地市級廣播電視數據機房建設探討

+ 胡曉東（ 湖北荊州廣電網絡 ）

地市級廣播電視數據機房建設探討

+ 胡曉東（ 湖北荊州廣電網絡 ）

本文首先介紹了航天即插即用的基本概念及衛星系統實現即插即用的優越性，闡述了國外衛星即插即用技術的研究現狀，重點探討分析了即插即用衛星的構成及關鍵技術。

即插即用技術 分離模塊F6計劃 PnPSat衛星

1 背景

“十二五”期間，中國各廣播電視臺有可能開展基于雙向的數據業務。為保證業務的順利進行，對前端（數據）機房建設進行統籌規劃至關重要。由于我國廣電系統開展雙向業務起步較晚，故尚未形成數據機房設備設施（含動力系統）的建設方案。而地市級廣電網絡在相當長一段時間內都是廣播電視互動媒體運營的主力軍。因此“十二五”中后期對地市級廣電數據機房建設進行研究是一個重要課題。

2 數據機房總體建設目標

地市級廣電數據機房建成后應能滿足未來10年內當地廣播電視網絡信息化、數字化發展的需求，具體如下：

（1）支持多路（至少兩路以上）互聯網出口的接入；支持物聯網的接入。

（2）支持10萬數字互動電視并發流的發送。

（3）支持100個標清頻道、20個高清頻道7×24（168）小時時移播出。

（4）支持設備及設施主要技術指標的測量與監控。

（5）支持特殊情況下的無人值守。

（6）以自建的企業云計算平臺支持在適當的時間通過接入CNTV（或杭州華數、南方傳媒等）互聯網電視（OTT）集成平臺開展有效的OTT業務。

（7）實現與所屬省廣電有線電視主干網和國家廣電有線電視干線網的對接和數據交換。

本文主要探討關鍵設備設施的選型要點。

3 核心設備的技術要求

廣電數據機房的核心設備包括各種服務器、路由器等。

3.1 寬帶網絡接入服務器（BNAS）技術要求

在設備接口方面，建議接入側配置STM-1接口，網絡側配置STM-1和STM-4接口，以上連所屬省SDH骨干網（或國家廣播電視干線傳輸網）、下聯所轄縣市廣播電視SDH長途傳輸網。

在通信協議方面，建議支持IPV6。因為IPV4地址在“十二五”中后期將面臨“飽和”的困境。

在設備容量方面，要求交換容量≥10G，最小配置2000個VPN隧道，包轉發速率≥5Mpps。

在接入帶寬控制方面，具體要求如下：

（1）可實現基于用戶的帶寬控制。能夠根據遠程認證服務器返回的用戶屬性或本地配置的用戶屬性對用戶的接入帶寬進行控制；能夠實現對用戶雙向的業務流進行帶寬控制。

（2）可實現基于VLAN或PVC的帶寬控制。帶寬控制的粒度不大于64k。

（3）可實現基于應用的帶寬限制。如限制FTP報文不能占用超過50%的網絡帶寬。

（4）可實現基于用戶或者應用的帶寬保證。

在QoS性能方面，要求在最惡劣的情況下，1518Byte長度及以下的包時延均＜1mS。在用戶接入認證方面，要求用戶接入認證的平均響應時間＜5s；用戶異常掉線重撥延時＜10s；每秒處理用戶接入認證數≥設備整機并發用戶數的1%；用戶接入認證差錯率（誤判率）＜0.1%；負載為90%、50%和10%時的認證成功率應分別≥95%、≥96%和≥97%；

在可靠性、可用性方面，要求系統必須達到99.99%的可用性；系統的平均無故障工作時間MTBF＞10000h；系統故障恢復時間＜1h；控制和數據通道必須分開。

在防電磁干擾方面，應滿足以下要求：

①從接入服務器射出的無線電電磁干擾應符合表1的規定。

表1 由接入服務器發射的無線電電磁干擾的要求

②由接入服務器進入交流饋電線的無線電電磁干擾應符合表2的規定。

表2 由接入服務器進入交流饋電線的無線電電磁干擾的要求

③由接入服務器進入直流饋線和信號線的無線電電磁干擾應符合表3的規定。

表3 由接入服務器進入直流饋線和信號線的無線電電磁干擾要求

④抗電磁干擾的能力

寬帶網絡接入服務器在受到0.01-1000MHz頻率范圍內電場強度為140dBμV/m的外界電磁干擾時應不出現故障和性能下降。

在直流或交流電源線受到外界電磁干擾的要求見表4,0.01-100MHz頻率范圍的外界電磁干擾電流時應不出現故障和性能下降。

表4 外界電磁干擾的要求

3.2 視頻服務器技術要求

1）基本功能

（1）視頻格式：支持MPEG-2、H.264標清及高清視頻格式，可擴展支持AVS等其他編碼格式。并且支持任意碼率的高清或者標清節目的輸出。

（2）音頻格式：支持杜比AC3、MPEG-1 audio layer 1/2/3等；

（3）在更換或升級視頻編碼格式時，視頻服務器和存儲硬件無需更換；

（4）對未來新的編碼方式，可通過升級軟件方式支持，無需更換或增加硬件；

（5）視頻流格式：支持透明TS流或預先加密TS流以及IP數據包的格式；

（6）通訊協議：支持IPV6。視頻服務器與控制中心服務器之間的流媒體控制通信采用標準的RTSP協議；視頻服務器推流支持TS Over IP協議；視頻服務器與中心存儲服務器之間的數據傳送可以采用SOAP/HTTP、FTP協議；視頻服務器與網管服務器之間采用SNMP協議；

（7）視頻服務器單集群的輸出能力并發流上限合理，可以配置多集群工作；

（8）視頻服務器有較強的單集群的存儲能力；

（9）系統必須采用合理可靠的存儲冗余技術；

（10）必須支持VOD點播、時移、回看、nPVR等業務；并需支持當地有線網絡門戶網站的鏈接調用。

2）硬件平臺

（1）建議采用通用硬件平臺和結構，能夠兼容業界主流服務器提供商的服務器；

（2）硬件平臺要具有一定的先進性，主要部件如CPU必須采用雙核處理器，內存要求不少于4GB，并可以對內存擴容；并保證配置至少2個以上GE接口；

（3）要能夠支持集群組網和負載均衡功能；

（4）視頻服務器應可部署到多種硬件平臺和操作系統。

3）性能及安全性

（1）單GE口輸出能力不能少于800Mbps。集群系統的輸出能力可無限擴容；

（2）對各種點播請求能夠快速響應，時間須小于2秒；

（3）視頻流輸出單元可通過RTSP（實時流傳輸協議）或LSCP/SSP等協議與雙向機頂盒實現trick mode（快進、快退，暫停等）功能；

（4）視頻流輸出單元可實現至少3種倍速的快進快退，同時當全部請求都是倍速輸出時不影響系統的最大并發流輸出能力;

（5）視頻流輸出單元的擴容過程不能中斷業務；

（6）視頻服務器應能支持超過30路以上的實時節目(時移)的實時注入并存儲，而不影響系統的并發響應情況。

4）負載均衡策略

視頻服務器應提供兩種負載均衡：全局負載均衡、本地負載均衡。

（1）全局負載均衡策略

全局負載均衡負責節點與節點之間的流量均衡。系統應支持以下的全局負載均衡策略：

①應支持基于就近性的全局負載均衡策略；

（2）本地負載均衡策略

本地負載均衡負責節點內的視頻服務器與視頻服務器之間的流量均衡。

①應支持基于內容分布的本地負載均衡策略；

②應支持基于邊緣視頻服務器情況的本地負載均衡策略。

3.3 媒體接入服務器（MAP服務器）技術要求

3.3.1 功能要求

MAP在網絡中的位置

要求采用標準RTSP（實時流傳輸）協議連接STB與VS（視頻服務器）；要求MAP服務器對所有視頻服務器進行分布式管理，使負載均勻地分布在各個服務器中；同時調度算法提供在異常情況下的動態調度能力；要求提供CDN熱點分發策略的原始數據信息；要求能夠提供原始話單信息，以支持BOSS的按次計費相關計費策略。

3.3.2 技術要求

要求遵守標準RTSP協議規范。 能很好地與第三方STB/VS做到互聯互通；能保證不同VS的單位時間內并發請求控制在設定值內；要求內置watchdog（看門狗），保證程序異常退出后自動啟動。

3.4 節目收錄服務器技術要求

要求支持至少8小時以上的即時時移及72小時以上的多路菜單時移業務，對未來新的編碼方式，可通過升級軟件方式支持，無需更換或增加硬件； 要求具備同時錄制150套高、標清節目（頻道）的能力；要求支持通過OSD操作選時播放功能；要求時移錄制節目和直播節目的時間差不超過15s；要求能根據EPG節目單生成錄制計劃。

3.5 互動電子節目指南（iEPG）服務器技術要求

要求支持符合DVB標準的完整SI/PSI信息及節目單批量導入平臺并播出，支持私有SI數據插入；可選擇通過DC/OC（數據輪/對象輪）方式下發靜態頁面數據；要求支持機頂盒通過網絡通道以WEB的方式互動地訪問數據；要求iEPG服務器接口（如：SDK、API等）開放，支持指定的第三方自行制作發布媒體導航信息；要求支持圖片、文字、聲音、視頻的混合顯示；要求支持iEPG菜單與內容的變化可實現同步更新；要求支持多格式圖片，支持多種分辨率的圖形顯示；要求支持通過iEPG購買訂閱頻道和節目及查詢業務消費明細。

3.6 路由器技術要求

要求每個以太網端口的VLAN數≥4000、支持VLAN堆疊；必須支持至少100000條轉發路由表；支持VPLS的數量不少于4000個；10G以太網接口建議支持10GBase-W；支持光纖接入；支持IPV6，在處理IPV6時應提供不低于處理IPV4的性能水平。

4 動力系統技術要求

數據機房的動力系統包括市電供配電系統和為設備提供能源的UPS電源系統。

4.1 市電供配電系統技術要求

（1）配電電源系統

數據機房配電建議按一級負荷設計；應有防電磁干擾措施；穩態電壓偏移范圍、電壓波形畸變率均應在5%以內，穩態頻率偏移范圍應在0.2Hz以內，瞬時斷電允許時間在04ms以內；應考慮計算機系統有擴散、升級等的可能性，并應預留備用容量；接地系統采用TN-S方式，零線和地線分開設置。

要滿足計算機設備零地電壓≤1伏要求和獨立完善的接地系統；要求市電兩路接入，要求在電源區ATS電源切換柜進行自動切換。

（2）照明配電系統

要求主機房為離地面0.8m處不低于500 Lux照度，且基本無眩光；燈具宜采用嵌入LED燈，采取分區、分路集中控制；應急照明照度離地面0.8m處不低于50 Lux。燈具安裝高度與吊頂板齊平。

4.2 UPS電源系統技術要求

要求系統采用在線模塊式；后備電池采用免維護蓄電池組；要求輸入電壓為380VAC –45%～+25%、輸入頻率50Hz±10%；要求整流器輸出電壓精度在±1%以內；要求UPS輸入功率因數≥0.99，對電網輻射的電流諧波含量＜3%；要求正常工作條件下100%的由逆變電源輸出滿載功率給負載使用；要求輸出波形為連續的正弦波；要求輸出功率因數≥0.8；要求滿載時系統效率 ≥95%；要求具備短路、浪涌、電池過放電等保護能力；要求支持具有多臺UPS設備N+1直接并聯工作及負載均分性能；要求UPS輸出電壓從發生階躍變化起到恢復到穩壓精度范圍內時所需要的時間小于20ms；要求UPS在市電和電池兩種狀態間切換的時間應為0。

5 配套設施技術要求

數據機房的主要配套設施包括維持系統正常運行的空調、接地防雷等。

5.1 接地系統技術要求

要求數據機房安全保護地、防雷保護地延引所在建筑物的接地；要求在距地面1.8米處設置“地線”斷接片，作為測試點使用；要求

在機房地板下敷設30x3mm的銅排構建機房等電位聯結網格；要求聯結網格在機房活動地板下交叉排成1200x1200mm的矩形網格；要求每個機柜必須兩點接地；要求在銅帶下墊絕緣物體，以使聯結網格和大地絕緣；要求每臺設備（機柜）采用兩根不同長度的等電位聯結導體就近與等電位聯結網格連接。

5.2 防雷系統技術要求

要求在數據機房市電配電柜及列頭柜輸入端設置三級電源防雷器，且防雷裝置要帶有遙信觸點；要求防雷器的響應時間＜25ns；要求防雷器的接地端與接地總線之間的連接距離盡可能越近越好（＜0.5m）；防雷器與相線連接采用不小于16 mm2的雙色塑銅導線，與PE線的連接線采用25 mm2以上雙色塑銅導線。

5.3 空調的技術要求

要求數據機房功能區和配電區域采用2臺專用精密空調并聯形成統一制冷系統；要求空調為恒溫恒濕型；要求空調送風方式為下送風上回風；要求空調溫度調節范圍在+17℃～+28℃之間、濕度調節范圍在40%～70%RH之間；要求空調運行的平均無故障時間MTBF≥10萬小時；要求采用直連變頻EC風機（嵌入式控制器）送風系統；要求空調機組具有遠程監控能力。

6 有線數據機房工程的驗收

有線數據機房的驗收，應以設備投入運行的具體技術指標為標準進行。包括吞吐率（Throughout）、時延（Latency）、丟包率（Packet loss rate）、背靠背幀數（Back to back frame）等數據通訊指標和有關物理層的指標。當然設備24小時不間斷運行的溫升也是重點考察對象。

胡曉東，高級工程師，荊州視信網絡公司副經理，中國電子學會高級會員，長江大學文理學院客座教授，全國廣播電視技術能手，湖北省廣播電視技術競賽第一名，湖北荊州市廣播電視十大名人之一。發表論文百余篇，連續七年居全省廣電系統首位。翻譯數字電視分析儀說明書兩冊，計數萬字符。有七篇論文在全國獲獎。主持和參與的廣播電視科技成果（其中工程技術三項，論文軟科學五項）有十項獲湖北省廣電系統科技創新一、二、三等獎；二項獲湖北荊州市科技進步獎。近兩年輔導長江大學工程技術學院學生完成畢業設計十余項。是湖北荊州市電子類中級技術職務評委、荊州市人民政府自然科學優秀論文獎評委。