寬帶互動電視業(yè)務的網(wǎng)絡建設探討

徐 冉

（廣州珠江數(shù)碼集團有限公司，廣東 廣州 510010）

隨著網(wǎng)絡技術、數(shù)字技術、多媒體技術的高速發(fā)展，廣播電視網(wǎng)絡開始向寬帶通信網(wǎng)、數(shù)字電視網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)不斷演進，全國各地廣電運營商已實施了數(shù)字電視整體轉換工作，完成了從模擬時代向數(shù)字時代的飛躍。在技術革新和市場發(fā)展的推進下，用戶的電視收視習慣也在轉變——由被動收看轉向自主選擇，高清點播，直播節(jié)目回看時移，并逐步習慣以電視機終端為平臺嘗試各類多媒體綜合信息服務，這種人機互動交流的電視使用形式已經(jīng)成為趨勢，互動電視已成為數(shù)字電視發(fā)展的必然方向[1-4]。

目前，各地廣電運營商已經(jīng)開始了互動電視建設運營的探討，個別城市已經(jīng)全面推廣。廣州珠江數(shù)碼集團有限公司作為廣州地區(qū)的有線電視網(wǎng)絡運營商，已經(jīng)明確把寬帶互動電視定位為未來的主營業(yè)務，從今年開始全面啟動互動電視業(yè)務。本文通過分析互動用戶的數(shù)據(jù)分析，結合有線電視網(wǎng)絡的現(xiàn)狀，搭建網(wǎng)絡建設模型，對適合寬帶互動發(fā)展的網(wǎng)絡建設展開討論。

1 互動網(wǎng)絡環(huán)境概況

在互動網(wǎng)絡建設中，系統(tǒng)平臺搭建為網(wǎng)絡的核心要素，也是各地互動發(fā)展的首要工作。珠江數(shù)碼與微軟公司合作，建立了基于Mediaroom的互動電視平臺，該平臺使用通用硬件設備，包含190臺服務器和媒資存儲設備，50臺視頻編碼器和各類視頻處理設備。互動平臺根據(jù)廣州實際情況開發(fā)集成業(yè)務，再通過IP網(wǎng)絡進行分發(fā)，以實現(xiàn)交互式數(shù)字電視服務，給用戶提供多種高質量業(yè)務服務。

互動的流媒體業(yè)務包含節(jié)目時移、回看、點播和各類應用。這些數(shù)據(jù)通過城域網(wǎng)傳輸?shù)礁鞣智岸?，通過本地CMTS按用戶需求分發(fā)到各機頂盒。2011年底平臺性能已支持高清互動用戶數(shù)250 000上線使用。目前系統(tǒng)已經(jīng)提供高清直播頻道19套、標清直播頻道90套的直播服務、45套節(jié)目4 h時移及72 h頻道回看服務。在流媒體并發(fā)支持能力上，時移服務器可支持45 Gbit/s的推流帶寬，回看系統(tǒng)可支持40 Gbit/s的推流帶寬，VOD系統(tǒng)可支持20 Gbit/s的推流帶寬。

在互動電視中，直播節(jié)目采用了組播的模式，目前采用DOCISIS 3.0的技術進行覆蓋，全網(wǎng)采用了1臺CMTS 3.0進行節(jié)目分發(fā)，設置了10個直播專用頻點，直播流量以類似廣播的型式，不占用各分前端的點播CMTS。整個互動平臺的架構如圖1所示。

2 用戶行為分析

互動電視打破了傳統(tǒng)的單向視頻服務傳輸模式，以用戶為主體，提供以用戶為中心的多種交互性業(yè)務，如點播、時移和回看等。在雙向數(shù)字網(wǎng)絡傳輸中，各類交互性業(yè)務均單獨占用網(wǎng)絡資源，用戶行為直接影響網(wǎng)絡建設。

為更好地了解用戶行為，筆者取樣1.8萬個互動電視用戶，通過互動電視平臺實施兩個月數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)每半個小時提取一次，包含了用戶數(shù)量、開機時間、收視內容、收視習慣、占用流量和出口負荷等內容，并從數(shù)據(jù)提煉分析，從用戶開機率、戶均占用帶寬和開機并發(fā)率3個影響網(wǎng)絡建設的主要因素入手。表1為某周在晚上10點高峰期的數(shù)據(jù)采樣記錄，具體數(shù)據(jù)和分析如表1所示。

表1 互動前端用戶數(shù)據(jù)分析匯總表

2.1 用戶開機率

互動電視用戶在收看電視時，無論是直播或點播節(jié)目，均須先通過互動機頂盒連接系統(tǒng)平臺，發(fā)出注冊請求。開機用戶可定義為當互動機頂盒在前端系統(tǒng)注冊通過，并開始產生流量（可剔除待機狀態(tài)）的用戶。

從近兩個月的數(shù)據(jù)來看，用戶開機集中在每晚的8點至10點，每周日的晚上為收視高峰，兩個月的平均開機率為44.79%，峰值為69.85%。該數(shù)據(jù)目前較為穩(wěn)定，建議選擇70%作為模型設計參考。

2.2 戶均占用帶寬

在互動平臺中，直播節(jié)目采用了單臺CMTS組播技術，不占用帶寬資源，戶均占用帶寬主要是指用戶點播，其中主要是視頻點播。從數(shù)據(jù)來看，影響戶均占用帶寬的因素主要有兩個，一個是點播節(jié)目本身的帶寬占用，另外一個是用戶使用的頻率。

點播視頻的壓縮格式主要有MPEG-2和H.264兩類，廣州互動系統(tǒng)的電視節(jié)目采用H.264的格式，高清流為9 Mbit/s，標清流為3 Mbit/s；用戶的使用頻率受節(jié)目內容和價格的影響，在采樣的互動平臺中有高清直播電視節(jié)目19套（含1套3D頻道），標清直播節(jié)目90套，其中45套節(jié)目支持4 h的時移和72 h的回看。系統(tǒng)已存儲了10 000 h的標清節(jié)目，8 700 h的高清節(jié)目，每天保持3部以上的點播影片節(jié)目更新。

根據(jù)分析，由表1可以得出最高峰值的戶均獨占帶寬為4 Mbit/s，考慮到高清點播節(jié)目的逐步增加，戶均帶寬也會隨之提升，建議在目前的用戶習慣下，每戶分配5 Mbit/s，作為模型設計參考。

2.3 開機并發(fā)率

并發(fā)率即在線用戶同時點播的機率，從表1的互動平臺的出口流量數(shù)據(jù)分析，全網(wǎng)的并發(fā)率平均值為10%。在今年的1月份，珠江數(shù)碼實施了在網(wǎng)互動用戶全免費試看的推廣，在2月份恢復正常收費，為此，筆者選擇了一個用戶集中的光機進行兩個月的數(shù)據(jù)對比，詳見表2。

表2 互動某前端在線用戶并發(fā)率分析表

可見開機并發(fā)率和市場策略關系密切，免費時的并發(fā)率為收費時的2倍。在特殊的重大節(jié)日期間，用戶對電視的關注也會使得并發(fā)率提升?？紤]到用戶習慣的改變、市場策略的調整，建議選擇正常推廣時期接近峰值數(shù)據(jù)30%作為模型設計參考。對于特殊高峰期的處理，互動平臺可采用基于PCMM的QoS保障，但系統(tǒng)端口達負荷時，用戶在新增點播時會收到端口擁塞提示，可稍后再試，不影響在線用戶的體驗。

在明晰以上3個數(shù)據(jù)的基礎上，可以通過調配前端出口資源的配置，選擇不同的模型滿足市場部門提高互動業(yè)務報裝滲透率需求，同時配合市場發(fā)展，結合網(wǎng)絡監(jiān)控，對整體網(wǎng)絡建設及升級改造進行調整。

3 互動網(wǎng)絡建設方案

互動用戶的全面發(fā)展，首先要立足于網(wǎng)絡的現(xiàn)狀，合理利用現(xiàn)有網(wǎng)絡資源，通過升級改造來適合互動發(fā)展。其次是合理規(guī)劃新建網(wǎng)絡，放眼未來，光進銅退。以廣州為例，城區(qū)內已基本實現(xiàn)了CMTS技術的雙向覆蓋，并以每年10萬戶的新增速度在新建網(wǎng)絡，對于互動電視的發(fā)展，應采取不同的建網(wǎng)模式。結合HFC網(wǎng)絡特征以及數(shù)據(jù)分析，對寬帶互動網(wǎng)絡建設提出如下建議。

3.1 基于CMTS網(wǎng)絡改造建設模型

在Cable的網(wǎng)絡中，CMTS接入技術一直在引領業(yè)界發(fā)展，目前已進入DOCSIS V3.0，DOCSIS 3.0的最大特點是數(shù)據(jù)傳輸功能增強，其中包含了上下行多個信道捆綁，具備了可直接與FTTH競爭的寬帶水平。新一代的標準DOCSIS 4.0已在討論中，擴大帶寬仍將是趨勢。在全國各地的有線電視網(wǎng)絡中，同軸電纜仍是目前信號傳輸?shù)某休d主體，需充分發(fā)掘利用，CMTS是最佳的選擇之一。

3.1.1 直播節(jié)目在HFC網(wǎng)絡中采用了組播的模式

采用CMTS技術來實現(xiàn)節(jié)目傳輸，直播信號傳輸是一個關鍵點和難題。在一般的網(wǎng)絡配置中，直播信號需通過部署在分前端的CMTS來實現(xiàn)，這樣不僅暫用資源，還需投入大量的直播CMTS，經(jīng)研究可采用直播獨立CMTS部署方式，如圖2所示。

CMTS處理如下：

1）Tuner1運行DOCSIS，連接到CMTS網(wǎng)絡；

2）Tuner2實現(xiàn)直播業(yè)務傳送，建立Frequency_Table文件；

3）Tuner1與CMTS的連接丟失，CM繼續(xù)通過Tuner2提供直播業(yè)務。

CM上線時從TFTP上下載組播IP與頻率的對應表，采用如下步驟：

1）CM收到組播請求，把組播請求里的IP與對應表的IP進行匹配查詢；

2）CM通過匹配查詢找到組播IP對應的頻率；3）CM的Tuner跳頻到對應的頻率上。

3.1.2 原有網(wǎng)絡的升級改造模型

多數(shù)城市的有線電視網(wǎng)已采用了CMTS技術改造，并把光機覆蓋用戶降低至400戶或200戶?；覥MTS網(wǎng)絡改造的主要原則是分步實施，并根據(jù)用戶發(fā)展來調整模型，結合上述開機率、并發(fā)率及戶均帶寬等關鍵技術參考指標，并根據(jù)市場提供的推廣區(qū)域和滲透計劃，建立部署模型。

模型的基礎條件為：1個光發(fā)射機覆蓋4個光站，每個光站覆蓋用戶400戶，1個光發(fā)射機覆蓋用戶約1 600戶。

模型1：1個發(fā)射機對應4個光站，共用8個CMTS下行頻點，可滿足滲透率21%互動用戶覆蓋，該模型適用早期廣覆蓋用戶區(qū)域的升級和未實施互動覆蓋區(qū)域的改造（見圖3）。

模型2：在模型1基礎上擴容，1個發(fā)射機對應4個光站，共用16個CMTS下行頻點（見圖4）。較模型1增加了8個頻點，原因是在雙向覆蓋優(yōu)質樓盤中，通過近幾年的網(wǎng)改和升級，已全面使用860 MHz或1 GHz的設備，可在750 MHz至860 MHz/1 GHz頻段內追加8個頻點，使這個模型在實際操作中頻點資源的占用量與模型1相比擴充1倍。該模型主要用于重點發(fā)展區(qū)域或新建樓盤，對于模型1的下行端口流量超出70%時，開始升級割接至模型2。

模型3：在模型3基礎上擴容，一個發(fā)射機對應2個光站，共用16個下行頻點，該模型只適用于模型2的擴容，如圖5所示。

3個模型在射頻系統(tǒng)的建設上可以做到一步到位，表3為各個模型下可支持互動電視用戶區(qū)域覆蓋的滲透能力，具體模型搭建可根據(jù)市場發(fā)展和流量預警進行合理調整升級。

表3 模型滲透能力

3.2 基于光進銅退的新建網(wǎng)絡模型

在中國下一代廣播電視網(wǎng)的整體規(guī)劃中，NGB的核心傳輸帶寬將超過1 000 Mbit/s，保證每戶接入帶寬超過40 Mbit/s，可以提供高清晰度電視、數(shù)字視音頻節(jié)目、高速數(shù)據(jù)接入和話音等三網(wǎng)融合的一站式服務，使電視機成為最基本、最便捷的信息終端。未來網(wǎng)絡的爭奪，高帶寬將是第一步，在新建網(wǎng)絡中，如何預留足夠的帶寬來面對未來競爭，光進銅退將會是較好的選擇。

3.2.1 雙線入戶

這是一個光纖到樓層的方案，在最后30 m的接入網(wǎng)中，采用雙線（同軸電纜和五類線）同時入戶。技術體系采用EPON模式，無源光網(wǎng)采用1∶16的光分，每16戶1個ONU。同軸網(wǎng)絡部可延用原有建設模式，在集成RF接口的ONU全面降價后，可調整為從ONU取DVB信號。在此模式下，按照30%的數(shù)據(jù)并發(fā)，用戶接入帶寬可達13 Mbit/s，符合互動高清點播8 Mbit/s與寬帶上網(wǎng)5 Mbit/s的帶寬需求，系統(tǒng)結構如圖6所示。

互動網(wǎng)絡的具體方式如下：

1）前端配置。在分前端安裝EPON的頭端設備OLT，每個PON口覆蓋網(wǎng)絡其中一臺光機，在OLT劃分VLAN，采用2個VLAN來進行業(yè)務區(qū)分，一個VLAN承載一種業(yè)務，VLAN 10承載寬帶業(yè)務，VLAN 20承載互動業(yè)務，OLT與ONU之間采用Trunk口，VLAN透傳信號，承載寬帶和互動業(yè)務（見圖7）。

2）室外ONU配置。在樓放的位置部署16 FE口的ONU，ONU的上聯(lián)口配置為VLAN Trunk模式，轉發(fā)VLAN20（互動電視業(yè)務）和VLAN10（寬帶業(yè)務），ONU啟用IGMP Snooping功能，對組播流進行轉發(fā)（見圖8）。

3）室內設備配置。雙線至用戶家中，戶內安裝小型交換機（4口L2 Switch），Switch的Uplink口通過5類線連接到樓道ONU的FE口，配置為Trunk模式，轉發(fā)VLAN 10與VLAN 20的數(shù)據(jù)報文。L2 Switch的FE1/FE2口連接STB，F(xiàn)E3/FE4口連接PC，配置為Access模式，轉發(fā)VLAN 10和VLAN 20的報文，將VLAN標簽剝離，STB過來的報文到達該FE口時，加上VLAN20的標簽向上轉發(fā)，同時開啟交換機的IGMP Snooping功能，實現(xiàn)寬帶和互動的捆綁（見圖9）。

3.2.2 光纖到戶

FTTH網(wǎng)絡設計原則：在小區(qū)新建時，考慮新建接入機房，部署OLT設備，每16戶一個光纖交接箱，采用集中分配的模式。在用戶室內（一般在門后位置）安裝集線器箱，內置220 V供電，用于安裝ONU。ONU選用4口輸出，室內布線采用集中分配的模式，每個終端同時敷設五類線和同軸電纜，對于開通DVB業(yè)務的用戶，仍然使用同軸電纜網(wǎng)絡提供信號，對于開通寬帶或互動電視的用戶，采用LAN網(wǎng)接入（見圖10）。

光纖入戶方案從技術角度來看無疑是屬于目前建網(wǎng)的最佳方案，能提供戶均30 Mbit/s甚至更高的接入，且中間鏈路的無源光網(wǎng)可大大降低維護成本。對比雙線入戶，光纖入戶建網(wǎng)成本相對偏高，主要在用戶終端設備的投入，具體價格參看表4。

表4 雙線入戶和FTTH建網(wǎng)戶均成本對比 戶/元

4 小結

在三網(wǎng)融合的大環(huán)境下，互動電視是廣電發(fā)展的必然方向。借助廣電本身的受眾廣、覆蓋面大的優(yōu)勢，廣電運營商可以開展各類互動電視業(yè)務，挖掘潛在市場，逐步提高廣電的市場競爭力。寬帶互動網(wǎng)絡的建設，要根據(jù)自身的網(wǎng)絡現(xiàn)狀，遵循市場發(fā)展規(guī)律，建議在原有的網(wǎng)絡中，采用CMTS的技術進行改造，對于新建網(wǎng)絡，當明確實施光進銅退，可根據(jù)業(yè)務發(fā)展和資金投入，選擇光纖入戶或雙線入戶。

[1]國家廣播電影電視總局科技司.下一代廣播電視網(wǎng)（NGB）示范區(qū)實施總體方案[EB/OL].[2012-01-01].http://www.doc88.com/p-05329726169.html.

[2]夏勇，何晶.融合網(wǎng)絡寬帶IP互動電視技術方案設計[J].電視技術，2010，34（10）：9-13.

[3]楊煉.三網(wǎng)融合的關鍵技術及建設方案[M].北京：人民郵電出版社，2011.

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