利用IRF技術對地面數字電視前端網絡的改造

【摘要】 隨著網絡技術的發展和IP技術應用越來越廣泛，廣電設備絕大部分已實現網絡化運行和管理，但同時廣電行業對網絡的安全性和可靠性卻有著極其嚴格的要求。本文以蘇州市省地面數字電視前端網絡改造為例，利用智能彈性架構IRF（Intelligent Resilent Framework）技術針對現有系統的不足進行改造，提高了交換機的端口利用率和網絡鏈路的安全性。經過驗證IRF技術虛擬設備在網絡中的角色和作用與單臺設備并無差別，但對網絡安全性的提升作用顯著。

【關鍵詞】 堆疊 IRF

一.項目背景

蘇州廣電總臺無線發射承擔著省網絡地面數字電視21、22頻道和本地15頻道的播出任務。其中省地面數字電視前端系統是由省臺統一建設，建設初期由于各種原因其建設實施方案相對簡單，其系統結構圖如圖1。系統主要功能是將蘇州臺節目加入省臺節目流中播出并將信號流送到六縣市。隨著維護職能下移和安全播出要求越來越高，由于系統內存在單潰點，于是有必要對原有的系統進行技術改造升級。

二.項目改造

由于各種原因，前期系統在系統的安全冗余度上存在缺陷，特別整個網絡鏈路中某一交換機一旦出現故障將導致相關業務癱瘓，造成極大的損失。為了提高鏈路安全性，我們考慮增加相關交換機進行備份，同時采用堆疊技術提高鏈路冗余性能和網絡的可靠性。堆疊做為一種比較成熟的技術，在網絡組建中有著廣泛的應用，各個廠家有各個廠家的叫法，但基本原理和步驟是差不多的。由于我們采用的是華三的交換機所以利用H3C特有的堆疊技術--IRF（Intelligent Resilient Framework，智能彈性架構）虛擬化技術實現多臺交換機的協同工作、統一管理。其運行機制為在IRF系統中，有且只有一臺設備為Master設備，其余設備均為Slave設備。IRF 形成的虛擬設備采用1：N冗余，其中Master設備控制整個虛擬系統的運行，負責整個IRF的運行、管理和維護。同時Master設備也同樣負責轉發數據。Slave設備除了負責接收和轉發數據，還需作為Master的備份。一旦Master設備出現故障，IRF系統將重新選擇一臺設備作為系統的Master設備，以保持系統的正常工作。在IRF系統中，所有設備會保持相同的配置文件，因此新的Master設備可以在最短時間內完成主備切換，保持系統的穩定運行。同時，在虛擬系統內部，各物理設備間通過IRF端口互聯用以交互協議報文，IRF端口則采用聚合方式將多條鏈路進行聚合，不但可以實現IRF端口的冗余保護，也能將數據流量進行負載分擔，以進一步提高整個系統的穩定性。

針對原系統不足，我們如下改進：

1.增加信源路由

原系統初始階段數據傳輸由聯通一家提供，運行商提供了兩路主備路由通過PTN接入網關連入系統。由于安全要求的提升，增加另一運營商電信提供第二路主備路由，提高系統信道傳輸的安全性。

2.增加碼流分發交換機

碼流交換機分發交換機的主要功能：①將從省臺傳送來的節目流發送至本地，經本地處理加入本地節目流后播出并下發至縣市臺。②直接轉發省臺節目流至中心交換機播出。由于前期只有一臺交換機存在安全隱患，故增加一臺同型號H3C交換機組成IRF達到設備備份及擴展端口數和鏈路帶寬的作用。

3.增加中心播出交換機

中心播出交換機的主要功能是將本地處理后的節目流和省臺節目流發送至塔上播出交換機播出。原來系統也是只有一臺交換機，故增加一臺同型號H3C交換機組成IRF達到設備和鏈路備份作用。

4.增加塔上播出交換機

由于本地發射機與信號前端不在一處地址，故在發射塔上增設了一臺播出交換機負責將前端傳來的節目流分發至各頻道發射機激勵器處理后播出。之前也只有一臺，故也增加一臺同型號H3C交換機組成IRF達到設備和鏈路備份作用。

所有的IRF系統中都采用主備路由交叉接法，始終保證單臺交換機故障后另外一臺交換機運行時路由仍然聯通。改造之后系統結構圖如圖2所示：

三.項目實施及測試

我們按照設定目標制定預案利用周二檢修時間對現有系統進行改造并對交換機進行配置。我們正常配置IRF（以中心播出交換機為例如圖3）后測試發現無論是主備路由切換還是Master到Slave切換，播出端接收畫面恢復正常都需要30秒以上。與期望的效果相差很大。我們通過網上查找案列發現很多IRF系統輸入輸出端都做了鏈路聚合，于是我們嘗試將IRF的輸入輸出也做了鏈路聚合（以中心播出交換機為例如圖4），測試發現播出端接收畫面基本不受影響，這也證明了鏈路聚合除了增加鏈路帶寬外，在實現鏈路傳輸彈性，縮短路由時間方面也有重要的作用。

修改配置后，我們對各個IRF進行了測試，測試結果如下：

1.碼流分發IRF（如圖5）

2.中心播出IRF（如圖6）

3.塔上播出IRF（如圖7）

通過對省地數前端系統各個IRF的測試，我們發現只有碼流分發IRF聯通路由跳至電信路由時，會出現大約五秒黑屏情況，恢復時也有五秒黑屏，其余IRF主備路信源切換和主備機切換對空收效果幾乎沒有影響。

五.改進方向

結合測試結果和一段時間的使用情況，整個前端的改造達到了預期目的。但是由于IRF中一臺設備出現故障時，播出端無明顯現象可能會導致值班人員無法及時發現。而當IRF徹底故障時，恢復時間較長，可能導致嚴重后果。后期為了避免這種情況的發生，我們考慮增設交換機監控模塊加入監控系統。

六.總結

IRF作為一種虛擬化的堆疊技術，不僅能簡單地解決網絡端口的擴容問題，而且能很好的解決網絡安全和設備冗余的問題，簡化了網絡設備間對接設計，便于管理，極大地提高了網絡的安全性和可靠性。BP

參考文獻

2019.5 《通信技術》金豪《基IRF的城域網接入設備端口擴容方案》