云南廣播電視臺(tái)總控傳輸信號(hào)切換系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉 屹，袁 航，施偉凡

（云南廣播電視臺(tái)，云南 昆明 650000）

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的迅猛發(fā)展，其在廣播電視技術(shù)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，這也能夠促進(jìn)傳統(tǒng)廣播電視技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步[1]，廣播電視傳輸數(shù)字化、IP化趨勢(shì)越來(lái)越明朗，地面數(shù)字電視傳輸高畫質(zhì)、大通信量級(jí)、兼容性好的優(yōu)點(diǎn)十分明顯[2]， 如何構(gòu)建安全高效的IP化電視直播傳輸系統(tǒng)，本文將就設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)展開討論。

1 傳輸及切換系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 需求分析

（1）滿足廣電總局令第62號(hào)《廣播電視安全播出管理規(guī)定》[3]及實(shí)施細(xì)則要求。

（2）傳輸高清電視直播IP流，保證網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)文件的高效傳輸與文件傳輸?shù)臒o(wú)毒、安全、完整[4]。

（3）在新臺(tái)站點(diǎn)內(nèi)，有主備兩套編碼復(fù)用系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱EM、EB。

（4）EM、EB各自生成了主備復(fù)用流，簡(jiǎn)稱em1、em2，eb1、eb2。

（5）EM、EB中各自主備信號(hào)做二選一切換。

（6）EM、EB編碼復(fù)用系統(tǒng)做二選一切換。

（7）編碼復(fù)用流需要通過(guò)光纖傳輸主、備和微波三條路徑送至省網(wǎng)絡(luò)公司，并且每條路徑中都EM、EB的主備信號(hào)。

（8）在省網(wǎng)絡(luò)公司對(duì)接收到的各條路徑中的信號(hào)進(jìn)行二選一，最終輸出主、備兩路信號(hào)。

（9）全系統(tǒng)支持?jǐn)嚯娕酝ǎ瑹o(wú)單點(diǎn)，各個(gè)信號(hào)間IP流不得串?dāng)_。

1.2 設(shè)計(jì)方案

為滿足上述需求，我們作出了如圖1的方案設(shè)計(jì)。

圖1 新臺(tái)站點(diǎn)設(shè)計(jì)圖

新臺(tái)站點(diǎn)：

（1）編碼復(fù)用主EM經(jīng)switch1切換后，em1、em2二選一，輸出a信號(hào)，備信號(hào)a1直通em2，不切換，編碼復(fù)用備采用相同方式。

（2）編碼復(fù)用主備系統(tǒng)切換后信號(hào)a、b經(jīng)switch3切換后，輸出主路信號(hào)a，備路信號(hào)b直通備路輸入信號(hào)。

（3）主備交換機(jī)各自做堆疊。

圖2 省網(wǎng)絡(luò)公司設(shè)計(jì)圖

省網(wǎng)絡(luò)公司：

（1）主備光傳輸?shù)竭_(dá)省網(wǎng)絡(luò)公司后，a與a1信號(hào)二選一輸出a，b和b1信號(hào)二選一生成b信號(hào)。

（2）a信號(hào)經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)成為下游的主路信號(hào)，b信號(hào)與微波信號(hào)二選一切換后成為備路信號(hào)。

總結(jié)：

（1）switch1和switch2完成編碼復(fù)用系統(tǒng)各自主備信號(hào)的二選一切換。

（2）switch3完成編碼復(fù)用主和備系統(tǒng)的二選一切換。

（3）switch4完成了主備光路的二選一切換。

（4）Switch5完成了光路與微波的二選一切換。

（5）整體系統(tǒng)從設(shè)備到傳輸路徑都采用了主備冗余，無(wú)單點(diǎn)存在，容錯(cuò)率高。

1.3 組播地址規(guī)劃

（1）組播：在發(fā)送者和每一接收者之間實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)連接。如果一臺(tái)發(fā)送者同時(shí)給多個(gè)的接收者傳輸相同的數(shù)據(jù)，也只需復(fù)制一份的相同數(shù)據(jù)包。它提高了數(shù)據(jù)傳送效率。減少了骨干網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞的可能性。

（2）傳輸協(xié)議：考慮到所有二選一需要斷電旁通功能，使用IGMP v3協(xié)議需要在各個(gè)端口做端口映射，來(lái)應(yīng)對(duì)斷電時(shí)候引起的端口改變，且下游設(shè)備有不兼容IGMP v3，故最后選擇IGMP v2的組播協(xié)議。

（3）邏輯整理：設(shè)主路由主路信號(hào)為a，主路由備路信號(hào)為a1，備路由主路信號(hào)為b，備路由備路信號(hào)為b1。要求保障主備輸出信號(hào)相同，后級(jí)設(shè)備可無(wú)縫使用，保障信號(hào)在同一交換機(jī)匯聚時(shí)不會(huì)串?dāng)_，即：a=b，a!=a1，b!=b1。

表1 組播地址規(guī)劃表

1.4 二選一切換器配置

（1）切換器功能介紹。如圖3所示，此系統(tǒng)選用的二選一切換器有Dat a1、2、3、4共四個(gè)數(shù)據(jù)口，其中Data1，Data3為輸入口，Data2，Data4為輸出口，且Data1和Data2，Data3和Data4具有斷電旁通功能。

圖3 二選一切換器示意圖

（2）配置拓?fù)鋱D。實(shí)際切換器設(shè)備中一臺(tái)設(shè)備同時(shí)完成高標(biāo)清主備的切換，根據(jù)上面的設(shè)計(jì)圖和切換器示功能進(jìn)行如圖4所示配置。

圖4 切換器配置拓?fù)鋱D

2 應(yīng)急切換方案

2.1 切換器上游故障

說(shuō)明：如圖5所示，Switch3上游設(shè)備信號(hào)故障時(shí)，可由Switch3完成切換，保證主路信號(hào)無(wú)中斷。

圖5 主編碼復(fù)用故障時(shí)的主路信號(hào)

2.2 光傳輸故障

說(shuō)明：如圖6所示，當(dāng)主路光傳輸故障時(shí)，switch4 可完成切換，使用備光傳輸?shù)男盘?hào)，保障主路信號(hào)無(wú)中斷。即使主備光傳輸同時(shí)發(fā)生故障，switch5依然可以切換到微波信號(hào)，下游備路依然可用。

圖6 主路光傳輸故障時(shí)的主路信號(hào)

2.3 其他故障

（1）二選一設(shè)備支持?jǐn)嚯娕酝üδ埽麄€(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是在所有二選一同時(shí)斷電的極端情況下主備路仍然暢通，故二選一若出現(xiàn)軟件方面故障引起頻繁切換，可以采用斷電的應(yīng)急處理方法。

（2）交換機(jī)：所有節(jié)點(diǎn)的交換機(jī)都采用堆疊的方式做冗余配置，且交換機(jī)狀態(tài)可監(jiān)控，出現(xiàn)問(wèn)題可及時(shí)處理。

（3）其余常見的安全播出應(yīng)急處理與技術(shù)維護(hù)[5]，均可在冗余備份下，在緊急切換后得到相應(yīng)處理，保障安全播出。

3 后期方案改進(jìn)

問(wèn)題：在后期使用過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)這樣一種情況：當(dāng)主光傳輸系統(tǒng)故障時(shí)，省網(wǎng)絡(luò)公司switch4 將信號(hào)切換到備路光傳輸來(lái)的信號(hào)a1上，此時(shí)在新臺(tái)switch3做切換，主路信號(hào)并不能恢復(fù)，必須依賴于switch4切回主路光傳輸。為了減少依賴環(huán)節(jié)， 使解決問(wèn)題集中在switch3的切換上，我們?cè)谠瓉?lái)的方案上作出了改進(jìn)。

改進(jìn)：如圖7 所示，我們將a 1信號(hào)調(diào)換至switch3的Data4口，使a1信號(hào)為a、b信號(hào)的二選一后的輸出信號(hào)，b保持直通。這樣當(dāng)switch3作出切換時(shí)，交換機(jī)主、備中的a和a1信號(hào)均會(huì)相應(yīng)的改變，解決了上述問(wèn)題。

圖7 改進(jìn)方案

4 結(jié)束語(yǔ)

云南廣播電視臺(tái)新臺(tái)傳輸切換已經(jīng)建成并投入使用，該系統(tǒng)的建成，為新臺(tái)安播工作提供了強(qiáng)有力的支撐，大大節(jié)約了人力投入，在信號(hào)傳輸?shù)年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上起到了重要的保護(hù)作用，既能滿足安播要求，還能較好應(yīng)對(duì)緊急情況下的快速處理要求。