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陕西广电数字电视IP平台方案
数字电视IP平台方案(初稿)
第一章、数字电视IP平台项目背景
1.1有线电视发展趋势
2010年1月13日,国务院常务会议提出了三网融合的阶段性目标,即:
2010年~2012年重点开展广电和电信业务双向进入试点,探索形成保障三网融合规范有序开展的政策体系和体制机制;2013年~2015年,总结推广试点经验,全面实现三网融合发展,普及应用融合业务,基本形成适度竞争的网络产业格局,基本建立适应三网融合的机制和职责清晰、协调顺畅、决策科学、管理高效的新型监管体系。
目前有线电视业务面临着来自互联网、电子阅读等多种媒体体验方式的冲击,但毫无疑问,电视对用户的影响力仍然是最大的。
而随着有线电视业务在传媒方式上的大力革新,其内容形态已远远跨越传统电视的范畴,互联网视频、手机电视等新媒体业态正在加速有线电视业务的延伸。
而高清、3D技术由于产业链的日益成熟也反向助推了相应技术的革新。
这些不同特性、不同内容但又相互依存的业务体系加速促进了有线电视业的网络化进程。
为了符合三网融合的时代战略需要,基于发展的要求,应充分利用我国广播电视网宽带网络资源,建成中国下一代广播电视网(NGB),使之成为以“三网融合”为基本特征的新一代国家信息基础设施。
1.2IP平台的必要性
1.2.1IP技术优势
随着数字电视的快速发展,前端系统处理业务的逐渐增多,原有系统的全ASI架构已经显得过于局限,给系统扩容和管理维护带来了诸多不便。
从技术的发展趋势分析,融合网络是未来网络架构的主流发展趋势,IP技术使得信息汇集和现有网络整合成为可能。
1.1采用千兆高速IP网构架有线电视综合网络具有技术成熟、服务可靠、设备简单、高速、廉价、集成化、智能化、可升级、高传输带宽、双向化的优点,能够高质量、智能化地实现多功能业务。
1.2IP化的数字电视前端系统进行码率修整、备份方案、信号切换、码流重组,都可以超越机械和手动,超越部件和子系统,灵活的进行调度和配置。
1.3IP平台的高集成度,内置软交换取代了复杂庞大的矩阵,高度集成的系统取代了分体的系统,简单的IP化布线(光纤、双绞线)取代了繁复的ASI布线。
所有的业务都使用以太网接口,通信的基础是IP包的交换,所以它能够端到端地在网络上传输各种业务。
由于IP网络的高传输带宽、通道的双向性,协议的统一性和流量的不对称性和对多点组播协议的支持,使它可以完成视音频信号的传送,实现网络之间的无缝连接,它在支持双向网络,开展VOD等双向业务的时候就有天然的优势。
依靠光纤的高带宽和简单的优先级方案,还可以基本解决服务质量(QoS)问题。
1.2.2IP平台应用情况
1.2.2.1各省网情况
根据前期技术交流的情况,目前在完成数字电视整合省份中,贵州省网(省中心及所有地市)、河南省网(省中心及18个地市)、新疆(省中心及所有地市付费平台节目)采用全IP架构数字电视平台。
除上述省网外,在深圳天威、重庆市网等业务发展较好的地市级网络,数字电视平台均已采用IP架构平台。
另外四川省网、河北省网、黑龙江省网、甘肃省网等均有计划建设数字电视直播IP平台。
1.2.2.2公司应用情况
Ø省前端数字电视高清直播平台在信源接收、节目复用、高清编码等业务处理环节均基于IP组播方式进行节目调度分发。
Ø高清互动平台的回看、时移等业务的节目源信号均通过IP组播方式从数字电视前端送至互动平台媒资采录系统。
Ø高清互动平台从省前端至各分前端的视频节目数据流也是基于IP网络实现的。
1.3现有平台存在的问题
自2003年数字电视平台开始建设,经过多年的运行,传统ASI架构平台的不足和缺点日益凸显出来,并且随着设备的长期运行,系统故障率逐渐增高,目前数字电视平台存在以下问题。
1.3.1节目调度分发灵活性不足
目前数字电视平台基于ASI架构组网,设备间的互联必须通过电缆连接,实现节目信号的传送和调度。
采用ASI架构“硬”连接方式的数字电视前端,是典型的“电路交换”架构方式。
对于省级数字电视省总前端,需要布放大量的电缆才能实现大容量节目内容的调度分发。
采用电缆连接方式,设备端口间为固定的对应关系,前端节目因业务变化调整时,需要逐级调整“电路”走向,改变电缆连接关系或新增电缆,还有可能出现因设备无空余端口,影响节目调整的情况。
1.3.2设备老化问题
数字电视平台自2003年开始建设,省前端系统在网设备已累计运行超过8年时间。
随着设备的长期运行,故障率也逐年提升。
虽然省公司已准备备板备件,用于故障处理和抢修,但在网的主要核心设备——华为DTX8800系列产品(复用、加扰器、适配器)、DTX8200系列产品(QAM调制器)自2011年开始停止销售和生产,后期将停止设备维保。
为保障全省数字电视平台稳定运行,业务持续发展,需建设基于IP架构兼容现有平台的数字电视前端系统。
1.3.3系统集成度低,难以备份
采用ASI架构的数字电视前端设备,受端口对应关系及数据转发能力的限制,单台设备需要多个物理端口才能实现单路节目传输流的复用、加扰。
仅为满足全省统传节目的复用、加扰,在省前端已安装复用加扰器20多台,占用大量的机柜空间。
如果建设基于ASI架构的数字电视前端备份系统,由于设备集成度低,备份系统的设备规模与原系统基本相同;为实现主、备系统的切换,需增加切换系统,造成前端系统组网更加复杂、占用更多的机房空间。
第二章、技术方案
2.1技术方案编写依据
本技术方案的编写,遵循以下技术规范及相关标准。
2.1.1技术规范标准
ISA、NGOD、IMS架构技术规范和标准
3GPP&TISPAN《IMS架构技术标准》
TimeWarnerInc时代华纳《ISA架构技术标准》
Comcast《NGOD架构技术标准》
MPEG-2/4,H.264、AVS编码标准技术规范
ISO/IECJTC113818《MPEG-2音视频编解码标准》;——1994
ISO/IECJTC114496-1、2、3、4、5《MPEG-4音视频编解码标准》;——1999
JVTMPEG-4AVC/H.264《MPEG-4AVC/H.264视频编码标准》
GB/T20090《AVS——信息技术先进音视频编码》
GY/T134一1998《数字电视图象质量主观评价方法》
GY/T228--2007《标准清晰度数字电视主观评价用测试图》
GB/T14919-1994数字声音信号源编码技术规范
GB-T18119-2000低比特率通信的视频编码
HFC网络技术规范、IP网络技术规范
GY/T180-2001《HFC网络上行传输物理通道技术规范》
GY/T200.1—2004《HFC网络数据传输系统技术规范第1部分:
总体要求》
GY/T200.2—2004《HFC网络数据传输系统技术规范第2部分:
射频接口及协议》
Y.1001《IP总体框架——电信网络和基于IP网络技术融合的总体框架》
Y.140《全球信息基础设施——互连参考点》
YD/T1170-2001《IP网络技术要求—网络总体》
《面向下一代广播电视网(NGB)电缆接入技术(EoC)需求白皮书》——国家广播电影电视总局科技司2009年5月18日
RFC4445MDI(MediaDeliveryIndex)媒体传输质量指标
2.1.2系统设计原则
2.1.2.1标准化和开放性
整个系统应基于在开放的架构和标准的协议之上,采用统一的国际标准和工业标准,亦能很好的符合国标及广电总局制定的相关行业标准,同时提供与外部系统之间开放的协议接口,满足与其它相关系统相连接的不同需求,整个系统采用开放的系统架构,支持业务组件的可拆卸和可替换。
2.1.2.2先进性和实用性
系统设计采用先进而科学的理念、技术和方法,在稳定性、可靠性以及流畅性方面达到业界一流水平。
系统可以支持多种先进的编码格式。
2.1.2.3安全性和可靠性
系统设计在考虑技术先进性的同时,还从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理及维护等方面重点保证系统运行的可靠性和稳定性。
采用故障检查、告警和处理机制,保证数据不因意外情况丢失或损坏;采用灵活的任务调度机制实现负载均衡,达到最大的平均无故障时间。
必须在设备层、链路层、路由层及业务层等多个层面实现热备份,并且具有毫秒级切换能力,且具有其它相应的安全保障机制。
2.1.2.4灵活性和可扩展性
按照全网数字电视IP平台规划,省、市、县三级平台将分阶段完成。
系统设计中应在安全可靠的前提下充分考虑灵活性和可扩展性。
系统硬件、软件采用模块化设计,将来随着业务种类的增加和用户数量的增长,能够实现可预见的平滑升级(包括软硬件、网络规模及业务拓展等)。
2.1.2.5可管理性
系统具有先进完善的运行管理和监控功能,对主要设备提供性能检测、记录、告警,并可以自动诊断和恢复,在主用设备发生故障时可以无缝隙地切换到备用设备,不影响正常业务的运行。
2.1.2.6集成度
系统设备应具有较强的业务处理能力和较高的集成度,可在目前有限的机房空间内部署,并节约用电功耗。
2.1.2.7最优性价比
方案的设计和设备选型应充分考虑到视频传输业务特点、业务发展需求、OTN网络架构及分阶段实施可能性,在安全可靠的前提下,具有能充分满足未来业务发展需求的性能,充分利用和整合现有基础设施资源,实现资源共享,确保建成后的整个系统具有最高的性价比。
2.2总体规划:
2.2.1建设需求
2.2.1.1标准开放的体系架构
数字电视IP平台遵循DVB标准,各业务模块(设备)必须采用业界通用标准接口,并符合DVB、MPEG、IP组播协议、IPv6等相关规范和标准,保证系统可扩展,降低公司投资风险和平台运营风险。
2.2.1.2全网分组交换
数字电视IP平台省前端业务调度分发、省市县三级前端的节目调度分发均采用IP分组交换方式。
单节目传输流、复合节目传输流调度分发采用IP组播方式,通过IP分组交换的QOS保障措施确保用户观看节目时视频质量(QOE)。
采用IP分组交换、组播承载方式的调度分发系统,提高平台的转发效率,降低系统组网复杂度,提升平台运行的可靠性和灵活性。
2.2.1.3支持多种编码格式
数字电视IP平台满足现有MPEG-2和H.264的标清、高清编码格式外,可扩展至支持多种收视终端、协议的编码格式需求,支持高清互动平台对多种编码格式的需求。
2.2.1.4平台设备冗余备份
为保证数字电视节目的安全播出,数字电视IP平台关键业务模块设备均采用双机热备份方式,避免单点故障、提高关键设备的可用性。
业务调度分发基于全路由保护的IP数据网和环网保护的省、市OTN传输网,提高传输通道的安全性、可靠性。
2.2.1.5平台业务集中分发,全网三级运营
数字电视IP平台省前端完成全省基本包节目、付费节目的接收、复用、加扰等业务环节,加密后的节目传输流通过省前端核心调度分发系统经省干OTN网络送至地市分前端。
地市分前端接收IP组播承载的数字电视传输流,经过直播IPQAM设备调制为射频信号后,接入本地HFC网络送至用户端机顶盒。
县级数字电视分前端通过各地城域OTN网络接收地市分前端分发的统传和地市节目的组播IP信号,接收到的IP组播传输流通过IPQAM调制为射频信号送入本地HFC网络。
2.2.1.6新老平台相结合,平稳过渡
数字电视IP平台建成后,ASI架构数字电视平台在一段时间内仍然是数字电视业务主用系统平台。
省前端IP平台的部分直播业务模块可作为ASI平台的备用系统提供节目信号;分前端通过射频开关实现IPQAM信号与原QAM信号的主备切换。
在数字电视IP平台试运行稳定后,省前端数字电视IP平台将作为主用播出平台,ASI平台作为备用播出平台,并保持两个平台的业务配置参数一致。
数字电视分前端IPQAM输出的射频信号作为本地播出主用信号,原QAM信号作为备用信号。
数字电视IP平台县级前端建设,实现数字电视节目本地调制播出,解决地市至县级数字电视射频信号远距离传输后可靠性、稳定性相对较低的问题。
2.2.2业务规划
数字电视IP平台系统主要包含信源接收系统、预复用/码率修整系统、复用加扰系统、调度分发平台、分前端业务处理系统等主要业务处理模块,并与原数字电视平台共用条件接收CA系统、电子指南EPG系统、台标字幕插入系统、数据广播系统、股票播发系统等业务模块。
数字电视IP平台通过省前端调度分发系统和OTN传输网络将数字电视节目传输至各市县分前端,并与互动平台、媒资采录系统、高清直播平台连接。
目前,数字电视系统采用ASI架构组网,分省、市(县)两级前端。
全省共建分前端23个,统传数字电视直播频道138套,其中标清视频节目123套,音频广播节目21套,占用16个TS流,共计608Mbps带宽;高清节目15套,占用4个TS流,共计152Mbps带宽,另外还有2个数据广播TS流和1个股票信息TS流,共114Mbps流量,通过SDH网络19个45M通道和OTN网络4个通道向各地市分前端传送。
各地市分前端有4至10套本地节目,1-2个TS流,共38-74Mbps流量,通过本地复用、加扰、调制后将射频信号与统传节目混合进入本地分配网。
2.3系统设计
2.3.1系统架构
数字电视IP平台设计为三级结构模式,省公司总前端和市县分前端。
依据“统一接收、统一加扰、统一下传”的原则,省公司总前端承担全省统传数字电视节目的接收、复用、加扰、分发等业务处理流程;地市分前端完成省、市(县)数字电视节目的调制以及本地节目的编码、复用(加扰)。
按照数字电视业务处理流程,省公司IP平台总前端包含信源接收系统、预复用&转码(统计复用)系统、复用加扰系统、调度分发平台、网管系统;分前端业务系统包括IPQAM射频调制、本地节目编码器、复用加扰器等设备。
系统架构图
2.3.2系统架构说明
数字电视IP平台分为业务平台和调度分发平台两部分。
2.3.2.1业务平台
其中业务平台根据功能分为:
信源接收系统、预复用&转码(统计复用)系统、复用加扰系统、分前端业务处理系统。
a、信源接收系统
信源接收系统包含有卫星天线、异地备份系统、接收机等硬件,系统完成卫星转播节目的接收、解扰,输出符合DVB标准的节目流,并通过IP组播方式提供节目源信号。
b、预复用&转码系统
根据数字电视直播节目业务参数,将信源系统提供的节目重新进行参数配置、复用组合,生成新的多节目传输流(MPTS)。
同时根据互动平台的节目采录需要,对信源系统提供的节目进行格式和码率的转换;为满足新业务对带宽的需要,通过CBR转码或统计复用方式控制预复用生成的TS流带宽。
c、复用加扰系统
复用加扰系统分别连接EPG和CA系统,将各类视音频节目、数据广播与EPG信息、CA信息进行复用,生成最终的数字电视节目流,并通过调度分发平台送至各个分前端。
d、分前端业务处理系统
IPQAM接收通过OTN网络传送的数字电视节目IP组播信号,将接收的IP组播节目流根据各地市的频点规划调制为64QAM射频信号送入本地HFC网络。
2.3.2.2IP调度分发平台
IP调度分发平台包括核心调度平台和网管平台两大部分。
核心调度分发平台承载所有数字电视类节目,是数字电视IP平台的重要基础网络系统。
系统采用全IP组网方式,利用分组交换实现平台各系统的信号交换,通过省干OTN网络实现数字电视直播节目的下传分发,是数字电视IP平台数据交换核心。
网管平台承载各系统所有设备网管、CA-BOSS系统连接、CA-加扰器连接、EPG信息插入等业务。
是数字电视IP平台的运营管理核心。
2.3.3子系统说明
2.3.3.1业务平台
2.3.3.1.1信源接收系统
信源接收系统实现卫星传送节目的接收、解扰功能。
接收天线、异地备份等硬件与现有数字电视平台公用,本次项目需增加功分模块和多通道卫星接收机(IRD)。
为提高机房空间利用率并降低系统功耗,采用多通道卫星接收机。
通过多通道卫星接收机实现卫视、付费节目的IP组播信号输出功能,向后级系统模块提供节目信源信号;并可向原有数字电视平台提供ASI接口的信号。
为满足后IP平台后级系统对信号处理的需要,根据节目属性,IRD分别输出单节目组播信号或者多节目组播信号,并提供主、备双路输出信号。
2.3.3.1.2预复用&转码(统计复用)系统
预复用&转码系统实现两大功能:
1、TS流复合——根据数字电视业务规划参数将单节目流复用为多节目流;2、节目转码——节省系统传输带宽并通过调度分发平台向互动平台提供规定格式和码率的节目信源信号。
央视、陕台节目信源只能通过ASI接口方式接收,因此在预复用环节设置ASI切换分配器,向主/备-预复用器组提供节目信号,并转换为IP组播信号用于后级系统模块。
NVOD和数据广播系统仅支持ASI方式的接口,因此在预复用环节对其进行IP转换,便于后级业务系统对业务的处理。
2.3.3.1.3复用加扰系统
复用加扰系统对预复用&转码系统提供的标清多节目传输流、高清直播节目、NVOD节目、数据广播信息进行加扰,并与EPG信息进行复用,生成最终的数字电视直播节目,通过调度分发平台送至各分前端IPQAM。
复用加扰系统采用单设备输出端口备份、设备间1:
1热备等方式,确保系统稳定运行。
根据数字电视节目属性(央视节目、陕台节目、卫视节目、付费频道等)并考虑设备的流量负载分担和备份方式,将节目分为基本包(央视、陕台、卫视等)和付费包两种类型,每种类型通过独立的主/备复用加扰器组进行业务处理并输出至调度分发平台。
2.3.3.1.4分前端业务系统
分前端业务系统包括IPQAM、编码器、复用加扰器等硬件设备,系统实现全省统传节目和本地节目的射频调制,将射频信号送入本地HFC网络;其次实现本地节目的的编码、复用加扰等业务处理流程。
另外分前端业务系统IP化,可实现地市向省公司互动平台回传本地节目素材。
2.3.3.2调度分发(IP)平台
2.3.3.2.1网管平台
a、各系统网管连接
各系统通过网管核心交换机连接,通过各系统网管服务器进行性能管理,配置管理,安全管理和故障管理等。
b、省前端系统与各业务信息系统连接
IP前端系统与CA系统、EPG系统和BOSS系统通过网管交换系统连接,对前端系统进行节目加扰、EPG信息插入,并与BOSS系统进行通信。
2.3.3.2.2核心调度分发平台
核心调度分发平台分为省中心总前端、地市分前端和省前端-分前端连接三部分。
2.3.3.2.2.1省中心总前端拓扑
在此方案中卫星接收机、编码器、预复用器和复用加扰器与核心路由器均采用主备双链路连接。
直播前端系统与核心路由器采用主备双上联链路连接。
互动转码系统、媒资采录系统及后期其它应用系统与接口交换机均采用主备双上联链路连接。
2.3.3.2.2.2地市分前端拓扑
数字电视IP前端整体方案中全省采用省、地市、县三级结构,分前端本地节目通过本地编码、复用、加扰后,通过本地核心交换机转发至本地IPQAM调制输出,并同时通过本地核心交换机向县级分前端分发。
县级分前端本地节目本地编码、复用、加扰后,通过本地交换机转发至本地IPQAM调制输出。
2.3.3.2.2.3省前端-分前端连接拓扑
根据IP前端整体方案,节目通过省中心总前端进行复用、加扰后通过核心交换系统上OTN传输网络分配至各分前端,在分前端通过IPQAM调制后进入分配网。
考虑到现网OTN骨干网络结构,配合OTN建设进度,数字电视IP平台系统建设分阶段逐步实施。
地市级分前端:
通过OTN骨干网将省前端统传信号传输至各地市分前端,其中西安通过本地城域OTN网将省前端统传信号传输至建西街分前端。
县级分前端:
从地市分前端通过本地OTN城域网将地市接收的省前端统传信号和地市本地信号传输至各县级分前端。
OTN省干传输带宽需求:
节点
OTN骨干网
OTN支干/城域网
板卡
省前端
太白路-北大街9波
18块省干8GE板卡
2块西安城域网8GE板卡(或1块16GE板卡)
西安分前端
\
西安城域网2波
2块西安城域网8GE板卡(或1块16GE板卡)
咸阳
OTN省干北环5波
\
2块8GE板卡
渭南
波道数量需与本地支干网建设情况及拓扑结构结合统计
2块省干8GE板卡
板卡数量需与本地支干网建设情况及拓扑结构结合统计
铜川
\
2块省干8GE板卡
延安
波道数量需与本地支干网建设情况及拓扑结构结合统计
2块省干8GE板卡
板卡数量需与本地支干网建设情况及拓扑结构结合统计
榆林
波道数量需与本地支干网建设情况及拓扑结构结合统计
2块省干8GE板卡
板卡数量需与本地支干网建设情况及拓扑结构结合统计
宝鸡
OTN省干南环4波
波道数量需与本地支干网建设情况及拓扑结构结合统计
2块省干8GE板卡
板卡数量需与本地支干网建设情况及拓扑结构结合统计
安康
\
2块省干8GE板卡
商洛
\
2块省干8GE板卡
汉中
\
2块省干8GE板卡
合计
OTN省干南环4波、北环5波
西安城域网2波
36块省干8GE板卡,4块西安城域网8GE板卡(或2块16GE板卡),其余各地市板卡数量需与本地支干网建设情况及拓扑结构结合统计
OTN省干网络架构:
交换机需求:
(注:
以下设备配置仅包含省前端和地市分前端)
节点
设备
设备端口需求
备注
省前端
核心路由交换机×2
10/100/1000Base-T×96,1000Base-XSFP×192,可扩展10GESFP+×48,双电源,可热插拔
接口交换机×2
10/100/1000Base-T×96
设备网管核心交换机×2
10/100/1000Base-T×96,1000Base-XSFP×96,可扩展10GESFP+×16,双电源,可热插拔
设备网管交换机×2
10/100/1000Base-T×48
西安分前端
三层组播交换机×2
48×10/100/1000Base-T,
48×1000Base-XSFP,
可扩展8×10GESFP+,
双电源,可插拔
不包含县级数字电视IP平台分前端交换机
咸阳
三层组播交换机×2
渭南
三层组播交换机×2
铜川
三层组播交换机×2
延安
三层组播交换机×2
榆林
三层组播交换机×2
宝鸡
三层组播交换机×2
安康
三层组播交换机×2
商洛
三层组播交换机×2
汉中
三层组播交换机×2
业务侧网络拓扑:
骨干网:
星型组网结构
此方案中心节点核心路由器与各地市分前端均有两路交叉直连路由,可通过增加业务板卡直接在核心路由器上实现前端设备间数据交换及端口备份,同时将组播流向地市分前端推送。
支干网:
分区域环网+直连链路
此方案在分区域小环网的基础上,每个县级分前端增加单点上联地市前端链路。
这种结构具有以下几大优势:
A、各县均有到地市分前端的直连路由,均有至少两路以上的上联路由,保障了直播平台的安全性;
B、减少了OTN支干网和城域网的资源占用;
C、可根据OTN支干网和城域网的建设情况和组网方式划分为不同的小区域,有较大的灵活性;
D、便于增加节点,可根据数字电视业务发展需求合理增加分前端。
下图中灰色部分和虚线部分均为三期项目中根据数字电视业务发展需求增加的节点。
2.4系统安全
数字电视作为公司主营业务,系统的安全性和节目的安全播出是本次IP平台规划和建设的重点,分别从以下三个层面进行安全保障。
2.4.1业务
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