數字電視IP組播信源切換方案

導語：數字電視IP組播信源切換方案一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文提出一種基于網閘設備的IP組播信源切換方案，應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。該方案可同時服務于有線電視光纖入戶和傳統同軸電纜兩類不同接入網用戶，具有安全可控及應用開放性高的特點。

關鍵詞：網閘;IP組播;信源切換

1引言

為提升三網融合形勢下的行業競爭力，有線電視網絡當前正加快部署高清化、IP化數字電視前端和光纖入戶網絡改造，以滿足未來家庭用戶至少100Mbps的帶寬需求。從建設運維成本、業務承載能力、可靠性、未來演進及技術發展趨勢等角度考慮，光纖入戶是未來網絡演進的最佳方式。當前，廣電網絡光纖入戶主要采用單纖雙波或雙纖三波方式，而從網絡部署和投資效益角度分析，單纖雙波是未來的主要演進方向。因此，在接入網絡演進過程中，有線電視前端系統需要進行ip化融合改造，以同時服務基于IP端到端的光纖入戶用戶，以及基于DVB標準的同軸電纜接入用戶。在IP化有線電視前端系統中，信源切換模塊作為較為核心的信號處理環節，需要滿足廣播電視前端系統多路IP組播信源切換，使用TCP/IP高標準化傳輸協議以及實現傳輸網絡隔離來提升網絡安全性等業務需求。本文提出一種基于網閘設備的IP組播信源切換方案，應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網閘功能概述

網閘設備是由兩套各自獨立的系統組成的，分別連接安全和非安全的網絡，這兩套系統通過網閘進行信息擺渡，保證兩套系統之間沒有直接的物理通路。在本方案廣播電視IP化前端機房的應用中，信號源接入節點上下游網絡在技術管理上屬于互為非信任域：上游網絡為省級干線網絡或市級對聯專線網絡、不同節目源或來源于不同單位運維的網絡；下游網絡為地市廣電單位自主運維的業務承載城域網絡。網閘設備實現切換不同信源輸出，同時實現了上下游網絡的邏輯隔離，防止兩個網絡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。網閘的物理層隔離技術確保不同網絡中主機在任何時間是物理性斷開的。本方案中，網閘設備需具備多路萬兆數據接口，各萬兆接口可作為信源輸入口連接上游網絡，也可作為信源輸出口連接下游城域網。上下游網絡主機物理性隔離，數據傳遞時，各網絡主機只通過各自網絡連接的萬兆接口就可與網閘設備有數據交互。該組網方式舍棄交換機等互聯設備，減少了系統橫向數據交互，并能通過網閘設備實現上下游系統平臺聚合，以及提升平臺安全性。對于信源輸出接口，通過N+1端口備份模式實現信源切換，并進一步提升系統組網安全性。2.2鏈路層特性。網閘的鏈路層隔離技術就是消除不同端口間數據鏈路的建立，網閘設備與外部網絡交互是基于鏈路通信協議的數據交換，而內部不同端口間數據交互是使用串口通信協議等。在本方案中，數據交換方面以直播電視的IP封裝數據作為核心處理對象，從網閘設備各端口接入到數據轉發都有嚴格控制，并針對媒體數據特點全面優化，極大地降低了信號丟包和延遲。而且，為了提升網閘管控安全，特設獨立網管模塊，管理系統與設備間的安全通信則由HTTPS安全訪問協議保障。2.3重建TCP/IP協議。網閘設備為了消除TCP/IP協議在不同網絡間引起串擾，在通過網閘進行數據傳輸時，數據包輸入時須剝離TCP/IP協議，輸出時再重建TCP/IP協議。在本方案中，網閘設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，并可完成兩種協議的互相映射。2.4重建應用協議。網閘設備為了消除應用協議的串擾，在數據經過網閘設備時同樣必須重建應用協議。本方案中的直播電視IP組播流通過地市的網閘重新封裝后，輸出為“同源同組”的IP組播流，經城域網到接入的PON網絡，一直到光口終端，均啟用IGMPv2協議。

3切換方案設計

傳統的DVB有線電視前端是基于ASI接口標準建設的，為更好地適配FTTH光纖入戶終端和點播互動等業務，我市建設了基于IP組播協議的IP化有線前端直播平臺。該平臺自啟用以來運行穩定，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構，信號調度也更加靈活。與傳統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直播電視業務的可靠性，前端須部署一套網閘系統，要求支持至少5路的信源接入，通過網閘設備的切換功能，輸出一組可靠的單路組播源。當省中心到地市中心的任意一路或多路節目出現異常或中斷時，網閘設備能夠檢驗出異常，并進行自動切換，保證輸出組播信號不受影響。當地市主網閘故障、鏈路故障時，IP組播信號由主網閘輸出信號切換到備網閘輸出信號，由地市備網閘承擔組播流發送工作。主、備網閘配置一致的源IP地址，避免三層組播域發生組播路由重新收斂的情況，構建一個高可靠性、可用性的組播視頻源轉發平臺。IP直播平臺設計方案拓撲圖如圖1所示。3.1升級傳統信源IP組播輸出能力。在各組信號源中，傳統DVB前端使用的SDH適配器、衛星接收機均為輸出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架構前提下，在信源處理部分增加IP轉碼器，將原有的ASI格式信源轉碼成IP組播信源。本方案中IP轉碼器的主要功能如下。第一，負責將ASI接口的MPTS節目信號轉換為SPTS的IP組播信號。前端信源系統配置多臺IP轉碼設備，分主備兩組。IP轉碼器信號輸入來自SDH適配器、衛星接收機以及本地節目編碼器輸出的ASI格式信號。組播信號采用UDP傳輸層協議，組播IP配置保持和IP信源一致（如某衛視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閘設備進行切換選擇。第二，根據具體業務需求，以適配不同編碼格式的高清、4K節目信號源，本方案中的轉碼設備還須對部分節目進行編碼格式轉碼，如將衛星下傳的AVS+編碼的高清節目信號轉換為H.264編碼格式，再進行IP組播輸出，提供低碼率、高清晰度的節目。3.2優化切換模塊。網閘切換模塊是對進入平臺的任意多個節目作端口備份切換，在配置節目備份時可配置對應的切換條件閾值，網閘設備根據配置的相關切換條件，實現自動監控及切換。判斷條件包括節目碼率、加擾錯誤、連續計數錯誤、PMT錯誤等節目相關參數。方案中共設4臺網閘設備取代傳統的3選l切換器，提供主備平臺各200套節目的信源切換能力。網閘需具備1+1端口備份能力，符合方案中l套節目5路輸入源的技術需求。切換網管頁面采取了顏色區分方式，紅色是告警，灰色是數據停止更新。同時，對于所有的告警業務支持前置匯總展示，便于第一時間發現告警。每個監測單元的信息包括業務名稱、總的備份通道數以及各通道狀態、當前輸出通道及其狀態。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測當前的工作情況。每個監測單元的左側或右側的通道號，支持直接點擊進行通道切換，監測單元右下角展示當前工作處于手動模式還是自動模式，如圖2所示。3.3城域網核心Smart-Link切換機制。雙上行組網雖然能提高網絡可靠性，但又引入了環路問題。通常可通過STP或RRPP來消除環路，但STP在收斂速度上只能達到秒級，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到要求，但組網配置的復雜度較高，主要適用于較復雜的環形組網。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提出了Smart-Link解決方案，實現了主備鏈路的冗余備份，并在主用鏈路發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；收斂速度快（達亞秒級）；配置簡單，便于用戶操作。兩臺核心交換機IRF，上聯對接主備網閘輸出端口。上聯兩個端口使用Smart-Link機制切換，把上聯主網閘的端口設置為Active狀態，上聯備網閘的端口設置為Standby狀態。核心交換機上聯主網閘使用成員1設備，上聯備網閘使用成員2設備，同時分別互通互聯VLAN；上聯主網閘端口為Smart-Link組1主端口，上聯備網閘端口為Smart-Link組1從端口。網閘在聚合鏈路內做主備輸出，主鏈路為Active狀態，備鏈路為Standby狀態。當主鏈路發生故障時，可以通過網閘內在的切換機制切到備鏈路。核心交換機IRF后，配置流量本框優先轉發，顯示單邊承載流量，有鏈路故障或者主設備宕機時切換到備鏈路。Smart-Link配置實例節選如表1所示。

4結語

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

作者:李德明 單位:廣東省廣播電視網絡股份有限公司東莞分公司