組播協議，組播協議是密集模式，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，由於我省本期建設的爲廣播式IP系統，所以避免下游數據上來啓用了該命令行；“ipigmpstatic-group”這是靜態IP組播表，只有在該組播表裏的組播地址才能被傳播出去。Igmp協議version3才能使用該功能。這樣配置保證了只有列表中的IP流纔會被傳播出去，不會因爲下游某臺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複用加擾器輸出的原始IP流組播地址與DCM產生的最終IP流組播地址規劃的一樣（均爲239，x.x.b），結果在測試過程中發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，檢查發現思科4948端口的流量也是正常流量的2倍。經過大量排查後發現，由於高清複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，而整條鏈路相對於組播流來說只是一個通道，下游分公司前端IPQAM抓取組播流時，只根據組播地址來取節目，所以兩個組播地址相同的組播流都透過了思科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在調製電視節目時又隨機收取了一個組播流，由於2個組播流節目一樣，所以電視節目的接收是正常的，但是如果2個組播流節目不同，就會造成接收的節目混亂。由於該事件的發生，我省將高清複用加擾器輸出的IP流組播地址進行了更改，並且在同一個系統中即使IP流不互聯也不再使用相同的組播地址，避免該類事件的再度發生。思科4948也能透過協議控制端口選擇某個源來的組播流，避免該類事件的.產生，如圖5。該端口訪問列表表示該端口只能輸出從網絡地址172.30.z.13和172.30.z.17的複用加擾器來的組播流，避免了其他端口過來的相同組播地址的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傳播的問題，但是本着設備配置越簡單越好的原則，我省此次建設沒有使用該方法，而是選擇使用了不同的組播地址。

3幹線網傳輸方案

我省幹線網爲華爲80G波分系統，拓撲採用環狀結構，省一干傳輸拓撲圖（如圖6）。我省部分市分公司建設了省二幹傳輸網，其傳輸拓撲圖與省一干基本相似；還有部分市級分前端採用有線電視光機直接將數字電視信號送到所轄縣級分前端，其傳輸方式就更簡單。我省IP流傳輸使用的是廣播式GE，由省中心機房透過省一干波分系統廣播到各個市級分公司，部分市級分公司又透過省二幹波分系統廣播到所轄縣級分公司。

3.1業務保護機制

首先，我省幹線傳輸中光纖採用的雙發選收機制，每2個站點間都有主、備兩對纖，極大的避免了光路中斷的可能性。其次，在業務配置上採用雙發選收的保護機制，保證傳輸的安全。例如：上饒要接收數字電視IP流，首先，省中心機房透過九江和撫州兩個方向分別將兩路GE信號送到了上饒兩個方向來的線路板上了，上饒的業務板透過預先設定好的選收機制將其中一路作爲主用信號，另外一路作爲備用信號，在一個光路中斷或板卡故障的情況下，保證能從另外一個方向接收到GE信號。

3.2發送和接收方面

省前端的主、備思科4948發出的4個光信號，在省中心機房分別送到的機房波分系統的4塊業務板，由於省一干波分系統建設比較早市級分公司只當時只配備了2塊業務板，省中心機房下來的4個GE業務分別兩兩透過這2塊業務板接收下來；省二幹波分系統數字電視系統GE信號的發送和接收都是分攤在4塊業務板上的，這樣規劃避免了由於板卡故障造成GE信號中斷的情況。

4市縣級分前端節目平臺組網方案

在接收入網的方面，我省當時有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個不鄰頻的頻點，而且光接收口具有主、備切換的功能，方案一，各分公司只採購一臺IPQAM將主、備信號同時輸入該IPQAM，透過IPQAM來進行主、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、備射頻信號後，再由射頻切換器切換選擇射頻信號送入本地HFC網。方案一在播出的安全性上有缺陷：由於沒有備分設備，如果IPQAM出現故障不能工作，整個電視節目信號都會中斷；同時IPQAM主、備切換機制簡單，只檢測主、備光輸入口沒有IP信號輸入，如果沒有才進行切換，不檢測具體的流數據，如果只是某一個組播流沒有了信號不會發生切換。當然該方案優點也明顯，建設成本較低。方案二在安全性上比方案一更有保障，但是由於我省分公司數量較多建設成本比方案一增加了不少。經過綜合考慮和比較，本着“不間斷、高質量、既經濟、又安全”的方針，我省選擇了第二種方案，使用該方案也利於後期電視節目擴容。

5結語

隨着三網融合試點的不斷推進，除了越來越多的城市開始運營IPTV業務之外，互聯網巨頭也以半賣半送的形式向用戶發放他們的OTT盒子。現在我省各分公司前端接收的IP流電視節目和原有ASI流電視節目作爲主、備信號使用，但是IP流的保護機制已經比較完善了，本着節約成本的原則，將暫不需增加經費維修、購買原有ASI流接收設備，原有ASI流接收設備將會自然淘汰，IP流接收將是我省各分公司前端接收入網的主用方式。便於未來智能家庭產品的不斷推進。