基于I-PON技術(shù)的廣電網(wǎng)絡(luò)IP化信號(hào)傳輸安全機(jī)制

唐寶琦，朱 堯

（中國(guó)廣電云南網(wǎng)絡(luò)有限公司曲靖市分公司，云南 曲靖 655000）

0 引 言

隨著智能信息處理技術(shù)的發(fā)展和媒體融合產(chǎn)業(yè)的迭代，越來(lái)越多的超清視頻、融合資源等需要完成遠(yuǎn)距離、廣覆蓋、高精準(zhǔn)的傳輸和接收，這對(duì)于依靠數(shù)字視頻廣播（Digital Video Broadcasting，DVB）網(wǎng)絡(luò)完成單向、有限頻點(diǎn)的安全傳輸而言，已經(jīng)無(wú)法滿足日益激增的業(yè)務(wù)需求，更不能支撐海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行訹1]。因此，針對(duì)DVB廣電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行IP化技術(shù)升級(jí)，對(duì)傳統(tǒng)傳輸機(jī)制進(jìn)行架構(gòu)改造和傳輸協(xié)議優(yōu)化，才能夠?qū)崿F(xiàn)融媒體時(shí)代對(duì)智慧廣電建設(shè)的要求。

1 廣電網(wǎng)絡(luò)IP化信號(hào)安全傳輸機(jī)制分析

1.1 傳輸機(jī)制分析

針對(duì)廣電網(wǎng)絡(luò)信號(hào)體制，利用I-PON技術(shù)實(shí)現(xiàn)有線電視網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的IP化，需重點(diǎn)完成有線廣播與智慧網(wǎng)絡(luò)的一體融合。從技術(shù)特點(diǎn)上分析，I-PON技術(shù)可以基本保留傳統(tǒng)有線廣播電視信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)容易、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，又能夠較好地滿足業(yè)務(wù)端對(duì)于用戶需求激增帶來(lái)的寬帶信號(hào)傳輸、雙向信號(hào)準(zhǔn)入以及多類數(shù)據(jù)融合等技術(shù)要求，完成雙光纖三波道部署設(shè)計(jì)。

本文通過應(yīng)用智能信息處理技術(shù)，解決由需求激增帶來(lái)的IP化信號(hào)傳輸、雙向信號(hào)準(zhǔn)入以及多類數(shù)據(jù)融合等技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)廣電網(wǎng)絡(luò)IP化信號(hào)傳輸安全性的極大提升。廣電網(wǎng)絡(luò)IP化信號(hào)安全傳輸機(jī)制原理如圖1所示。

圖1 廣電網(wǎng)絡(luò)IP化信號(hào)安全傳輸機(jī)制原理圖

從圖1可以看出，I-PON技術(shù)可以完成由互聯(lián)網(wǎng)、直播平臺(tái)等與核心數(shù)據(jù)中心之間的萬(wàn)兆雙向視頻點(diǎn)播/基于開放互聯(lián)網(wǎng)的視頻服務(wù)（Video on Demand，VOD）/（Over The Top，OTT）數(shù)據(jù)推流，對(duì)于發(fā)送機(jī)數(shù)據(jù)鏈路終端（Data Link Terminal，DLT）、光線路終端（optical line terminal，OLT）均可以設(shè)計(jì)為獨(dú)立運(yùn)行的業(yè)務(wù)終端，分別通過信號(hào)通道（IP廣播通道、G/EPON通道）實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)轉(zhuǎn)化，完成傳輸前準(zhǔn)備工作。通過分光器的IP路由功能，進(jìn)入光纖分配網(wǎng)絡(luò)完成傳輸工作，此時(shí)終端設(shè)備可以通過全I(xiàn)P芯片接收機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)接收，完成發(fā)射端-接收端信號(hào)安全傳輸?shù)拈]環(huán)承載。該技術(shù)能夠有效解決頻點(diǎn)資源不足問題[2]。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，信號(hào)傳輸過程中安全機(jī)制仍存在問題，可概括為如下兩個(gè)問題。

（1）信道占用率高，數(shù)據(jù)冗余。在傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP）框架下使用基于HTTP的自適應(yīng)碼率流媒體傳輸機(jī)制（HTTP Live Streaming，HLS）來(lái)完成IP化超清視頻信號(hào)傳輸，將會(huì)極大地占用信道帶寬，極易造成安全播出事故發(fā)生。

（2）易受外界干擾，數(shù)據(jù)丟包。需要滿足在下行傳輸速率較高時(shí)上行報(bào)文準(zhǔn)時(shí)送達(dá)，從而不會(huì)因操作超時(shí)導(dǎo)致視頻信號(hào)卡滯。

1.2 傳輸標(biāo)準(zhǔn)制定

業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)：滿足用戶個(gè)性化定制實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)高效、安全傳輸，滿足8K、VR等超清視頻等海量數(shù)據(jù)傳輸要求。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)接廣電智能運(yùn)維系統(tǒng)建設(shè)使用，滿足自適應(yīng)信號(hào)傳輸機(jī)制；落實(shí)安全播出機(jī)制，響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

2 基于I-PON技術(shù)的IP化信號(hào)安全傳輸機(jī)制

2.1 解決信道占用現(xiàn)象

交換機(jī)出口速率V=10 Gb·s-1直接對(duì)應(yīng)的是無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）口。考慮到設(shè)備的PON口數(shù)量較多，且每一個(gè)下聯(lián)口能夠帶入128組光纖用戶，而設(shè)備對(duì)接的上聯(lián)口實(shí)際需要滿足全部下行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，此時(shí)場(chǎng)景可定義為：輸出線速度大于輸入各端口的總線速度和，基本可以解決數(shù)據(jù)丟包問題。但是考慮到實(shí)際用戶定制化需求量大，業(yè)務(wù)承載量多，導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余、信道占用現(xiàn)象，可能會(huì)造成一定程度上的丟包問題，即使使用重傳機(jī)制，也無(wú)法完全避免。因此，需要在傳輸安全機(jī)制上進(jìn)行二次設(shè)計(jì)。

針對(duì)該類現(xiàn)象，擬采用基于I-PON技術(shù)的用戶數(shù)據(jù)報(bào)（User Datagram Protocol，UDP）協(xié)議，通過以點(diǎn)覆面、多路齊發(fā)的信號(hào)傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)IP化信號(hào)遠(yuǎn)距高效傳輸[3]。傳輸系統(tǒng)框圖如圖2所示，采用優(yōu)化的UDP傳輸協(xié)議，從干線傳輸網(wǎng)前置端口，從頂層邏輯準(zhǔn)入接口處實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包重傳功能。

圖2 基于I-PON技術(shù)的廣電網(wǎng)絡(luò)IP化信號(hào)傳輸系統(tǒng)框圖

2.2 解決數(shù)據(jù)丟包問題

對(duì)于廣電網(wǎng)絡(luò)IP化信號(hào)傳輸機(jī)制，為了提高傳輸效率，設(shè)計(jì)時(shí)采用發(fā)送端前置策略[4]，即使用不同類別的數(shù)據(jù)碼元傳輸速率對(duì)接交互式信號(hào)傳輸路由裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)換和匯聚，尤其是分別來(lái)自編解碼器、轉(zhuǎn)換器以及自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)器、數(shù)據(jù)承載服務(wù)器等不同數(shù)據(jù)碼元，如圖3所示。

由圖3可以看出，通過解碼器、視頻服務(wù)器等信號(hào)流入，按照碼元順序進(jìn)行自適應(yīng)排列后，通過交互式信號(hào)傳輸路由裝置（交換機(jī)）可以實(shí)現(xiàn)出口速率達(dá)V=10 Gb·s-1，即使發(fā)送端全部信道接口處于滿載狀態(tài)，只要在某一時(shí)刻發(fā)送端發(fā)射信號(hào)時(shí)間Ts小于接收來(lái)自交換機(jī)信號(hào)的時(shí)間Tr[5]，即滿足Ts

圖3 響應(yīng)平臺(tái)前置結(jié)構(gòu)示意圖

因此，在信號(hào)傳輸安全機(jī)制上，利用I-PON技術(shù)完成光纖入戶，并且通過雙光纖三波道的設(shè)計(jì)[6]，既可以保留傳統(tǒng)的廣電信號(hào)通路，還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的獨(dú)立性、正交性，電視節(jié)目安全播出能夠得到極大保證，符合智慧臺(tái)站建設(shè)的主體要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

為了有效解決廣電網(wǎng)絡(luò)IP化信號(hào)傳輸?shù)臐撛陲L(fēng)險(xiǎn)，本文通過I-PON技術(shù)應(yīng)用，優(yōu)化了UDP傳輸協(xié)議，調(diào)整了傳輸安全機(jī)制，解決了信道傳輸不冗余、數(shù)據(jù)傳輸不丟包的問題，使得I-PON技術(shù)應(yīng)用真正滿足系統(tǒng)建設(shè)要求。