寬帶互動電視業務的網絡建設探討

徐 冉

（廣州珠江數碼集團有限公司，廣東 廣州 510010）

隨著網絡技術、數字技術、多媒體技術的高速發展，廣播電視網絡開始向寬帶通信網、數字電視網、下一代互聯網不斷演進，全國各地廣電運營商已實施了數字電視整體轉換工作，完成了從模擬時代向數字時代的飛躍。在技術革新和市場發展的推進下，用戶的電視收視習慣也在轉變——由被動收看轉向自主選擇，高清點播，直播節目回看時移，并逐步習慣以電視機終端為平臺嘗試各類多媒體綜合信息服務，這種人機互動交流的電視使用形式已經成為趨勢，互動電視已成為數字電視發展的必然方向[1-4]。

目前，各地廣電運營商已經開始了互動電視建設運營的探討，個別城市已經全面推廣。廣州珠江數碼集團有限公司作為廣州地區的有線電視網絡運營商，已經明確把寬帶互動電視定位為未來的主營業務，從今年開始全面啟動互動電視業務。本文通過分析互動用戶的數據分析，結合有線電視網絡的現狀，搭建網絡建設模型，對適合寬帶互動發展的網絡建設展開討論。

1 互動網絡環境概況

在互動網絡建設中，系統平臺搭建為網絡的核心要素，也是各地互動發展的首要工作。珠江數碼與微軟公司合作，建立了基于Mediaroom的互動電視平臺，該平臺使用通用硬件設備，包含190臺服務器和媒資存儲設備，50臺視頻編碼器和各類視頻處理設備。互動平臺根據廣州實際情況開發集成業務，再通過IP網絡進行分發，以實現交互式數字電視服務，給用戶提供多種高質量業務服務。

互動的流媒體業務包含節目時移、回看、點播和各類應用。這些數據通過城域網傳輸到各分前端，通過本地CMTS按用戶需求分發到各機頂盒。2011年底平臺性能已支持高清互動用戶數250 000上線使用。目前系統已經提供高清直播頻道19套、標清直播頻道90套的直播服務、45套節目4 h時移及72 h頻道回看服務。在流媒體并發支持能力上，時移服務器可支持45 Gbit/s的推流帶寬，回看系統可支持40 Gbit/s的推流帶寬，VOD系統可支持20 Gbit/s的推流帶寬。

在互動電視中，直播節目采用了組播的模式，目前采用DOCISIS 3.0的技術進行覆蓋，全網采用了1臺CMTS 3.0進行節目分發，設置了10個直播專用頻點，直播流量以類似廣播的型式，不占用各分前端的點播CMTS。整個互動平臺的架構如圖1所示。

2 用戶行為分析

互動電視打破了傳統的單向視頻服務傳輸模式，以用戶為主體，提供以用戶為中心的多種交互性業務，如點播、時移和回看等。在雙向數字網絡傳輸中，各類交互性業務均單獨占用網絡資源，用戶行為直接影響網絡建設。

為更好地了解用戶行為，筆者取樣1.8萬個互動電視用戶，通過互動電視平臺實施兩個月數據采集，數據每半個小時提取一次，包含了用戶數量、開機時間、收視內容、收視習慣、占用流量和出口負荷等內容，并從數據提煉分析，從用戶開機率、戶均占用帶寬和開機并發率3個影響網絡建設的主要因素入手。表1為某周在晚上10點高峰期的數據采樣記錄，具體數據和分析如表1所示。

表1 互動前端用戶數據分析匯總表

2.1 用戶開機率

互動電視用戶在收看電視時，無論是直播或點播節目，均須先通過互動機頂盒連接系統平臺，發出注冊請求。開機用戶可定義為當互動機頂盒在前端系統注冊通過，并開始產生流量（可剔除待機狀態）的用戶。

從近兩個月的數據來看，用戶開機集中在每晚的8點至10點，每周日的晚上為收視高峰，兩個月的平均開機率為44.79%，峰值為69.85%。該數據目前較為穩定，建議選擇70%作為模型設計參考。

2.2 戶均占用帶寬

在互動平臺中，直播節目采用了單臺CMTS組播技術，不占用帶寬資源，戶均占用帶寬主要是指用戶點播，其中主要是視頻點播。從數據來看，影響戶均占用帶寬的因素主要有兩個，一個是點播節目本身的帶寬占用，另外一個是用戶使用的頻率。

點播視頻的壓縮格式主要有MPEG-2和H.264兩類，廣州互動系統的電視節目采用H.264的格式，高清流為9 Mbit/s，標清流為3 Mbit/s；用戶的使用頻率受節目內容和價格的影響，在采樣的互動平臺中有高清直播電視節目19套（含1套3D頻道），標清直播節目90套，其中45套節目支持4 h的時移和72 h的回看。系統已存儲了10 000 h的標清節目，8 700 h的高清節目，每天保持3部以上的點播影片節目更新。

根據分析，由表1可以得出最高峰值的戶均獨占帶寬為4 Mbit/s，考慮到高清點播節目的逐步增加，戶均帶寬也會隨之提升，建議在目前的用戶習慣下，每戶分配5 Mbit/s，作為模型設計參考。

2.3 開機并發率

并發率即在線用戶同時點播的機率，從表1的互動平臺的出口流量數據分析，全網的并發率平均值為10%。在今年的1月份，珠江數碼實施了在網互動用戶全免費試看的推廣，在2月份恢復正常收費，為此，筆者選擇了一個用戶集中的光機進行兩個月的數據對比，詳見表2。

表2 互動某前端在線用戶并發率分析表

可見開機并發率和市場策略關系密切，免費時的并發率為收費時的2倍。在特殊的重大節日期間，用戶對電視的關注也會使得并發率提升。考慮到用戶習慣的改變、市場策略的調整，建議選擇正常推廣時期接近峰值數據30%作為模型設計參考。對于特殊高峰期的處理，互動平臺可采用基于PCMM的QoS保障，但系統端口達負荷時，用戶在新增點播時會收到端口擁塞提示，可稍后再試，不影響在線用戶的體驗。

在明晰以上3個數據的基礎上，可以通過調配前端出口資源的配置，選擇不同的模型滿足市場部門提高互動業務報裝滲透率需求，同時配合市場發展，結合網絡監控，對整體網絡建設及升級改造進行調整。

3 互動網絡建設方案

互動用戶的全面發展，首先要立足于網絡的現狀，合理利用現有網絡資源，通過升級改造來適合互動發展。其次是合理規劃新建網絡，放眼未來，光進銅退。以廣州為例，城區內已基本實現了CMTS技術的雙向覆蓋，并以每年10萬戶的新增速度在新建網絡，對于互動電視的發展，應采取不同的建網模式。結合HFC網絡特征以及數據分析，對寬帶互動網絡建設提出如下建議。

3.1 基于CMTS網絡改造建設模型

在Cable的網絡中，CMTS接入技術一直在引領業界發展，目前已進入DOCSIS V3.0，DOCSIS 3.0的最大特點是數據傳輸功能增強，其中包含了上下行多個信道捆綁，具備了可直接與FTTH競爭的寬帶水平。新一代的標準DOCSIS 4.0已在討論中，擴大帶寬仍將是趨勢。在全國各地的有線電視網絡中，同軸電纜仍是目前信號傳輸的承載主體，需充分發掘利用，CMTS是最佳的選擇之一。

3.1.1 直播節目在HFC網絡中采用了組播的模式

采用CMTS技術來實現節目傳輸，直播信號傳輸是一個關鍵點和難題。在一般的網絡配置中，直播信號需通過部署在分前端的CMTS來實現，這樣不僅暫用資源，還需投入大量的直播CMTS，經研究可采用直播獨立CMTS部署方式，如圖2所示。

CMTS處理如下：

1）Tuner1運行DOCSIS，連接到CMTS網絡；

2）Tuner2實現直播業務傳送，建立Frequency_Table文件；

3）Tuner1與CMTS的連接丟失，CM繼續通過Tuner2提供直播業務。

CM上線時從TFTP上下載組播IP與頻率的對應表，采用如下步驟：

1）CM收到組播請求，把組播請求里的IP與對應表的IP進行匹配查詢；

2）CM通過匹配查詢找到組播IP對應的頻率；3）CM的Tuner跳頻到對應的頻率上。

3.1.2 原有網絡的升級改造模型

多數城市的有線電視網已采用了CMTS技術改造，并把光機覆蓋用戶降低至400戶或200戶。互動CMTS網絡改造的主要原則是分步實施，并根據用戶發展來調整模型，結合上述開機率、并發率及戶均帶寬等關鍵技術參考指標，并根據市場提供的推廣區域和滲透計劃，建立部署模型。

模型的基礎條件為：1個光發射機覆蓋4個光站，每個光站覆蓋用戶400戶，1個光發射機覆蓋用戶約1 600戶。

模型1：1個發射機對應4個光站，共用8個CMTS下行頻點，可滿足滲透率21%互動用戶覆蓋，該模型適用早期廣覆蓋用戶區域的升級和未實施互動覆蓋區域的改造（見圖3）。

模型2：在模型1基礎上擴容，1個發射機對應4個光站，共用16個CMTS下行頻點（見圖4）。較模型1增加了8個頻點，原因是在雙向覆蓋優質樓盤中，通過近幾年的網改和升級，已全面使用860 MHz或1 GHz的設備，可在750 MHz至860 MHz/1 GHz頻段內追加8個頻點，使這個模型在實際操作中頻點資源的占用量與模型1相比擴充1倍。該模型主要用于重點發展區域或新建樓盤，對于模型1的下行端口流量超出70%時，開始升級割接至模型2。

模型3：在模型3基礎上擴容，一個發射機對應2個光站，共用16個下行頻點，該模型只適用于模型2的擴容，如圖5所示。

3個模型在射頻系統的建設上可以做到一步到位，表3為各個模型下可支持互動電視用戶區域覆蓋的滲透能力，具體模型搭建可根據市場發展和流量預警進行合理調整升級。

表3 模型滲透能力

3.2 基于光進銅退的新建網絡模型

在中國下一代廣播電視網的整體規劃中，NGB的核心傳輸帶寬將超過1 000 Mbit/s，保證每戶接入帶寬超過40 Mbit/s，可以提供高清晰度電視、數字視音頻節目、高速數據接入和話音等三網融合的一站式服務，使電視機成為最基本、最便捷的信息終端。未來網絡的爭奪，高帶寬將是第一步，在新建網絡中，如何預留足夠的帶寬來面對未來競爭，光進銅退將會是較好的選擇。

3.2.1 雙線入戶

這是一個光纖到樓層的方案，在最后30 m的接入網中，采用雙線（同軸電纜和五類線）同時入戶。技術體系采用EPON模式，無源光網采用1∶16的光分，每16戶1個ONU。同軸網絡部可延用原有建設模式，在集成RF接口的ONU全面降價后，可調整為從ONU取DVB信號。在此模式下，按照30%的數據并發，用戶接入帶寬可達13 Mbit/s，符合互動高清點播8 Mbit/s與寬帶上網5 Mbit/s的帶寬需求，系統結構如圖6所示。

互動網絡的具體方式如下：

1）前端配置。在分前端安裝EPON的頭端設備OLT，每個PON口覆蓋網絡其中一臺光機，在OLT劃分VLAN，采用2個VLAN來進行業務區分，一個VLAN承載一種業務，VLAN 10承載寬帶業務，VLAN 20承載互動業務，OLT與ONU之間采用Trunk口，VLAN透傳信號，承載寬帶和互動業務（見圖7）。

2）室外ONU配置。在樓放的位置部署16 FE口的ONU，ONU的上聯口配置為VLAN Trunk模式，轉發VLAN20（互動電視業務）和VLAN10（寬帶業務），ONU啟用IGMP Snooping功能，對組播流進行轉發（見圖8）。

3）室內設備配置。雙線至用戶家中，戶內安裝小型交換機（4口L2 Switch），Switch的Uplink口通過5類線連接到樓道ONU的FE口，配置為Trunk模式，轉發VLAN 10與VLAN 20的數據報文。L2 Switch的FE1/FE2口連接STB，FE3/FE4口連接PC，配置為Access模式，轉發VLAN 10和VLAN 20的報文，將VLAN標簽剝離，STB過來的報文到達該FE口時，加上VLAN20的標簽向上轉發，同時開啟交換機的IGMP Snooping功能，實現寬帶和互動的捆綁（見圖9）。

3.2.2 光纖到戶

FTTH網絡設計原則：在小區新建時，考慮新建接入機房，部署OLT設備，每16戶一個光纖交接箱，采用集中分配的模式。在用戶室內（一般在門后位置）安裝集線器箱，內置220 V供電，用于安裝ONU。ONU選用4口輸出，室內布線采用集中分配的模式，每個終端同時敷設五類線和同軸電纜，對于開通DVB業務的用戶，仍然使用同軸電纜網絡提供信號，對于開通寬帶或互動電視的用戶，采用LAN網接入（見圖10）。

光纖入戶方案從技術角度來看無疑是屬于目前建網的最佳方案，能提供戶均30 Mbit/s甚至更高的接入，且中間鏈路的無源光網可大大降低維護成本。對比雙線入戶，光纖入戶建網成本相對偏高，主要在用戶終端設備的投入，具體價格參看表4。

表4 雙線入戶和FTTH建網戶均成本對比 戶/元

4 小結

在三網融合的大環境下，互動電視是廣電發展的必然方向。借助廣電本身的受眾廣、覆蓋面大的優勢，廣電運營商可以開展各類互動電視業務，挖掘潛在市場，逐步提高廣電的市場競爭力。寬帶互動網絡的建設，要根據自身的網絡現狀，遵循市場發展規律，建議在原有的網絡中，采用CMTS的技術進行改造，對于新建網絡，當明確實施光進銅退，可根據業務發展和資金投入，選擇光纖入戶或雙線入戶。

[1]國家廣播電影電視總局科技司.下一代廣播電視網（NGB）示范區實施總體方案[EB/OL].[2012-01-01].http://www.doc88.com/p-05329726169.html.

[2]夏勇，何晶.融合網絡寬帶IP互動電視技術方案設計[J].電視技術，2010，34（10）：9-13.

[3]楊煉.三網融合的關鍵技術及建設方案[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[4]張傲.三網融合下的FTTx網絡[M].北京：人民郵電出版社，2011.