數(shù)字電視IP調(diào)度分發(fā)網(wǎng)絡(luò)方案建議

引言：本文基于數(shù)字電視IP節(jié)目流在數(shù)字電視平臺(tái)之間的遠(yuǎn)程傳輸實(shí)踐，及節(jié)目的互為備份，詳細(xì)介紹具體的實(shí)施辦法，并分析實(shí)施過(guò)程中產(chǎn)生故障的原因。

IP構(gòu)架的數(shù)字電視平臺(tái)已逐漸被各地廣電所采用，市場(chǎng)占率逐年上升，通過(guò)MSTP的以太網(wǎng)專線及IP網(wǎng)絡(luò)，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視節(jié)目的遠(yuǎn)程傳輸方式越來(lái)越普遍。與傳統(tǒng)的ASI單向傳輸不同的是，IP信號(hào)的數(shù)字電視節(jié)目傳輸因?yàn)殡p向性及涉及復(fù)雜的組播技術(shù)，往往會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題，如節(jié)目流產(chǎn)生丟包、電視畫面出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象；單向IP網(wǎng)絡(luò)做通了，但根本收不到節(jié)目的情況等等。

IP調(diào)度分發(fā)平臺(tái)的建設(shè)主要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)以下3個(gè)方面：

組播處理能力：一般為了完成數(shù)百個(gè)標(biāo)清或高清頻道的組播分發(fā)，需要各級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持至少數(shù)100路組播的線速處理，流量規(guī)模將達(dá)到4×GE左右，加之備份流量則為8GE。

可靠性：頻道視頻業(yè)務(wù)對(duì)延時(shí)和抖動(dòng)指標(biāo)有較高要求，理想情況下需要滿足50ms內(nèi)。GE鏈路級(jí)的無(wú)擁塞視頻分發(fā)網(wǎng)對(duì)組播報(bào)文的正常轉(zhuǎn)發(fā)處理延時(shí)一般都能控制在5ms內(nèi)，但是當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)鏈路故障、設(shè)備端口故障、引擎故障、板卡故障時(shí)，需要通過(guò)上層（鏈路層或IP層）協(xié)議收斂來(lái)恢復(fù)業(yè)務(wù)，中斷時(shí)間一般會(huì)達(dá)到50ms到數(shù)秒，主要看協(xié)議自身對(duì)故障收斂的處理能力。因此盡可能在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型中保證設(shè)備支持關(guān)鍵部件的冗余，比如具備冗余的主控引擎、支持獨(dú)立的交換網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面的物理獨(dú)立、支持冗余的電源和風(fēng)扇系統(tǒng)；具備高可靠性技術(shù)，比如支持ISSU、熱補(bǔ)丁等功能，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)升級(jí)不中斷業(yè)務(wù)；并在實(shí)際部署中進(jìn)行雙機(jī)冗余備份。

視頻傳輸效果：直播頻道節(jié)目可選擇采用恒定碼率和可變碼率兩種傳送方式，為了避免網(wǎng)絡(luò)鏈路出現(xiàn)擁塞丟包造成視頻畫面呈現(xiàn)效果的惡化，必須保證鏈路中的實(shí)際視頻流量低于設(shè)備端口的實(shí)際轉(zhuǎn)發(fā)能力。在恒定碼率情況下，流量的數(shù)值較為穩(wěn)定，瞬時(shí)值和平均值基本吻合，需要保證實(shí)際流量平均值小于主用和備用鏈路實(shí)際可用帶寬；在可變碼率情況下則情況比較復(fù)雜，視頻流量相當(dāng)不穩(wěn)定，這主要由兩方面因素造成：編碼算法自身的幀大小定義不一致，造成單路視頻碼率瞬時(shí)值差異很大，比如MPEG的I、P、B三種幀格式的大小差異巨大，導(dǎo)致流量瞬時(shí)值波動(dòng)值較大。這就是為何3.75M的標(biāo)清MPEG編碼平均速率在某些情況下瞬時(shí)視頻流量可能達(dá)到20M以上。

多路視頻流的疊加效應(yīng)將放大鏈路中實(shí)際視頻流量的波動(dòng)值，一旦瞬時(shí)流量超過(guò)鏈路實(shí)際可用帶寬時(shí)設(shè)備端口將選擇臨時(shí)緩存報(bào)文（等端口流量回落后再轉(zhuǎn)發(fā)）或因設(shè)備緩存不夠而丟包。MPEG幀數(shù)據(jù)報(bào)文的少量丟包將造成視頻中一系列的相關(guān)幀（由MPEG的GoD決定）失效，從而造成整幅畫面呈現(xiàn)效果的惡化。因此一般而言，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的端口緩存能力對(duì)傳輸視頻數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

為了保證可變碼率視頻的可靠和高質(zhì)量傳送，一方面要規(guī)劃好各級(jí)網(wǎng)絡(luò)鏈路的實(shí)際流量載荷比，并盡可能保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具備較好的端口緩存技術(shù)和緩存容量。

在組網(wǎng)設(shè)備的選擇上，目前主流方式是采用中高端三層交換機(jī)組網(wǎng)，相比于低端交換機(jī)或路由器而言，前者具有更好的可靠性特性和組播性能保障，但成本較高；相比于高端路由器組網(wǎng)，前者具有成本優(yōu)勢(shì)同時(shí)完全能夠滿足業(yè)務(wù)需求，而路由器的強(qiáng)三層和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連優(yōu)勢(shì)在組播視頻分發(fā)網(wǎng)上體現(xiàn)不出來(lái)。

選擇中高端三層交換機(jī)同時(shí)兼顧了建網(wǎng)成本和頻道分發(fā)業(yè)務(wù)要求。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃上考慮采用簡(jiǎn)單、有備份的雙星型結(jié)構(gòu)。在省核心設(shè)置雙核心交換機(jī)設(shè)備作雙核心節(jié)點(diǎn)，并互聯(lián)；在地市部署1-2臺(tái)匯聚交換機(jī)作為匯聚節(jié)點(diǎn)，并于核心節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)雙波分鏈路進(jìn)行互聯(lián)。

互聯(lián)帶寬可以考慮10G單鏈路或N×GE的多鏈路捆綁。

核心交換機(jī)接入組播源并配置PIM協(xié)議，其下行連接市縣的端口發(fā)送組播流量，OTN提供獨(dú)立波道將省中心核心交換機(jī)發(fā)送到組播視頻流量下行傳送到市縣匯聚交換機(jī)上，匯聚交換機(jī)對(duì)應(yīng)的端口接受組播流量。

匯聚交換機(jī)上配置PIM和IGMP協(xié)議，并靜態(tài)配置所有加入到組播組將所有組播流量引到本地。市縣組播接收端根據(jù)需要發(fā)送組播組加入報(bào)文到匯聚交換機(jī)，匯聚交換機(jī)負(fù)責(zé)將相應(yīng)的端口加入組播組，并將對(duì)應(yīng)的組播源流量下發(fā)到組播接收端。

結(jié)束語(yǔ)：近段時(shí)間來(lái)，經(jīng)過(guò)對(duì)交換機(jī)及復(fù)用器、調(diào)制器配置的優(yōu)化，也已平穩(wěn)運(yùn)行兩個(gè)多月，通過(guò)監(jiān)測(cè)傳輸數(shù)據(jù)流量和對(duì)數(shù)據(jù)包的分析，與實(shí)際想要接收的節(jié)目完全符合，整個(gè)傳輸鏈路和平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定。通過(guò)與其它傳輸方式相比較，采用IP方式，不但能大約傳輸及平臺(tái)建設(shè)成本，而能提高平臺(tái)的穩(wěn)定性。但不同過(guò)去的ASI節(jié)目流等單向傳輸方式，由于組播特性比較難于掌握，不深刻把握技術(shù)要點(diǎn)容易產(chǎn)生各種問(wèn)題。需要我們認(rèn)真準(zhǔn)備，精心調(diào)試，才能確保平臺(tái)和節(jié)目平穩(wěn)運(yùn)行。

（作者單位：黑龍江省伊春市廣播電視臺(tái) ）