谈广电网络数字电视系统IP化设计论文
2013年，广电网络整合加速推进，全国各地广电网络已经完成和正在进行“一省一网”整合工作的省级广电网络公司已超过2/3。江西广电网络于2002年将省干线光缆网连通全省所有县级以上有线电视前端机房，于2003年实现全省有线电视网络的整合，并于2009年完成了全省有线电视数字化整转平台建设。由于整转初期江西广电网络省干线传输系统资源有限，前端建设时采用了以传统技术为主的方式设计节目平台。随着近年省干线传输系统的扩容，以及数字电视技术和各项业务的不断发展，原有系统已不能满足需要。为此，江西广电网络于2014年对全省有线数字电视系统进行了IP化改造。该文将对此方案进行详细介绍。
1总体规划
1.1原有系统情况介绍
为了发挥全省广电网络整合的优势，江西广电网络在数字电视平台设计时采用了统一建设的方案，在省中心机房建设了一个全省数字电视总前端，大部分电视节目和增值业务总前端统一接收、编码、复用加扰后，通过干线传输网送到全省各级分公司有线电视网。在各市县分公司建立分前端，将通过网络远程加扰本地电视节目、增值业务和接收下来的总前端信号一同送入本地有线电视网络。在我省节目平台技术选型中，核心复用加扰设备选择了具备IP交换能力的大容量平台化产品：汤姆逊NetProcessor9040。但由于我省干线传输条件的限制，无法实现全IP化方案，节目平台总前端仍按8-10套标清一个节目流输出ASI信号，并通过适配器将ASI适配成DS3后通过省干线SDH网络向全省传输的方案。系统组成如图1所示。
1.2数字电视IP化的优势
数字电视平台IP化减少了运行成本：IP化后系统结构简单节省了设备，干线传输中使用了大颗粒传输类型传输业务节约了板卡，在接收调制方面IPQAM成本也只有普通QAM的1/10。数字电视平台IP化后另外一个显著的好处就是节目的调度方便：IP化后电视节目都将汇聚到核心交换机，需要任何电视节目只需在核心交换机进行调度即可，方便简捷。数字电视平台IP化后扩容方便：只要传送的业务的GE通道数据没达到通道速率就可以直接添加业务，不需要增加其他设备。数字电视平台IP化在广电行业中已经逐步推广普及，全IP架构代替传统ASI架构已经成为了趋势。
1.3总体方案
经过对现有数字电视技术、IP技术的钻研，本着节约成本，保证原有数字电视系统不动的情况下，我省数字电视IP化方案决定只对系统最终输出的ASI流进行IP化，这样规划既可以节省大量建设成本，又可以将原系统传输的ASI流电视节目与改造后的IP流电视节目互为备份提高安全播出系数，结构示意图如图2。该方案属于传统与IP化混合播出，不是完全的IP化，它接收、编码、复用都是传统构架，传输、调制部分才进行了IP化。该方案保留了传统系统的稳定性，又兼顾了IP化的优势，但是在电视节目调度的灵活性上做了牺牲。我省标清平台和高清平台搭建时间不同，所以具体IP化的方案也有差异。标清平台由于搭建时间较早，复用加扰器没有集成IP模块无法直接输出IP流，需要通过设备将ASI节目流IP化；而高清平台搭建时间较晚，复用加扰器集成了IP模块，设备能直接输出IP流到交换机进行汇聚。我省数字电视平台前端设备为了保证安全播出全部为1+1热备份，此次方案采购的设备也全部1+1备份。省中心机房前端转IP使用思科平台设备DCM，核心交换机是思科4948千兆交换机。标清IP流在DCM生成，原数字电视平台中经过主、备切换选择过的标清ASI流分两路输入主、备思科DCM，DCM将ASI流IP化后输出最终标清IP流（239.x.x.a）。高清IP流先在复用加扰器生成，高清平台主、备复用加扰器组产生高清IP流后分别送到主、备思科4948，汇聚后的高清流再通过思科4948送到DCM，由于主备思科4948进行了数据备份，任何一台DCM将接收到的主、备两路原始高清IP节目流（232.0.y.b），DCM进行分析并选择无故障的一路IP节目流重新生产组播地址并输出，产生最终的高清IP流（239.x.x.b）。无论是标清还是高清电视节目的最终IP流（239.x.x.c）都是由DCM产成的，为了方便调度，IP流又由DCM返回了思科4948交换机，再由4948的光口送到波分系统，经省干线传输网送到各市、县分公司前端，各市、县分公司前端经数码IPQAM接收后送到本地有线电视网。方案具体设备结构如图3。该方案主备设备完全分开，必要时还能通过主、备思科4948之间的连接线将主、备复用加扰器的输出IP流同时调度到两台思科DCM，极大的保障了安全播出。
2总前端节目平台组网方案
2.1前端设备
前端最重要的设备是核心交换机4948，所有的设备都是经过这里进行转发和汇聚的。我省前端每台思科4948输出了2个GE信号到波分系统，分别是标清和高清IP流，由于我省IP化使用是组播方式进行IP流的传播，所以思科4948只是做为一个节目传输的通道在使用，为了保证2个GE通道信号的正常就必须对2个GE端口进行设置，如图4设置。“ippimsparse-mode”显示该交换机启用了组播协议，组播协议是密集模式，这是组播传播的先决条件；“ipaccess-groupacl_denyin”显示该端口拒绝接收数据，由于我省本期建设的为广播式IP系统，所以避免下游数据上来启用了该命令行；“ipigmpstatic-group”这是静态IP组播表，只有在该组播表里的组播地址才能被传播出去。Igmp协议version3才能使用该功能。这样配置保证了只有列表中的IP流才会被传播出去，不会因为下游某台IPQAM标清和高清GE端口接反了或者IPQAM配置有误，造成数据流溢出，使得全省IPQAM都无法正常接收IP流，从而造成安全播出事故。
2.2前端规划
前端最重要的是组播地址的规划，在IP化建设前必须详细规划好每一处的组播地址和设备地址。我省IP化系统搭建之初高清复用加扰器输出的原始IP流组播地址与DCM产生的最终IP流组播地址规划的一样（均为239，x.x.b），结果在测试过程中发现下游各分公司前端IPQAM接收到的高清IP流通道的数据是正常流数据的2倍，但是节目正常，检查发现思科4948端口的流量也是正常流量的2倍。经过大量排查后发现，由于高清复用加扰器生成的原始IP流和DCM的生成的最终IP流组播地址相同，而整条链路相对于组播流来说只是一个通道，下游分公司前端IPQAM抓取组播流时，只根据组播地址来取节目，所以两个组播地址相同的组播流都通过了思科4948的光口输出到了下游的IPQAM中，所以IP流中的数据量是正常的2备，IPQAM在调制电视节目时又随机收取了一个组播流，由于2个组播流节目一样，所以电视节目的接收是正常的，但是如果2个组播流节目不同，就会造成接收的节目混乱。由于该事件的发生，我省将高清复用加扰器输出的IP流组播地址进行了更改，并且在同一个系统中即使IP流不互联也不再使用相同的组播地址，避免该类事件的再度发生。思科4948也能通过协议控制端口选择某个源来的组播流，避免该类事件的产生，如图5。该端口访问列表表示该端口只能输出从网络地址172.30.z.13和172.30.z.17的复用加扰器来的组播流，避免了其他端口过来的相同组播地址的IP流从该端口出去，虽然该方法也能避免相同组播地址同时传播的问题，但是本着设备配置越简单越好的原则，我省此次建设没有使用该方法，而是选择使用了不同的组播地址。
3干线网传输方案
我省干线网为华为80G波分系统，拓扑采用环状结构，省一干传输拓扑图（如图6）。我省部分市分公司建设了省二干传输网，其传输拓扑图与省一干基本相似；还有部分市级分前端采用有线电视光机直接将数字电视信号送到所辖县级分前端，其传输方式就更简单。我省IP流传输使用的是广播式GE，由省中心机房通过省一干波分系统广播到各个市级分公司，部分市级分公司又通过省二干波分系统广播到所辖县级分公司。
3.1业务保护机制
首先，我省干线传输中光纤采用的双发选收机制，每2个站点间都有主、备两对纤，极大的避免了光路中断的可能性。其次，在业务配置上采用双发选收的保护机制，保证传输的安全。例如：上饶要接收数字电视IP流，首先，省中心机房通过九江和抚州两个方向分别将两路GE信号送到了上饶两个方向来的线路板上了，上饶的业务板通过预先设置好的选收机制将其中一路作为主用信号，另外一路作为备用信号，在一个光路中断或板卡故障的情况下，保证能从另外一个方向接收到GE信号。
3.2发送和接收方面
省前端的主、备思科4948发出的4个光信号，在省中心机房分别送到的机房波分系统的4块业务板，由于省一干波分系统建设比较早市级分公司只当时只配备了2块业务板，省中心机房下来的4个GE业务分别两两通过这2块业务板接收下来；省二干波分系统数字电视系统GE信号的发送和接收都是分摊在4块业务板上的，这样规划避免了由于板卡故障造成GE信号中断的情况。
4市县级分前端节目平台组网方案
在接收入网的方面，我省当时有2种方案，数码视讯IPQAM的集成度较高，一块射频卡就能输出48个不邻频的频点，而且光接收口具有主、备切换的功能，方案一，各分公司只采购一台IPQAM将主、备信号同时输入该IPQAM，通过IPQAM来进行主、备切换选择GE信号；方案二：使用主、备IPQAM分别接收主、备GE信号，主、备IPQAM输出主、备射频信号后，再由射频切换器切换选择射频信号送入本地HFC网。方案一在播出的安全性上有缺陷：由于没有备分设备，如果IPQAM出现故障不能工作，整个电视节目信号都会中断；同时IPQAM主、备切换机制简单，只检测主、备光输入口没有IP信号输入，如果没有才进行切换，不检测具体的流数据，如果只是某一个组播流没有了信号不会发生切换。当然该方案优点也明显，建设成本较低。方案二在安全性上比方案一更有保障，但是由于我省分公司数量较多建设成本比方案一增加了不少。经过综合考虑和比较，本着“不间断、高质量、既经济、又安全”的方针，我省选择了第二种方案，使用该方案也利于后期电视节目扩容。
5结语
随着三网融合试点的不断推进，除了越来越多的城市开始运营IPTV业务之外，互联网巨头也以半卖半送的形式向用户发放他们的OTT盒子。现在我省各分公司前端接收的IP流电视节目和原有ASI流电视节目作为主、备信号使用，但是IP流的保护机制已经比较完善了，本着节约成本的原则，将暂不需增加经费维修、购买原有ASI流接收设备，原有ASI流接收设备将会自然淘汰，IP流接收将是我省各分公司前端接收入网的主用方式。便于未来智能家庭产品的不断推进。
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