U互動及寬帶業務技術方案

李增裔

（廣東廣電網絡股份有限公司肇慶懷集分公司，廣東肇慶，526000）

0 引言

隨著廣東省廣播電視網絡股份有限公司計劃在全省推開數字電視互動增值業務，廣東省廣播電視網絡股份有限公司肇慶懷集分公司（下簡稱“懷集分公司）計劃規劃數字電視互動系統方案。

懷集有線電視網絡用戶數10萬戶,城區前端中心機房1個，另有18個鄉鎮分機房。懷集分公司數字電視互動系統初期計劃城區覆蓋3000互動用戶，主要以城區住戶密集的小區為目標。初期懷集縣城區數字電視用戶暫只有一個中心機房，懷集數字電視互動系統設備將分布在一個機房，機房設備將通過萬兆以太網連接至市公司。后期將逐步完善懷集縣的城域網覆蓋范圍，在每個鄉鎮部署一個分前端，匯聚各鎮流量萬兆上聯至懷集核心，統一出口與省廣電互聯。

根據廣東省數字電視廣東有線VOD平臺整體架構，系統包括內容管理、BOSS、CDN、VOD Back Office、portals(應用平臺)、推流、邊緣QAM幾部分，其中內容管理部分由廣東省廣播電視網絡有公司全省統一實現，BOSS也全省統一聯網使用統一系統，VOD平臺整體架構的其它部分以及承載系統運行的萬兆城域網和終端接入網由下面各地級市分公司或系統與省互動系統直連的子公司自行建設。

1 業務分析

1.1 懷集城域網將承載的傳輸內容

新數據平臺建成后，可發展的增值業務類型：專線業務；寬帶上網業務；視頻會議；高清互動業務；視頻監控；網絡內部管理信息；今后可發展IPTV、VoIP、IDC數據中心等業務。

1.2 帶寬計算

(1)數據寬帶分析:根據省公司寬帶公式，數據寬帶=綜合帶寬×寬帶用戶數×7%綜合并發率。我市初期高清互動及數據寬帶業務覆蓋3000用戶，數據寬帶用戶10%的開通率，我市寬帶用戶=3000*10%=300。初期戶均帶寬計劃達到8M。2015年我市數據寬帶=8×300×7%=168Mpbs。

(2)互動業務視頻帶寬分析:根據省公司帶寬公式，互動視頻帶寬=互動用戶數×6%并發率×3.75綜合帶寬。我市初期高清互動及數據寬帶業務覆蓋3000用戶，互動用戶20%的開通率，我市互動用戶=3000*20%=600，2015年我市互動帶寬=(600)×6%×3.75=135Mpbs。

表1 流量分析表

2 建設目標

2.1 建設初期具體要求

（1）互動業務覆蓋整個懷集縣。（2）覆蓋3000雙向數字電視用戶，初期支持600數字互動電視用戶。（3）標清節目碼率3.75Mbps、高清7.5Mbps，并發流碼率以3.75Mbps為標準，標清節目占有1個并發帶寬、高清節目占用2個并發流帶寬。（4）全系統支持多碼率格式和多種視音頻編碼方式。包括：MPEG-2、H.264、AVS等。根據省公司的規劃，結合懷集實際，懷集分公司將不建設獨立的分平臺，懷集分公司的數字電視互動業務作為分節點接入肇慶數字電視互動平臺。

2.2 建設原則

充分考慮整個系統和設備的穩定性和先進性、標準性和開放性、可靠性和可用性、靈活性和兼容性、實用性和經濟性、可升級性和可管理性，并依據以上原則，在方案設計過程中進行優化設計。

（1）穩定性和先進性原則：本方案突出了穩定性的特點，各子系統采用省公司集采入圍的設備，增強了系統的可靠性。系統各功能模塊都應采用成熟穩定的架構和核心技術，同時保證所選用的技術在現階段是新技術，并具有領先于其它技術的優勢，確保整個系統在今后一段時期內仍能保持一定的技術優勢，不會因受到新技術的沖擊而在短時間內被淘汰。

（2）標準性和開放性原則：標準化原則是保證系統具有良好的通用性、兼容性和開放性的必要保證。系統內使用的所有設備均按省公司指定的國際和國內技術規范的最新標準進行設計和開發，設備和各部分模塊也采用標準軟、硬件接口聯接，便于與不同廠商設備的互聯；系統的設計基于國際、國內標準進行設計，當需要擴展新的業務功能時，可以根據項目需要提供開放協議。

（3）可靠性和可用性原則：本方案推薦的設備應均為省公司集采入圍的設備，有嚴格的質量保證。除在技術上的先進性外，極低的故障率和良好的產品質量外，本系統采用穩定可靠的網絡結構，各子系統服務器采用冗余負載均衡設計，保證了系統在單點故障情況下仍能繼續向用戶提供服務。

（4）靈活性和兼容性原則：本方案中各種設備的接口均為標準接口，便于因系統擴容而需要的設備加裝，按照省公司指定的標準進行設計，只要通過省公司相關標準測試的設備都可以進行互聯，具有優良的兼容性。

（5）實用性和經濟性原則：本方案充分考慮業務的實用性和系統功能的實用性，立足于數字電視互動業務播發，所提供的各項服務均已被證明具有廣闊的用戶市場；除了保證系統、設備在技術上的先進性外，充分考慮所選用設備的性價比。

（6）可升級性和可管理性原則：本方案中系統內各個功能模塊均基于標準化設計，所有軟、硬件均基于標準接口聯接，可根據業務需要靈活進行擴展和升級，并可實現平滑過渡，降低后續工程建設的難度和風險。本方案中各種設備都是相互獨立工作的，具有非常靈活的擴展性。當系統需要進行擴容時，只需要簡單對各子系統進行設備增加或增加設備（網絡）的傳輸帶寬即可。各子系統獨立提供相應的網管系統對設備進行管理，具備對設配的配置、性能、故障、安全、遠程控制等全面的維護管理功能。

3 技術方案

3.1 方案總體描述

作為承載數字電視互動系統的網絡，其必須具備最基本的兩個特點。

(1)帶寬充足。懷集雙向數字電視用戶約3000，初期按照發展互動用戶600，寬帶用戶300，數據寬帶約需303Mbps。城域網的設備之間互聯可以使用千兆連接，但必須支持以后在不更換設備的情況下可以擴容到10G具有一定的帶寬升級空間。

(2)可靠穩定。懷集廣播電視互動系統作為一個運營網，必須具有高可靠性和穩定性，網絡結構必須避免任何一個節點的故障影響到其它節點的正常運作，而且每個節點必須具備雙鏈路的冗余，一條鏈路出現故障，用戶服務不受影響。

要實現互動電視，用戶機頂盒必須具備雙向通信功能，機頂盒通過向互動系統發送點播要求，才可以接收到相應的點播節目，要充分利用懷集分公司現成HFC網絡的優勢，只需要把HFC網絡改造成為一個雙向網絡，并配以CMTS設備，用戶就可以享受數字電視互動服務與寬帶上網服務。

終上分析，懷集分公司城域網必須包括核心層、接入層。

圖1 懷集廣電高清互動平臺整體結構拓撲圖

3.2 核心層

懷集分公司城域網核心層由兩臺核心交換機組成，核心交換機主要負責以下幾方面功能：(1)下連匯聚層交換機；(2)上連省互動系統骨干交換機；(3)連接寬帶網絡出口設備。

懷集分公司城域網核心交換機主要功能是交換數據包，實現高速的數據流量轉發，為各分前端匯聚節點提供最佳傳輸通道。核心層的設備不但需要吞吐量大，線速轉發，且需具備高穩定性業務能力，支持MPLS VPN/TE、QOS、組播、安全等全面的特性，可實現IPv4向IPv6的平滑過渡。在核心層交換機設備應提供IP/MPLS快速重路由、虛擬路由冗余協議(VRRP)、不中斷轉發(NSF)、雙向快速檢測(BFD)和鏈路捆綁等保護機制，有效地保證網絡運行的高可靠，可以實現99.99%的系統可用性。

綜上所述,核心設備在整個系統中起到關鍵作用，一旦設備故障會導致整個系統的崩潰，為此需要兩臺核心設備互為冗余,并P/PE節點部署MPLS VPN。核心節點間采用2×萬兆端口捆綁直連，保證故障時的數據正常倒換。

與省互/寬帶動系統互連。廣東省廣播電視網絡有限公司負責全省的數字電視互動節目源以及寬帶出口，按照懷集2015年發展互動用戶600，寬帶用戶300,數據帶寬約需303Mbps。計劃使用千兆鏈路與市城域網進行連接，通過市城域網最終連帶到省互動和寬帶平臺，但核心交換機須支持升級到10G端口，以便日后升級所需。兩臺核心交換機分別和市城域網互連實現兩條鏈路的互為冗余及負載均衡。

圖2 結構圖

3.3 匯聚層

為節省成本懷集分公司城域網匯聚層暫時不使用新增設備，接入層設備直接連到核心交換機上,主要負責：(1)把數據路由到核心層交換機；(2)連接邊緣QAM設備；(3)連接接入層設備（CMTS）。

（1）匯聚層交換機是各區域互動和寬帶用戶數據匯聚的關鍵點，任何一個匯聚層交換機故障或通信鏈路中斷，都影響到能否向用戶正常提供服務。所以本方案建議以后在新增設備時，在拓撲設計上采用雙鏈路負載均衡和冗余，每臺匯聚層交換機分別連接到主、備核心交換機，即使一條上連鏈路中斷，仍然可以通過另一條上連鏈路繼續和互動系統和互聯網進行通信。由于互動業務所需帶寬比較大，所以匯聚層交換機每臺需配備兩個萬兆口和核心層交換機進行互聯。

匯聚層交換機負責把數據在接入層設備和核心層設備之間進行路由。從物理上匯聚層交換機已具備兩條上行鏈路，可以實現雙鏈路負載均衡和冗余。

（2）連接邊緣QAM。懷集分公司延伸到千家萬戶的網絡資源主要以HFC網絡為主，要向互動用戶提供點播節目，也只能以射頻方式進行傳送，所以懷集分公司需要通過Edge QAM(通常是IPQAM)在各機房把點播節目調制成射頻信號。按照懷集城區2015年計劃發展600互動用戶共需135Mbps的流量，機房部署至少一臺IPQAM設備，并實行一主一備雙鏈路，冗余備份。為此，匯聚層交換機起碼要提供2~4個千兆以太口和IPQAM進行互連。業界Edge QAM為保證鏈路中斷而有備份鏈路繼續支撐業務，通常使用LACP方式實現端口匯聚，所以匯聚層交換機需支持基于LACP的端口匯聚功能。

（3）連接CMTS。懷集分公司開展互動業務，需要給用戶提供點播的通信渠道，CMTS是廣電系統中可以快速部署的雙向通信系統。用戶點播只需很小的上行流量，而CMTS是一個寬帶系統，帶寬在應對互動系統的應用是卓卓有余的，為了能充分利用資源，懷集廣播電視公司可以在此基礎上開展互聯網業務。

按照懷集城區2015年計劃覆蓋300戶，中心機房安裝傳統CMTS頭端設備，每臺CMTS頭端設備采取1主1備的冗余鏈路與上層交換機對接。2015年計劃發展寬帶用戶300戶總帶寬為169M。所以匯聚層交換機需要2~4個千兆以太接口與CMTS連接。

3.4 接入層

懷集分公司接入層設備主要有二類：(1)IPQAM設備；(2)CMTS設備。

3.4.1 IPQAM設備

主要負責把點播節目調制成射頻信號混合到廣電的HFC網絡。IPQAM是廣電互動系統的一個不可或缺的部件，由于懷集分公司互動系統和肇慶分公司互動系統對接，省公司所用系統采用NGOD標準架構互動系統，所以懷集分公司所用采的IPQAM 也需要支持NGOD相關標準，并且通過省公司的設備技術測試，以便BackOffice系統對QAM通道資源的管理。

懷集分公司初期以發展600高清互動電視用戶為建設目標，按6%并發率，1.5收斂比，一個頻點約傳送10套節目。故初期城區中心房互動點播所需頻點則為600×6%×1.5÷10=5.4個頻點。

由于初期中心機房需提供5.4個頻點QAM調制輸出，為了節約空間，本方案采用每個機房配置1臺通過省公司技術測試的中低密度標準IPQAM。按每臺IPQAM配備1塊板卡，1塊冷備板卡，每塊板卡24個頻點輸出。每個通道擁有38Mbps的網絡帶寬速率，按照互動點播節目標準碼率計算，每個通道可以容納約10個節目，則該臺IPQAM可同時播放240路節目。按照省公司公式要求，并發率6%，則這臺IPQAM支撐開通用戶數為240÷6%÷1.5=2666戶，滿足設計要求。

3.4.2 CMTS設備

CMTS 設備主要負責向互動用戶提供點播通信通道和向寬帶用戶提供互聯網接入服務。隨著寬帶業務的競爭越來越激烈，帶寬成了吸引用戶的一個關鍵點，而當前業界最能提供高帶寬的CMTS是DOCSIS 3.0標準的CMTS設備，為減輕前期投入成本，先采用DOCSIS2.0終端設備。

懷集分公司互動系統能夠正常開展業務，必須具備穩定可靠的網絡。CMTS數據的正常傳輸完全依賴于HFC雙向網絡的質量。現時建網及改網的標準是一個光點覆蓋電視用戶約125戶，根據懷集多年運營經驗，要保證HFC反向網絡的質量，每個上行物理口連接不宜超過4個光點，懷集分公司中心機房覆蓋用戶3000戶，約24個光點，總需求6個上行物理端口。按照4:1上下行物理端口比例，全縣總需求2個下行物理端口，8個邏輯端口。

3.5 業務數據中心設計及網管系統

業務數據中心包括DHCP、DNS等公共服務器資源以及機房監控等其他業務系統的接入，本期暫不建設公共服務器，直接使用市公司資源。

3.6 寬帶數據與互動數據分離

由于寬帶用戶傳送的數據種類較多，而且經常無意間帶有一些干擾性的數據，大大影響網絡的穩定性，互動業務是懷集分公司的主營業務，寬帶業務的運營不能影響到互動業務的正常運作，為此寬帶數據和互動數據必須要進行明確的分離，而且必須保證互動數據的優先級比寬帶數據的優先級高，要實現這一功能，要把寬帶數據和互動數據在物理網絡上分離會做成重復投資，資源不能得到充分利用，為此最佳的做法是在邏輯上實現兩種數據的分離，通過MPLS把寬帶數據和互動數據在核心層和匯聚層交換機之間建立兩條虛通道，然后在核心層把寬帶數據和互動數據在物理上分離，寬帶數據指向互聯網出口，而互動數據則指向肇慶分公司互動系統；在匯聚層，則把數據層分別輸出到CMTS設備，互動數據則輸出到IPQAM。

3.7 設備配置要求

為我司數字互動系統提供足夠的擴容空間，核心層交換機應具備1.5Tbps以上的背板交換容量，配備4個以上業務槽，可以插裝一塊16端口千兆以太網光口+8端口千兆以太網Combo口的業務板卡以及兩塊4端口的萬兆以太網光接口板卡。支持雙主控模塊冗余、雙電源冗余，為設備提供高度的可靠性，任何一個電源和主控模塊的故障，冗余模塊都可以實現無縫切換，不會影響網絡的正常工作。支持VRRP，保證了兩臺核心交換機為服務器群提供冗余鏈路，并進行負載均衡。

按照初期覆蓋8400互動用戶計算，每個機房需要配置IPQAM設備1臺。

按照初期中心機房覆蓋3000用戶，即覆蓋24個光節點，總需求6個上行物理端口。根據方案每4個光點共用1個上行口，一個下行口覆蓋16個光節點。上行口和下行口4:1的比例，初期中心機房CMTS需要配置6個上行口和8個下行口，同時需要配置1塊主控路由模塊（提供8個千兆接口和一個萬兆接口）和兩個電源模塊。

表2 懷集分公司第一階段CMTS設備需求表

廣電行業面對的挑戰日益嚴峻，除了面對三大運營商的挑戰外，還有OTT廠商的圍攻，在這種惡劣的生存環境下，發展雙向互動電視業務可以廣電運營商提供一個強有力的武器，可以留住用戶同時又發展新的用戶，在發展互動電視業務的同時還可以發展寬帶業務，增加了收入來源。而根據投資與經濟收益的分析，投資該項目會有長期的可觀收入。

該項目具有長遠的經濟效益，有力地促進了我司的業務發展，為肇慶分公司注入了生機和活力，功在當代，利在千秋。

參考文獻

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