廣電媒體網(wǎng)絡IP化改造的關(guān)鍵技術(shù)

胡奕

【摘要】隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)廣電技術(shù)系統(tǒng)的IP化改造已經(jīng)成為大勢所趨，本文將簡單探討一下重慶廣播電視集團（總臺）在未來幾年IP化升級改造中的一些技術(shù)方案、關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】IP化;虛擬化;SDN

中圖分類號：TN94? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.07.054

1. 廣電媒體網(wǎng)絡IP化的趨勢

廣電行業(yè)發(fā)展先后經(jīng)歷了模擬信號時代、數(shù)字信號時代，技術(shù)的不斷進步給廣電行業(yè)的發(fā)展插上了騰飛的翅膀。近年來4K甚至8K電視節(jié)目的制作、播出正在逐漸普及，此外隨著融合媒體的發(fā)展，尤其是各省市正在大力興建融媒體中心，目前廣電系統(tǒng)的SDI技術(shù)架構(gòu)在面對互聯(lián)網(wǎng)時代的配置靈活、應用便捷的需求時就會顯得力不從心。同時我們也必須看到，歷經(jīng)三網(wǎng)融合以后，廣電行業(yè)也一直處于劣勢地位，廣電技術(shù)的發(fā)展必須將廣電媒體網(wǎng)絡IP化作為一個新挑戰(zhàn)。

2. 現(xiàn)階段存在的問題

盡管IP化的推進是大勢所趨，但IP化并不是靈丹妙藥，現(xiàn)階段任然存在一些核心問題，因此在IP化系統(tǒng)的建設中，需重點注意以下問題：

2.1 數(shù)據(jù)封裝和傳輸問題。

在整個系統(tǒng)IP化建設之初，需考慮到廣電行業(yè)的特殊性，傳統(tǒng)的視頻音頻IP化技術(shù)已比較成熟，但是必須要解決的一個問題，如何將獨立流、輔助文件、字幕信息等數(shù)據(jù)進行封裝和傳輸。

2.2 傳輸穩(wěn)定性問題

傳統(tǒng)廣電網(wǎng)絡采用的是SDI結(jié)構(gòu)設施，且專為廣電行業(yè)優(yōu)化，具有媒體中心化、高性能、路由確定、低延遲、支持快速切換等特點。而在網(wǎng)絡IP化下，網(wǎng)絡傳輸能力不確定、延遲存在高度的變化性、切換慢。如圖1所示：

2.3 網(wǎng)絡架構(gòu)問題

在網(wǎng)絡IP化的系統(tǒng)中，網(wǎng)絡架構(gòu)是重中之重，不僅需要考慮的傳輸能力，且須具備高擴展性，同時必須控制成本效益，因此網(wǎng)絡架構(gòu)問題是一個要著重考慮的難題。

2.4網(wǎng)絡安全問題。在網(wǎng)絡IP化演變的過程中，廣電行業(yè)的網(wǎng)絡安全需要格外重視。媒體融合、智慧廣電、5G傳輸、大數(shù)據(jù)人工智能等新技術(shù)、新應用促使我們廣電系統(tǒng)從封閉式的生產(chǎn)，從點對面單向傳播向多媒體內(nèi)容匯聚，共平臺內(nèi)容生產(chǎn)，多渠道內(nèi)容分發(fā)，跨終端用戶轉(zhuǎn)變，這些都將直面網(wǎng)絡安全和應用安全問題。

3. 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 SDN

SDN即軟件定義網(wǎng)絡，其特點在于實現(xiàn)了將網(wǎng)絡控制層與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層相分離。SDN在IT行業(yè)歷經(jīng)多年的沉淀，已經(jīng)具備一定的成熟性。在SDN的體系中，網(wǎng)絡帶寬支持應用程序通過API的方式控制，同時SDN是基于開放標準定義的，且有中立供應商。

在廣電系統(tǒng)IP化實施進程中，SDN control是一個關(guān)鍵點。以傳統(tǒng)的IGMP協(xié)議為例，路由計算分散在各個交換機中，這種固定路徑的配置方式就導致了后期維護難度很大，且這種網(wǎng)絡拓撲圖為星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，在這種架構(gòu)下如果要對整個系統(tǒng)做調(diào)整幾乎是不可能的。SDN的出現(xiàn)正是為了解決這個問題，軟件定義網(wǎng)絡的架構(gòu)可以支持任何網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，具備高度的自由性和智能性。在SDN下，網(wǎng)絡的拓撲圖可以是任意的，且無需對網(wǎng)絡中的節(jié)點進行多次配置，后續(xù)還可以通過編程的方式修改內(nèi)置的網(wǎng)絡協(xié)議，從而達到提升網(wǎng)絡交換性能的目的。

在廣電行業(yè)內(nèi)，網(wǎng)絡系統(tǒng)可能同時負載著多個業(yè)務，在傳統(tǒng)架構(gòu)下網(wǎng)絡帶寬總是固定的，而改造成SDN后則能很容易實現(xiàn)，比如可以臨時讓直播業(yè)務的帶寬臨時擴大，待業(yè)務需求減少時再恢復回原帶寬。

依靠SDN這種邏輯層面的開放性，可以預期在IP化的架構(gòu)下，廣電網(wǎng)絡將具備更強的業(yè)務承載能力。

3.2 高可用分布式技術(shù)

3.2.1 分布式網(wǎng)絡存儲平臺

分布式存儲既滿足節(jié)點間的數(shù)據(jù)同步又滿足負載與非單點問題的解決。計算、存儲融合架構(gòu)便于資源統(tǒng)一管理，業(yè)務按需部署，提高效率降低管理成本，同時降低投入成本。

IP集群存儲由多個存儲節(jié)點組成，節(jié)點之間使用高速的InfiniBand互連，并且使用分布式操作系統(tǒng)將互連后的存儲節(jié)點統(tǒng)一成為一個文件系統(tǒng)，對外提供文件訪問服務。選擇具有橫向擴展的IP集群存儲系統(tǒng)，具備非常好的擴展性、靈活性和業(yè)務彈性，具有高性能、高可用和較高的可管理性。

3.2.2 分布式網(wǎng)絡

傳統(tǒng)SDI控制系統(tǒng)中，由于線路具有高性能、路由確定、低延遲、支持快速切換等特點，且媒體中心化，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)單一、簡單。而在IP化的架構(gòu)下，如果仍然采取單節(jié)點的部署模式，所有的leaf交換機數(shù)據(jù)流都要通過單一的spine交換機，則spine交換機就成為了單一故障節(jié)點。當spine的個數(shù)為2時，單一故障失敗就會降低到1/2，而當spine個數(shù)為4時，每一個spine任意分擔1/3的數(shù)據(jù)流，那么整個系統(tǒng)將不存任何單一故障節(jié)點。

分布式網(wǎng)絡由于不存一個中心的概念，不存在整體崩潰的情況，在傳輸鏈路中，各節(jié)點互聯(lián)，具備多條傳輸路徑，因此缺點也就顯現(xiàn)出來了，網(wǎng)絡變得不利于集中管理，安全性不好控制。借助于SDN可以有效控制，并確保所有資源和帶寬的高效性和可持續(xù)性。采取分布式網(wǎng)絡+SDN控制的模式下，全IP化的優(yōu)勢就得到了充分的體現(xiàn)。

3.2.3 虛擬化云計算技術(shù)

虛擬化技術(shù)屬于云計算技術(shù)，整體來看該技術(shù)占據(jù)核心主導地位，先進性明顯。虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)，很好地解決了計算機硬件資源不足的窘?jīng)r，并且隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，虛擬化技術(shù)安全可靠，利用率高的特點使得服務器的應用水平進一步提升，服務效果得到改善?，F(xiàn)階段，虛擬化技術(shù)主要被分為三個方面，即完全虛擬、部分虛擬和操作系統(tǒng)虛擬。

4. 方案解析

2016年初，按照統(tǒng)籌構(gòu)建技術(shù)支撐體系的思路，重慶廣電以融合新聞項目為切入點，參照國家廣播電視總局《電視臺融合媒體平臺建設技術(shù)白皮書》打造”兩江云”融合媒體云平臺。

“兩江云”融合媒體云平臺以云計算、虛擬技術(shù)為支撐，面向融媒體應用建設了業(yè)界領先的融合媒體云綜合管理系統(tǒng)和貫穿三層架構(gòu)的安全保障體系，具備了系統(tǒng)彈性擴展、資源高效使用、業(yè)務靈活適配、數(shù)據(jù)綜合利用和統(tǒng)一高效管控的能力，通過融合媒體云綜合管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理資源、業(yè)務、數(shù)據(jù)、運營、流程，通過定義標準接口集使系統(tǒng)具備了充分的互通性和良好的擴展性，基于公有云+私有云混合部署建成了全流程可規(guī)劃規(guī)模化部署的新聞生產(chǎn)系統(tǒng)、生產(chǎn)和發(fā)布相結(jié)合的CMS、指揮調(diào)度、IP化直播、基于融合媒體云的內(nèi)容交互、移動生產(chǎn)工具、遠程協(xié)同、智能運維及監(jiān)控等應用系統(tǒng)和移動端應用，既保證了臺內(nèi)資源的安全性又充分利用了公有云的資源，同時實現(xiàn)了云平臺與現(xiàn)有系統(tǒng)交互，為重慶廣電融媒體業(yè)務運營、服務業(yè)態(tài)創(chuàng)新、個性化內(nèi)容產(chǎn)品生產(chǎn)和消費服務提供了一體化支撐。

架構(gòu)層面，“兩江云”平臺系統(tǒng)整體規(guī)劃按照云架構(gòu)模式建設，軟件服務層（SaaS）、平臺服務層（PaaS）、設施服務層（IaaS）。網(wǎng)絡架構(gòu)采用了SDN+Overlay純硬集中式方案架構(gòu)，根據(jù)功能邊界分為核心區(qū)、接入?yún)^(qū)和服務器業(yè)務區(qū)。核心交換機同接入交換機組成Overlay網(wǎng)絡，提供VXLAN網(wǎng)絡接入能力，承載虛擬計算的數(shù)據(jù)交換業(yè)務，滿足云計算自動化部署要求。

5. 結(jié)語

隨著融合媒體發(fā)展不斷推進，IP化架構(gòu)易于利用互聯(lián)網(wǎng)資源賦能媒體生產(chǎn)，易于整合復雜的業(yè)務系統(tǒng)等優(yōu)勢將繼續(xù)體現(xiàn)，甚至成為日后技術(shù)演變的主導。因此，廣電行業(yè)內(nèi)部技術(shù)系統(tǒng)的IP化進程中，在信息技術(shù)不斷迭代的情況下，更需廣電技術(shù)人順應時代，加強對新技術(shù)的學習，打造更加具備傳播力的媒體平臺。