有線網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)電視的技術(shù)平臺(tái)建設(shè)

鄭德華

（太原有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司，山西 太原 030024）

1 互動(dòng)電視平臺(tái)的建設(shè)背景

在中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和“三網(wǎng)融合”的大背景下，廣電運(yùn)營(yíng)商數(shù)字電視DVB系統(tǒng)提供的單向數(shù)字電視廣播服務(wù)的局限性日益凸顯，不僅無(wú)法向人們提供更豐富、更新穎、更有吸引力的用戶體驗(yàn)，同時(shí)，DVB系統(tǒng)的直播內(nèi)容和簡(jiǎn)單的信息發(fā)布等技術(shù)模式也局限了運(yùn)營(yíng)商的盈利增長(zhǎng)空間。而另一方面，來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)電視、PC流媒體、視頻下載網(wǎng)站和來(lái)自電信運(yùn)營(yíng)商的IPTV正伴隨網(wǎng)絡(luò)及技術(shù)的成熟而大有蠶食廣電運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)的勢(shì)頭，競(jìng)爭(zhēng)勢(shì)態(tài)已然形成。

我們作為二、三線城市廣電運(yùn)營(yíng)商，必須面對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn)，考慮未來(lái)實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)。我們需要穩(wěn)步推進(jìn)廣電賴以生存的視頻業(yè)務(wù)，如高清互動(dòng)電視，并在此基礎(chǔ)上逐步發(fā)展網(wǎng)絡(luò)使其具備支撐三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)的能力?；?dòng)電視是利用寬帶網(wǎng)絡(luò)，以家用電視機(jī)（需配置機(jī)頂盒）作為主要收視終端，通過(guò)HFC網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供包括電視節(jié)目在內(nèi)的多種交互式數(shù)字媒體服務(wù)。對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，這意味著新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，通過(guò)向用戶提供互動(dòng)電視業(yè)務(wù)（對(duì)廣電來(lái)說(shuō)，這是增值業(yè)務(wù)）可以增加收入，同時(shí)增加對(duì)收視用戶的黏性，并提煉出高端用戶，從而促動(dòng)廣電增值業(yè)務(wù)的發(fā)展，為用戶提供可供選擇的差異化服務(wù)，提升服務(wù)水平和服務(wù)意識(shí)，這些對(duì)廣電運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)尤為重要。

2 互動(dòng)電視視頻服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)

2012年3月，我公司開(kāi)始新建互動(dòng)TV2.0系統(tǒng)，系統(tǒng)支持高清與標(biāo)清影片混部播放，高清碼流采用H.264的8 M格式，標(biāo)清碼流采用H.264的1.9 M格式。本期新建系統(tǒng)支持4 000條標(biāo)清點(diǎn)播并發(fā)流，1 000條高清點(diǎn)播并發(fā)流。

2.1 本期互動(dòng)TV2.0系統(tǒng)的兩個(gè)階段

2.1.1 TV2.0-1期建立流服務(wù)系統(tǒng)

具體功能模塊包括：①LRM：內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)資源管理軟件，根據(jù)本節(jié)點(diǎn)資源狀況，實(shí)時(shí)控制LSD的用戶調(diào)度行為，并控制節(jié)點(diǎn)資源使用，實(shí)現(xiàn)本地服務(wù)路由的控制；②LCM：節(jié)點(diǎn)內(nèi)容管理組件,負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容信息、狀態(tài)、生命周期管理，受制于GCM的統(tǒng)一控制；③LSD：實(shí)現(xiàn)多臺(tái)UCE的負(fù)載均衡，選擇一個(gè)最適合的UCE為用戶提供服務(wù)，其調(diào)度智能及行為受LRM控制，使用應(yīng)用層重定向技術(shù)進(jìn)行用戶調(diào)度；④UCE：統(tǒng)一內(nèi)容引擎軟件，具有內(nèi)容存儲(chǔ)和內(nèi)容服務(wù)能力，是面向用戶的內(nèi)容提供點(diǎn)，同時(shí)支持流媒體加速和下載加速。支持部分緩存、邊下載邊服務(wù)、共享存儲(chǔ)等特性。

2.1.2 TV2.0-2期建立本地中心系統(tǒng)、本地服務(wù)系統(tǒng)、門(mén)戶系統(tǒng)、認(rèn)證系統(tǒng)

①本地中心系統(tǒng)承擔(dān)TV2.0產(chǎn)品業(yè)務(wù)的匯聚功能。通過(guò)本地承載網(wǎng)絡(luò)與流服務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)，同時(shí)承擔(dān)內(nèi)容存儲(chǔ)、中心調(diào)度、流媒體服務(wù)、頁(yè)面展現(xiàn)等任務(wù)。華數(shù)后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)承擔(dān)內(nèi)容支持、用戶管理、頁(yè)面服務(wù)、調(diào)度重定向等部分，通過(guò)長(zhǎng)途155M鏈路和本地IP核心網(wǎng)絡(luò)與本地中心系統(tǒng)互聯(lián)將節(jié)目源注入到本地中心系統(tǒng)。中心系統(tǒng)服務(wù)器通過(guò)光纖交換機(jī)與存儲(chǔ)系統(tǒng)相連接。②本地服務(wù)系統(tǒng)：包含本地調(diào)度系統(tǒng)與流服務(wù)系統(tǒng)，功能為實(shí)現(xiàn)本地負(fù)載均衡，為用戶提供流服務(wù)完成點(diǎn)播節(jié)目流的推送。③門(mén)戶系統(tǒng)：為用戶提供點(diǎn)播業(yè)務(wù)的門(mén)戶展現(xiàn)。④認(rèn)證系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證、計(jì)費(fèi)功能，本地新建BOSS系統(tǒng)與華數(shù)BOSS系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接。

2.2 太原有線互動(dòng)TV2.0平臺(tái)設(shè)備部署

2.2.1 配置中心源服務(wù)器

按照標(biāo)清4 000并發(fā)數(shù)10%并發(fā)率、高清1 000并發(fā)數(shù)5%并發(fā)率以及80%節(jié)點(diǎn)命中率計(jì)算，中心側(cè)服務(wù)系統(tǒng)需支持800個(gè)標(biāo)清回源以及200個(gè)高清回源代理能力。按照1臺(tái)Dell R720支持200個(gè)標(biāo)清H.264或50個(gè)高清H.264的服務(wù)能力計(jì)算，需配置8臺(tái)Dell R720服務(wù)器作為中心源服務(wù)器。服務(wù)器通過(guò)3臺(tái)二層交換機(jī)組成一個(gè)集群，通過(guò)2臺(tái)SAN交換機(jī)與存儲(chǔ)互聯(lián)，服務(wù)器部署LSD/LCM/LRM以及UCE組件，實(shí)現(xiàn)H.264的高標(biāo)清混部，并互為冗余。

2.2.2 根據(jù)太原用戶數(shù)部署服務(wù)器

根據(jù)太原當(dāng)?shù)乜傆脩魯?shù)（50 000），本期預(yù)估10%的標(biāo)清點(diǎn)播以及5%高清點(diǎn)播并發(fā)率以及80%節(jié)點(diǎn)命中率計(jì)算，CDN節(jié)點(diǎn)需要支持4 000個(gè)標(biāo)清并發(fā)流以及1 000個(gè)高清并發(fā)流，考慮單臺(tái)C1800支持1 000個(gè)H.264標(biāo)清或200個(gè)H.264高清的并發(fā)流，分為2個(gè)節(jié)點(diǎn)部署9臺(tái)C1800服務(wù)器，服務(wù)器部署LCM/LRM/LSD/UCE組件。

2.2.3 分配詳情

本期采用H.264標(biāo)清和高清共享存儲(chǔ)陣列的方式，涉及存儲(chǔ)分卷的分配大小如下。

基于H.264HD編碼格式高清點(diǎn)播內(nèi)容量2013年按10 000 h測(cè)算，所以一年內(nèi)：

存儲(chǔ)量 =8×106×10000×3600÷（8×1 024×1024）=34TB

H.264標(biāo)清點(diǎn)播內(nèi)容量按照80 000 h，所以一年內(nèi)：

存儲(chǔ)量 =1.9×106×80000×3600÷（8×1024×1024）=65TB

本期本地點(diǎn)播方案中有效存儲(chǔ)總量為：34+65=99 TB

考慮系統(tǒng)存儲(chǔ)量的冗余，本次增加了2臺(tái)54T存儲(chǔ)作為中心服務(wù)系統(tǒng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)。為保證安全運(yùn)營(yíng)，存儲(chǔ)系統(tǒng)與中心服務(wù)器采用1+1冗余備份SAN交換機(jī)相連。

2.2.4 進(jìn)行負(fù)載冗余

本地采用1+1冗余備份方式部署2臺(tái)DELL R710服務(wù)器（內(nèi)置IPS軟件），通過(guò)在四層交換機(jī)上配置虛擬服務(wù)器IP的形式，來(lái)對(duì)門(mén)戶訪問(wèn)請(qǐng)求進(jìn)行負(fù)載冗余。

2.2.5 完成相關(guān)認(rèn)證與計(jì)費(fèi)

部署AAA軟件與接口服務(wù)器與本地BOSS對(duì)接，完成激活、認(rèn)證、鑒權(quán)、詢價(jià)等相關(guān)認(rèn)證與計(jì)費(fèi)。當(dāng)長(zhǎng)途鏈路中斷時(shí)，不影響本地用戶點(diǎn)播與體驗(yàn)。本地BOSS系統(tǒng)通過(guò)與華數(shù)BOSS對(duì)接的方式，將互動(dòng)點(diǎn)播的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)通過(guò)相關(guān)接口獲取至本地BOSS系統(tǒng)中。

3 互動(dòng)本地承載網(wǎng)絡(luò)及IPQAM部署

2010年6—10月，太原有線建成覆蓋市區(qū)的城域骨干網(wǎng)主要承載公司互動(dòng)電視業(yè)務(wù)技術(shù)上具備了開(kāi)展寬帶業(yè)務(wù)、VOIP業(yè)務(wù)、企業(yè)專線等全業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)能力。

3.1 確保不同業(yè)務(wù)之間的安全性

整網(wǎng)采用扁平化的兩層物理架構(gòu)，核心雙節(jié)點(diǎn)冗余部署，匯聚層節(jié)點(diǎn)采用萬(wàn)兆或千兆雙歸屬方式與核心層設(shè)備互連，實(shí)現(xiàn)正常狀態(tài)下的鏈路負(fù)載均衡，單鏈路故障狀態(tài)下的鏈路冗余備份。接入層節(jié)點(diǎn)鏈路為千兆光鏈路。不同的業(yè)務(wù)在MPLS/VPN規(guī)劃中進(jìn)行劃分隔離，確保不同業(yè)務(wù)之間的安全性。

Lely 與 Festo 共同開(kāi)發(fā)的機(jī)電解決方案沒(méi)有軟件就無(wú)法工作。Festo總部系統(tǒng)解決方案部門(mén)的應(yīng)用軟件團(tuán)隊(duì)參與其中，為全自動(dòng)擠奶機(jī)器人開(kāi)發(fā)了運(yùn)動(dòng)軟件。應(yīng)用軟件團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的軟件模塊不僅適用于滿足客戶項(xiàng)目的特定要求，而且還可用于其他項(xiàng)目。用功能模塊、庫(kù)或范例程序?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用軟件。Lely和 Festo之間的合作還將繼續(xù)，通過(guò)狀態(tài)監(jiān)控和預(yù)防維護(hù)，大幅度減少服務(wù)成本，打造全新的“未來(lái)農(nóng)場(chǎng)”。

3.1.1 核心層設(shè)備

核心層設(shè)備共2臺(tái)，可堆疊路由器NE5000E部署在河西公司主樓八層前端機(jī)房。雙主控，四交換網(wǎng)單元，可用16個(gè)接口板槽位，現(xiàn)用2個(gè)槽位，8端口10 G線路處理板（40 G聚合）和20端口千兆線路處理板。每槽位支持40 Gbps容量，單框交換容量雙向1.28Tbps，轉(zhuǎn)發(fā)能力1600Mpps（＜1280×1.488=1904.64Mpps，千兆轉(zhuǎn)發(fā)能力 1 000 Mbps÷（（64+20)×8 bit）=1.488 Mpps）。

3.1.2 匯聚層節(jié)點(diǎn)設(shè)備

匯聚層節(jié)點(diǎn)設(shè)備共16臺(tái)，多業(yè)務(wù)控制網(wǎng)關(guān)ME60-8分別部署在城南等16個(gè)城區(qū)匯聚點(diǎn)。ME60-8有12個(gè)槽位，2個(gè)路由交換板槽位，2個(gè)交換網(wǎng)板槽位，8個(gè)業(yè)務(wù)線路板槽位，現(xiàn)用兩個(gè)槽位分別是1塊24端口千兆寬帶業(yè)務(wù)單元和1塊24端口千兆多業(yè)務(wù)單元。ME60-8交換容量雙向1.28 Tbps，轉(zhuǎn)發(fā)能力400 Mpps。

3.1.3 接入層節(jié)點(diǎn)設(shè)備

接入層節(jié)點(diǎn)設(shè)備共17臺(tái)CMTS（電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)），分別為13臺(tái)思科的UBR10012，4臺(tái)的CASA-C10200.

3.1.4 出口路由器

接入層節(jié)點(diǎn)設(shè)備為思科4507三層交換機(jī)，背板容量為100Gbps，轉(zhuǎn)發(fā)性能75 Mpps。采用雙光鏈路聚合方式連接電信155M至杭州華數(shù)，實(shí)現(xiàn)互動(dòng)點(diǎn)播服務(wù)。

VOD核心層接入交換機(jī)采用華為的S9306三層交換機(jī)，背板容量6 Tbps，交換容量2 Tbps，轉(zhuǎn)發(fā)性能1 080 Mpps。連接高清、標(biāo)清視頻服務(wù)器，時(shí)移服務(wù)器、DHCP服務(wù)器、網(wǎng)管服務(wù)器等前端服務(wù)設(shè)備。

3.2 城域骨干網(wǎng)帶寬承載能力

河西總前端至城南等6個(gè)分前端，采用雙萬(wàn)兆光纖互聯(lián)，核心到匯聚最高可用帶寬10 G，按照互動(dòng)標(biāo)清點(diǎn)播每路1.5 Mbps計(jì)算（數(shù)據(jù)碼流MPEG4格式），上述分前端可滿足6 666路并發(fā)流；按照互動(dòng)高清點(diǎn)播每路8 Mbps計(jì)算（數(shù)據(jù)碼流H.264格式），上述分前端可滿足1 250路并發(fā)流；按照因特網(wǎng)4 Mbps接入計(jì)算，上述分前端可滿足2 500路并發(fā)流。

河西總前端到小店等十個(gè)分前端，采用雙千兆光纖互聯(lián)，核心到匯聚最高可用帶寬1 G，按照互動(dòng)標(biāo)清點(diǎn)播每路1.5 Mbps計(jì)算（數(shù)據(jù)碼流MPEG4格式），上述分前端可滿足666路并發(fā)流；按照互動(dòng)高清點(diǎn)播每路8 Mbps計(jì)算（數(shù)據(jù)碼流H.264格式），上述分前端可滿足125路并發(fā)流；按照因特網(wǎng)接入4 Mbps計(jì)算，上述分前端可滿足250路并發(fā)流。

3.3 網(wǎng)絡(luò)路由部署

內(nèi)部設(shè)備互聯(lián)主要采用IGP路由協(xié)議，可以用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)部署的標(biāo)準(zhǔn)OSPF路由協(xié)議。所有設(shè)備都屬于同一個(gè)BGPAS自治域系統(tǒng)，總前端路由器與分前端ME60之間運(yùn)行IBGP路由協(xié)議，總前端NE5000E路由器作為分前端ME60設(shè)備的VPNV4的反射器,VPNRR之間建立普通VPNV4的IBGP鄰居關(guān)系，使用相同的 CLUSTER-ID，在 NE5000E和 ME60之間采用BFD-FOR-BGP方式對(duì)互聯(lián)鏈路進(jìn)行保護(hù)。所有路由器卻是MPLS組網(wǎng)，NE5000E和 ME60設(shè)備之間在互聯(lián)端口啟用MPLS/LDP協(xié)議，通過(guò)VPN邏輯隔離不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

3.4 地址規(guī)劃

業(yè)務(wù)VPN網(wǎng)絡(luò)和CDN等系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的地址采用靜態(tài)固定地址的分配方式管理，用戶機(jī)頂盒的IP地址管理采用動(dòng)態(tài)DHCP方式實(shí)現(xiàn)。

3.4.1 流服務(wù)系統(tǒng)地址規(guī)劃和分配

在互聯(lián)地址和CDN等系統(tǒng)地址使用方面，使用華數(shù)分配32或64個(gè)公網(wǎng)地址供當(dāng)?shù)胤峙浜褪褂?，以保證這些地址在互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)唯一，避免可能的地址沖突發(fā)生。

3.4.2 機(jī)頂盒IP地址規(guī)劃和分配

地址分配作為一個(gè)完整的華數(shù)互動(dòng)電視平臺(tái)系統(tǒng)，機(jī)頂盒必須獲得唯一并合法的地址才可正常使用，采用華數(shù)分配的10.0.0.0/8地址作為系統(tǒng)中機(jī)頂盒的合法地址范圍。根據(jù)各分前端覆蓋用戶數(shù)量，規(guī)劃一定數(shù)量的IP地址供接入網(wǎng)絡(luò)二次規(guī)劃和分配使用。

3.4.3 CM地址規(guī)劃和分配

CM地址使用私網(wǎng)地址段172.16.0.0/16；每個(gè)分前端根據(jù)片區(qū)帶戶情況進(jìn)行分配：一類32個(gè)C類地址，如河西等6個(gè)分前端通過(guò)；二類16個(gè)C類地址，如西山等5個(gè)分前端；三類8個(gè)C類地址，如小店6個(gè)分前端。

各分前端的ME60，通過(guò)6個(gè)千兆口分別連接CMTS、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和IPQAM，其中CMTS與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)各占1個(gè)千兆口，IPQM占用4個(gè)千兆口。CMTS按照一個(gè)上行帶1 000戶進(jìn)行覆蓋，通過(guò)雙四混合后傳輸至各光收發(fā)模塊。另外，電信用戶經(jīng)策略路由通過(guò)CMTS的上行光口匯聚至電信網(wǎng)絡(luò)。

3.5 本地IPQAM部署

本地接入網(wǎng)絡(luò)采用控制信令I(lǐng)P回傳方式，下行流服務(wù)采用IPQAM承載，采用IP-QAM技術(shù)和設(shè)備作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。在總前端和分前端之間即廣電骨干網(wǎng)上，以IP形式采用單播來(lái)分發(fā)節(jié)目流或文件，經(jīng)過(guò)IP-QAM設(shè)備后轉(zhuǎn)為RF信號(hào)廣播到HFC接入網(wǎng)上。和CMTS一樣，IP-QAM為頭端設(shè)備，太原有線將其部署在分前端機(jī)房，根據(jù)城域網(wǎng)規(guī)劃和用戶發(fā)展規(guī)劃部署IPQAM。

在PAL制下，采用64QAM調(diào)制方式時(shí)，每個(gè)頻點(diǎn)（8 MHz）可以提供38 Mbps的下行帶寬，在碼流為1.5 Mpbs的情況下，每個(gè)頻點(diǎn)可以支持的并發(fā)流數(shù)為：38÷1.5=25個(gè)?？紤]到一定的冗余量及碼率波動(dòng)，為保證用戶服務(wù)質(zhì)量，目前每個(gè)頻點(diǎn)配16個(gè)并發(fā)流。32個(gè)頻點(diǎn)的IPQAM可以支持的并發(fā)流數(shù)為：16×16=256個(gè)并發(fā)，由于IPQAM目前為部分用戶提供服務(wù)，每個(gè)分前端配置2臺(tái)IPQAM設(shè)備，后續(xù)根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展平滑擴(kuò)容。