李 芳
(杭州市廣播電視科學(xué)技術(shù)研究所,浙江 杭州 310008)
數(shù)字電視、光通信技術(shù)、TCP/IP技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)了電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)的融合。交互數(shù)字電視是一種利用寬帶有線電視網(wǎng),集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等多種技術(shù)于一體,向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式服務(wù)的嶄新技術(shù)。用戶在家中可以網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒+普通電視機(jī)方式享受IPTV服務(wù),它能夠很好地適應(yīng)當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的趨勢(shì),充分有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源[1]。
交互數(shù)字電視作為廣播電視未來(lái)發(fā)展的一項(xiàng)重要業(yè)務(wù),正在日益普及,由于交互電視的傳輸隨用戶數(shù)量的增長(zhǎng),所需帶寬會(huì)急劇增長(zhǎng),其流量具有很強(qiáng)的隨機(jī)突發(fā)性,且占用巨大帶寬資源,網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的時(shí)延和誤碼,直接導(dǎo)致圖像質(zhì)量的下降。原先以承載數(shù)字視頻廣播(DVB)業(yè)務(wù)為主的杭州地區(qū)數(shù)字電視傳輸網(wǎng)在容量和接口能力上已無(wú)法滿足交互電視業(yè)務(wù)的傳輸要求,也無(wú)法滿足用戶對(duì)服務(wù)品質(zhì)的需求。建設(shè)一個(gè)既滿足開(kāi)展交互數(shù)字電視需要,又保障傳統(tǒng)數(shù)字廣播電視業(yè)務(wù)的發(fā)展,同時(shí)又能兼顧其他各項(xiàng)業(yè)務(wù),具備較高投資收益比的廣域傳輸平臺(tái)的課題擺在面前。
廣播電視傳輸網(wǎng)主要傳輸兩大類業(yè)務(wù):一類業(yè)務(wù)是廣播型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),它的特點(diǎn)是所有的用戶共享一個(gè)數(shù)據(jù)流;另一類業(yè)務(wù)是交互型業(yè)務(wù),這種業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是一戶一個(gè)流,數(shù)據(jù)流不能共享,因而它需要交互型雙向交換網(wǎng)絡(luò)來(lái)支持。其流量具有很強(qiáng)的隨機(jī)突發(fā)性,隨著點(diǎn)播用戶數(shù)量的變化,所需帶寬會(huì)急劇變化。因此,在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí),既要滿足開(kāi)展交互數(shù)字電視需要,又要兼顧傳統(tǒng)的直播業(yè)務(wù)。歸納如下:1)區(qū)縣交互用戶采用杭州的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN)服務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行服務(wù),點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸以保障用戶的服務(wù)安全;2)利用RPR環(huán)的業(yè)務(wù)分類傳送、帶寬共享的特點(diǎn),應(yīng)對(duì)突發(fā)流量,使二區(qū)五縣點(diǎn)播命中率提升至80%以上;3)搭建DVB傳輸通道,下傳中央、省市重要節(jié)目和高清節(jié)目,作為原有的阿爾卡特SDH傳輸網(wǎng)的DVB節(jié)目的備份,同時(shí)為新增DVB節(jié)目預(yù)留傳輸通道;4)搭建快速以太網(wǎng)通道,為保障杭州區(qū)縣分前端數(shù)字信號(hào)安全播出,監(jiān)測(cè)區(qū)縣分前端設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和信號(hào)質(zhì)量監(jiān)督回傳鏈路等提供傳輸通道;5)預(yù)留一定帶寬,為開(kāi)展“數(shù)字電視廣播、交互數(shù)字電視、互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)”的全媒體做準(zhǔn)備。
首先,分析了當(dāng)前傳輸技術(shù):ATM(異步傳輸模式)、以太網(wǎng)技術(shù)、DWDM(波分復(fù)用)、OTN(光傳送網(wǎng))、SDH、MSTP(多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點(diǎn))。由于ATM適用于多業(yè)務(wù)電信環(huán)境,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳輸效率低、成本高,不適合廣播電視傳輸網(wǎng)絡(luò)。所以著重對(duì)以太網(wǎng)、DWDM、OTN和MSTP內(nèi)嵌RPR技術(shù)進(jìn)行了比較和論證。以太網(wǎng)(純IP)組網(wǎng)具有價(jià)格便宜、快速的按需配置、速率升級(jí)容易等優(yōu)勢(shì),但它在端到端QoS保障機(jī)制、環(huán)形拓?fù)涞确矫娲嬖谌别W,特別是長(zhǎng)距離傳輸受限。DWDM具有光纖利用率高、適合大顆粒數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送的優(yōu)點(diǎn),但其建網(wǎng)成本高、維護(hù)復(fù)雜、IP層面保護(hù)欠缺。OTN是下一代的骨干傳送網(wǎng),它面向IP業(yè)務(wù)、適配IP業(yè)務(wù)的傳送需求,滿足大顆粒業(yè)務(wù)傳送的需要,但它同樣存在造價(jià)高、對(duì)小顆粒的業(yè)務(wù)調(diào)度欠缺、標(biāo)準(zhǔn)還在不斷完善等不足。MSTP是現(xiàn)今應(yīng)用最為廣泛、成熟的光傳送平臺(tái),近年來(lái)通過(guò)引入RPR,MPLS,EV?PLAN,EVPL等技術(shù),在繼承SDH強(qiáng)大自愈能力的基礎(chǔ)上,提升了IP層面的保護(hù)能力,能實(shí)現(xiàn)大小顆粒的靈活調(diào)度[2]。對(duì)于發(fā)展階段的杭州地區(qū)交互數(shù)字電視區(qū)域網(wǎng)絡(luò),筆者認(rèn)為利用多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)(MSTP)內(nèi)嵌彈性分組環(huán)(RPR)技術(shù)組網(wǎng)是最佳的選擇。
為滿足直播數(shù)字電視和交互數(shù)字電視的傳輸需求,規(guī)劃傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí),全網(wǎng)全部采用華為OSN傳輸設(shè)備。將杭州城區(qū)DVB總前端和杭州古蕩數(shù)據(jù)中心兩大前端機(jī)房與二區(qū)五縣機(jī)房組成新的傳輸網(wǎng)絡(luò)組成雙環(huán)。將杭州數(shù)字電視多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)劃分為A,B,C共3個(gè)邏輯組網(wǎng),達(dá)到提高帶寬利用率和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)能力的目的,組網(wǎng)如圖1所示。
圖1 MSTP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
圖1中整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為2個(gè)相交的10 Gbit/s物理環(huán)(簡(jiǎn)稱南環(huán)和北環(huán))。以古蕩和富陽(yáng)為交匯點(diǎn),直播電視業(yè)務(wù)從凱旋門下傳至各區(qū)縣,交互電視業(yè)務(wù)從古蕩下傳至各區(qū)縣。
1)增大傳輸容量
根據(jù)規(guī)劃,DVB業(yè)務(wù)占用16×VC4(每個(gè)VC4為155.52 Mbit/s);RPR業(yè)務(wù)占用16×VC4;如果是一個(gè)單環(huán)網(wǎng)絡(luò),就剩下32×VC4用來(lái)傳輸交互電視業(yè)務(wù)(GE),每個(gè)站點(diǎn)只有4有個(gè)站點(diǎn),即622.08 Mbit/s數(shù)據(jù)流顯然不能滿足交互電視的業(yè)務(wù)需求。為了增大傳輸容量,設(shè)計(jì)用2個(gè)10 Gbit/s物理環(huán)來(lái)傳輸交互電視業(yè)務(wù),每個(gè)站點(diǎn)可下傳32×VC4÷4站點(diǎn)=8×VC4,即1244.16 Mbit/s,容量增加1倍。
2)易擴(kuò)容性,性價(jià)比高
根據(jù)目前使用情況,淳安、建德、桐廬為交互電視業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的8×VC4的流量已經(jīng)滿負(fù)荷。今后可以很方便地再擴(kuò)容2個(gè)10 Gbit/s物理環(huán)。
3)根據(jù)杭州兩大前端布局
凱旋門是DVB業(yè)務(wù)前端,向各區(qū)縣站點(diǎn)傳輸數(shù)字電視前端業(yè)務(wù);古蕩是數(shù)據(jù)中心,主要傳輸交互電視業(yè)務(wù)。兩個(gè)前端業(yè)務(wù)可以通過(guò)新建傳輸網(wǎng)調(diào)度數(shù)字電視信源。
根據(jù)目前業(yè)務(wù)的需求可劃分為A,B,C共3個(gè)邏輯子網(wǎng)。
邏輯子網(wǎng)A:由10 Gbit/s環(huán)網(wǎng)上的9個(gè)站點(diǎn)組成,分配32個(gè)VC4。傳輸凱旋門站點(diǎn)下發(fā)的DS3,RPR,F(xiàn)E業(yè)務(wù)及其他業(yè)務(wù)(見(jiàn)圖1中外環(huán)虛線)。
邏輯子網(wǎng)B:由10 Gbit/s北環(huán)組成上的5個(gè)站點(diǎn)組成,分配32個(gè)VC4。傳輸古蕩至北環(huán)上站點(diǎn)的交互電視業(yè)務(wù)(見(jiàn)圖1中左邊內(nèi)環(huán)虛線)。
邏輯子網(wǎng)C:由10 Gbit/s南環(huán)上的5個(gè)站點(diǎn)組成(富陽(yáng)算北環(huán)),分配32個(gè)VC4。傳輸古蕩至南環(huán)上站點(diǎn)的交互電視業(yè)務(wù)(見(jiàn)圖1中右邊內(nèi)環(huán)虛線)。
MSTP的保護(hù)屬于物理層的技術(shù),它通過(guò)冗余的帶寬和冗余的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)切換,使得因受光網(wǎng)絡(luò)失效而影響的業(yè)務(wù)能夠自動(dòng)恢復(fù)[3]。MSTP保護(hù)分為子網(wǎng)連接保護(hù)環(huán)(SNCP)和復(fù)用段保護(hù)環(huán)(MSP-Ring)。下面將兩種保護(hù)方式進(jìn)行比較,結(jié)果如表1所示。
通過(guò)對(duì)比,筆者認(rèn)為SNCP保護(hù)更適合雙環(huán)結(jié)構(gòu)的保護(hù)。SNCP具有可靠性高、倒換時(shí)間快、可實(shí)現(xiàn)雙節(jié)點(diǎn)互連(DNI)等特點(diǎn),適合對(duì)MSTP網(wǎng)絡(luò)跨環(huán)傳輸業(yè)務(wù)的保護(hù),其保護(hù)方式如圖2所示。
當(dāng)環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)兩處光纜故障時(shí),可以通過(guò)富陽(yáng)至古蕩的鏈路,保護(hù)凱旋門DVB前端至各個(gè)站點(diǎn)的業(yè)務(wù)不中斷。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全等級(jí)大大提高。
RPR(Resilient Packet Ring)是彈性分組環(huán)。彈性指業(yè)務(wù)的傳輸可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀況進(jìn)行靈活的適應(yīng);分組數(shù)據(jù)指業(yè)務(wù)傳輸?shù)幕締卧且粋€(gè)個(gè)的數(shù)據(jù)包,而不是像SDH使用固定幀的格式進(jìn)行處理;環(huán)是要求設(shè)備組網(wǎng)時(shí)形成“環(huán)形”的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。RPR是一種新的MAC層協(xié)議,它吸收了千兆以太網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、SDH對(duì)延時(shí)和抖動(dòng)的嚴(yán)格保障及可靠的時(shí)鐘和自愈保護(hù)環(huán)等優(yōu)點(diǎn),大大優(yōu)化了數(shù)據(jù)包的傳輸。RPR具有空間重用、拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、帶寬公平、保護(hù)倒換、完善的質(zhì)量服務(wù)(QoS)機(jī)制等優(yōu)點(diǎn),成為新一代光網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)包的首選技術(shù)[4]。
表1 SNCP保護(hù)與MSP-Ring保護(hù)的比較
圖2 保護(hù)方式選擇
華為OSN3500的EGR2板支持IEEE 802.17標(biāo)準(zhǔn)定義的RPR特性。由9個(gè)節(jié)點(diǎn)的EGR2板組成RPR環(huán)路。各節(jié)點(diǎn)之間鏈路由8×VC4通道構(gòu)成。杭州數(shù)字電視RPR環(huán)網(wǎng)拓?fù)鋱D如圖3所示。
圖3 RPR環(huán)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
從圖中可以看出:RPR為逆向雙環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),外環(huán)(Outer Ring,簡(jiǎn)稱0環(huán))和內(nèi)環(huán)(Inner Ring,簡(jiǎn)稱1環(huán))都傳送數(shù)據(jù)包和控制包,RPR的外環(huán)的傳送方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍瑑?nèi)環(huán)的傳送方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?。雙環(huán)同時(shí)工作,有效地利用所有帶寬。內(nèi)環(huán)的控制包攜帶外環(huán)數(shù)據(jù)包的控制信息,外環(huán)的控制包攜帶內(nèi)環(huán)數(shù)據(jù)包的控制信息,雙環(huán)互為備份和保護(hù)[3]。
RPR通過(guò)兩根反向光纖組成的環(huán)形結(jié)構(gòu),RPR節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)可以在環(huán)上有2個(gè)方向到達(dá)另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。所以每個(gè)節(jié)點(diǎn),都需要在VC4-xv(VC4虛級(jí)聯(lián))級(jí)別上,進(jìn)行VC?trunk的綁定。以古蕩節(jié)點(diǎn)為例,將VCtrunk1綁定奇數(shù)VC4-1,3,5,7,9,11,13,15;VCtrunk2綁定偶數(shù)VC4-2,4,6,8,10,12,14,16(見(jiàn)圖4),通過(guò)環(huán)上節(jié)點(diǎn)共享VCtrunk通道,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)到多點(diǎn)的EVPLAN互聯(lián)。
圖4 VCtrunk綁定(截圖)
RPR支持兩種保護(hù)機(jī)制,Wrapping(環(huán)回倒換)保護(hù)和Steering(源路由倒換)保護(hù)。RPR的兩種保護(hù)各有優(yōu)缺點(diǎn):Wrapping保護(hù)方式是指當(dāng)環(huán)路上的某個(gè)地方發(fā)生故障時(shí),則在故障附近的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)環(huán)回,把內(nèi)環(huán)和外環(huán)連在一起。Wrapping保護(hù)倒換的時(shí)間小于50 ms。這種保護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)速度快、丟失數(shù)據(jù)少,缺點(diǎn)是環(huán)回浪費(fèi)帶寬;Steering保護(hù)方式是指業(yè)務(wù)不需要從發(fā)生故障的的地方倒換,而是通過(guò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)協(xié)議生成故障后的新拓?fù)?,源?jié)點(diǎn)直接按照新的拓?fù)浒l(fā)送數(shù)據(jù)給目的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)環(huán)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)小于等于16時(shí),Steering保護(hù)倒換的時(shí)間小于50 ms。這種保護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)是不浪費(fèi)帶寬,缺點(diǎn)是當(dāng)組網(wǎng)規(guī)模較大時(shí)保護(hù)倒換的速度較慢,并且在新路徑建立之前部分?jǐn)?shù)據(jù)被丟棄[3]。根據(jù)華為OSN設(shè)備同時(shí)支持Wrapping和Steering兩種保護(hù)方式特性,決定采取先環(huán)回后源路由的保護(hù)方式。當(dāng)環(huán)路發(fā)生故障時(shí),環(huán)網(wǎng)先采用繞回方式進(jìn)行倒換,保證環(huán)網(wǎng)倒換速度,減少丟包;當(dāng)通過(guò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)協(xié)議生成故障后的新環(huán)路拓?fù)?,再采用源路由方式,使業(yè)務(wù)按照新拓?fù)涞淖罴崖窂桨l(fā)送給目的節(jié)點(diǎn),減少帶寬的浪費(fèi)。以桐廬為例(見(jiàn)圖5、圖6)。
可以看出RPR的源路由保護(hù)和環(huán)回倒換,可以提供不同等級(jí)的服務(wù)和不同等級(jí)的環(huán)網(wǎng)保護(hù)功能。但是由于RPR和SDH的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)類型、故障狀態(tài)不同,如何將兩種保護(hù)機(jī)制協(xié)調(diào)工作,最大程度提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和有效性方面,還需要繼續(xù)深入研究[3]。
RPR是利用雙環(huán)結(jié)構(gòu)傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),具有業(yè)務(wù)在目的節(jié)點(diǎn)剝離、空間重用等特點(diǎn),在傳輸組播和廣播業(yè)務(wù),環(huán)上只要用一個(gè)拷貝分組,便可大大節(jié)約帶寬[4]。
數(shù)字電視主要分為單播、組播和廣播業(yè)務(wù)。單播業(yè)務(wù)主要是用于直播電視,對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的傳送時(shí)延及抖動(dòng)比較敏感,這部分用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸來(lái)解決。組播業(yè)務(wù)和廣播業(yè)務(wù)都是點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳送。主要用于電視輪播和電視點(diǎn)播。為了使交互電視的數(shù)據(jù)流在目的節(jié)點(diǎn)能接收并剝離出來(lái),劃分了VLAN,即將每個(gè)站點(diǎn)都劃分了VLAN號(hào),古蕩數(shù)據(jù)中心向每個(gè)節(jié)點(diǎn)的VLAN發(fā)送數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖7)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)分配給的VLAN,接收從RPR環(huán)上來(lái)的數(shù)據(jù)報(bào),將報(bào)文從環(huán)上剝離,并繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)。比如在古蕩數(shù)據(jù)中心向建德的VLAN端口(4046,4047)傳輸數(shù)據(jù),到了建德后,按建德的VLAN(4046,4047)的數(shù)據(jù)剝離,其余數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。到了桐廬,按桐廬的VLAN(4048,4049)的數(shù)據(jù)剝離,其余數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)(見(jiàn)圖8)。
另外,也可以1個(gè)業(yè)務(wù)用1個(gè)VLAN號(hào)的。如杭州凱旋門向二區(qū)五縣傳送的移動(dòng)電視業(yè)務(wù),就是8個(gè)節(jié)點(diǎn)共用1個(gè)VLAN號(hào)。到了目的地,使VLAN為3011的移動(dòng)電視的數(shù)據(jù)流在目的節(jié)點(diǎn)接收并剝離出來(lái),同時(shí)繼續(xù)往下一個(gè)站點(diǎn)傳送。
RPR可以提供對(duì)業(yè)務(wù)的分級(jí)服務(wù)。用戶數(shù)據(jù)可以被劃分為3個(gè)業(yè)務(wù)級(jí)別:A,B和C。在RPR環(huán)路上,優(yōu)先級(jí)A又可以分為A0和A1兩個(gè)子類型。優(yōu)先級(jí)B也可以分為B_CIR(Committed Information Rate,承諾接入速率)和B_EIR(Excess Information Rate,超額信息速率)兩個(gè)子類型[4]。各優(yōu)先級(jí)的區(qū)別如表2所示。
表2 RPR業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)劃分
利用RPR環(huán)共享2.5 Gbit/s的特性。首先,從古蕩下傳至各區(qū)縣節(jié)點(diǎn)的交互電視點(diǎn)播業(yè)務(wù),選擇C類業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí),通過(guò)建立VLAN表,進(jìn)行EVPLAN組網(wǎng);然后,配置從凱旋門下傳到區(qū)縣的移動(dòng)電視業(yè)務(wù),采用B類優(yōu)先級(jí),各個(gè)區(qū)縣采用相同VLAN號(hào),到目的節(jié)點(diǎn)剝離業(yè)務(wù),分配的帶寬可回收,承載業(yè)務(wù)繼續(xù)下傳;最后,余杭至蕭山的千兆以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù),為了保障業(yè)務(wù)沒(méi)有瞬斷,選擇A類業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí),通過(guò)高優(yōu)先級(jí),建立EVPL組網(wǎng),保證余杭至蕭山連續(xù)性。多種不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)同時(shí)在RPR環(huán)上傳輸,實(shí)現(xiàn)了用戶共享鏈路帶寬(VCtrunk),在滿足多點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)字電視點(diǎn)播及數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)的安全傳輸?shù)耐瑫r(shí),又提高了系統(tǒng)投資回報(bào)率。
杭州數(shù)字電視運(yùn)營(yíng)商利用RPR技術(shù)建設(shè)的新一代數(shù)字電視多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)。自運(yùn)行以來(lái),承載著大量的廣播式數(shù)字電視業(yè)務(wù)和數(shù)字電視增值業(yè)務(wù),二區(qū)五縣用戶使用杭州的CDN(內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò))服務(wù)器,交互電視點(diǎn)播命中率大大提升。有力推動(dòng)了杭州二區(qū)五縣的數(shù)字直播電視、交互電視、增值業(yè)務(wù)的開(kāi)展,滿足了杭州二區(qū)五縣用戶數(shù)量增長(zhǎng)、用戶對(duì)影片的觀看質(zhì)量、服務(wù)響應(yīng)速度的要求,有效保證杭州地區(qū)數(shù)字電視用戶的發(fā)展計(jì)劃得以實(shí)現(xiàn),極大促進(jìn)杭州地區(qū)數(shù)字電視從數(shù)量到質(zhì)量的發(fā)展。
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