U互動及寬帶業(yè)務技術方案

李增裔

（廣東廣電網(wǎng)絡股份有限公司肇慶懷集分公司，廣東肇慶，526000）

0 引言

隨著廣東省廣播電視網(wǎng)絡股份有限公司計劃在全省推開數(shù)字電視互動增值業(yè)務，廣東省廣播電視網(wǎng)絡股份有限公司肇慶懷集分公司（下簡稱“懷集分公司）計劃規(guī)劃數(shù)字電視互動系統(tǒng)方案。

懷集有線電視網(wǎng)絡用戶數(shù)10萬戶,城區(qū)前端中心機房1個，另有18個鄉(xiāng)鎮(zhèn)分機房。懷集分公司數(shù)字電視互動系統(tǒng)初期計劃城區(qū)覆蓋3000互動用戶，主要以城區(qū)住戶密集的小區(qū)為目標。初期懷集縣城區(qū)數(shù)字電視用戶暫只有一個中心機房，懷集數(shù)字電視互動系統(tǒng)設備將分布在一個機房，機房設備將通過萬兆以太網(wǎng)連接至市公司。后期將逐步完善懷集縣的城域網(wǎng)覆蓋范圍，在每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)部署一個分前端，匯聚各鎮(zhèn)流量萬兆上聯(lián)至懷集核心，統(tǒng)一出口與省廣電互聯(lián)。

根據(jù)廣東省數(shù)字電視廣東有線VOD平臺整體架構，系統(tǒng)包括內(nèi)容管理、BOSS、CDN、VOD Back Office、portals(應用平臺)、推流、邊緣QAM幾部分，其中內(nèi)容管理部分由廣東省廣播電視網(wǎng)絡有公司全省統(tǒng)一實現(xiàn)，BOSS也全省統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)使用統(tǒng)一系統(tǒng)，VOD平臺整體架構的其它部分以及承載系統(tǒng)運行的萬兆城域網(wǎng)和終端接入網(wǎng)由下面各地級市分公司或系統(tǒng)與省互動系統(tǒng)直連的子公司自行建設。

1 業(yè)務分析

1.1 懷集城域網(wǎng)將承載的傳輸內(nèi)容

新數(shù)據(jù)平臺建成后，可發(fā)展的增值業(yè)務類型：專線業(yè)務；寬帶上網(wǎng)業(yè)務；視頻會議；高清互動業(yè)務；視頻監(jiān)控；網(wǎng)絡內(nèi)部管理信息；今后可發(fā)展IPTV、VoIP、IDC數(shù)據(jù)中心等業(yè)務。

1.2 帶寬計算

(1)數(shù)據(jù)寬帶分析:根據(jù)省公司寬帶公式，數(shù)據(jù)寬帶=綜合帶寬×寬帶用戶數(shù)×7%綜合并發(fā)率。我市初期高清互動及數(shù)據(jù)寬帶業(yè)務覆蓋3000用戶，數(shù)據(jù)寬帶用戶10%的開通率，我市寬帶用戶=3000*10%=300。初期戶均帶寬計劃達到8M。2015年我市數(shù)據(jù)寬帶=8×300×7%=168Mpbs。

(2)互動業(yè)務視頻帶寬分析:根據(jù)省公司帶寬公式，互動視頻帶寬=互動用戶數(shù)×6%并發(fā)率×3.75綜合帶寬。我市初期高清互動及數(shù)據(jù)寬帶業(yè)務覆蓋3000用戶，互動用戶20%的開通率，我市互動用戶=3000*20%=600，2015年我市互動帶寬=(600)×6%×3.75=135Mpbs。

表1 流量分析表

2 建設目標

2.1 建設初期具體要求

（1）互動業(yè)務覆蓋整個懷集縣。（2）覆蓋3000雙向數(shù)字電視用戶，初期支持600數(shù)字互動電視用戶。（3）標清節(jié)目碼率3.75Mbps、高清7.5Mbps，并發(fā)流碼率以3.75Mbps為標準，標清節(jié)目占有1個并發(fā)帶寬、高清節(jié)目占用2個并發(fā)流帶寬。（4）全系統(tǒng)支持多碼率格式和多種視音頻編碼方式。包括：MPEG-2、H.264、AVS等。根據(jù)省公司的規(guī)劃，結合懷集實際，懷集分公司將不建設獨立的分平臺，懷集分公司的數(shù)字電視互動業(yè)務作為分節(jié)點接入肇慶數(shù)字電視互動平臺。

2.2 建設原則

充分考慮整個系統(tǒng)和設備的穩(wěn)定性和先進性、標準性和開放性、可靠性和可用性、靈活性和兼容性、實用性和經(jīng)濟性、可升級性和可管理性，并依據(jù)以上原則，在方案設計過程中進行優(yōu)化設計。

（1）穩(wěn)定性和先進性原則：本方案突出了穩(wěn)定性的特點，各子系統(tǒng)采用省公司集采入圍的設備，增強了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)各功能模塊都應采用成熟穩(wěn)定的架構和核心技術，同時保證所選用的技術在現(xiàn)階段是新技術，并具有領先于其它技術的優(yōu)勢，確保整個系統(tǒng)在今后一段時期內(nèi)仍能保持一定的技術優(yōu)勢，不會因受到新技術的沖擊而在短時間內(nèi)被淘汰。

（2）標準性和開放性原則：標準化原則是保證系統(tǒng)具有良好的通用性、兼容性和開放性的必要保證。系統(tǒng)內(nèi)使用的所有設備均按省公司指定的國際和國內(nèi)技術規(guī)范的最新標準進行設計和開發(fā)，設備和各部分模塊也采用標準軟、硬件接口聯(lián)接，便于與不同廠商設備的互聯(lián)；系統(tǒng)的設計基于國際、國內(nèi)標準進行設計，當需要擴展新的業(yè)務功能時，可以根據(jù)項目需要提供開放協(xié)議。

（3）可靠性和可用性原則：本方案推薦的設備應均為省公司集采入圍的設備，有嚴格的質量保證。除在技術上的先進性外，極低的故障率和良好的產(chǎn)品質量外，本系統(tǒng)采用穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡結構，各子系統(tǒng)服務器采用冗余負載均衡設計，保證了系統(tǒng)在單點故障情況下仍能繼續(xù)向用戶提供服務。

（4）靈活性和兼容性原則：本方案中各種設備的接口均為標準接口，便于因系統(tǒng)擴容而需要的設備加裝，按照省公司指定的標準進行設計，只要通過省公司相關標準測試的設備都可以進行互聯(lián)，具有優(yōu)良的兼容性。

（5）實用性和經(jīng)濟性原則：本方案充分考慮業(yè)務的實用性和系統(tǒng)功能的實用性，立足于數(shù)字電視互動業(yè)務播發(fā)，所提供的各項服務均已被證明具有廣闊的用戶市場；除了保證系統(tǒng)、設備在技術上的先進性外，充分考慮所選用設備的性價比。

（6）可升級性和可管理性原則：本方案中系統(tǒng)內(nèi)各個功能模塊均基于標準化設計，所有軟、硬件均基于標準接口聯(lián)接，可根據(jù)業(yè)務需要靈活進行擴展和升級，并可實現(xiàn)平滑過渡，降低后續(xù)工程建設的難度和風險。本方案中各種設備都是相互獨立工作的，具有非常靈活的擴展性。當系統(tǒng)需要進行擴容時，只需要簡單對各子系統(tǒng)進行設備增加或增加設備（網(wǎng)絡）的傳輸帶寬即可。各子系統(tǒng)獨立提供相應的網(wǎng)管系統(tǒng)對設備進行管理，具備對設配的配置、性能、故障、安全、遠程控制等全面的維護管理功能。

3 技術方案

3.1 方案總體描述

作為承載數(shù)字電視互動系統(tǒng)的網(wǎng)絡，其必須具備最基本的兩個特點。

(1)帶寬充足。懷集雙向數(shù)字電視用戶約3000，初期按照發(fā)展互動用戶600，寬帶用戶300，數(shù)據(jù)寬帶約需303Mbps。城域網(wǎng)的設備之間互聯(lián)可以使用千兆連接，但必須支持以后在不更換設備的情況下可以擴容到10G具有一定的帶寬升級空間。

(2)可靠穩(wěn)定。懷集廣播電視互動系統(tǒng)作為一個運營網(wǎng)，必須具有高可靠性和穩(wěn)定性，網(wǎng)絡結構必須避免任何一個節(jié)點的故障影響到其它節(jié)點的正常運作，而且每個節(jié)點必須具備雙鏈路的冗余，一條鏈路出現(xiàn)故障，用戶服務不受影響。

要實現(xiàn)互動電視，用戶機頂盒必須具備雙向通信功能，機頂盒通過向互動系統(tǒng)發(fā)送點播要求，才可以接收到相應的點播節(jié)目，要充分利用懷集分公司現(xiàn)成HFC網(wǎng)絡的優(yōu)勢，只需要把HFC網(wǎng)絡改造成為一個雙向網(wǎng)絡，并配以CMTS設備，用戶就可以享受數(shù)字電視互動服務與寬帶上網(wǎng)服務。

終上分析，懷集分公司城域網(wǎng)必須包括核心層、接入層。

圖1 懷集廣電高清互動平臺整體結構拓撲圖

3.2 核心層

懷集分公司城域網(wǎng)核心層由兩臺核心交換機組成，核心交換機主要負責以下幾方面功能：(1)下連匯聚層交換機；(2)上連省互動系統(tǒng)骨干交換機；(3)連接寬帶網(wǎng)絡出口設備。

懷集分公司城域網(wǎng)核心交換機主要功能是交換數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)流量轉發(fā)，為各分前端匯聚節(jié)點提供最佳傳輸通道。核心層的設備不但需要吞吐量大，線速轉發(fā)，且需具備高穩(wěn)定性業(yè)務能力，支持MPLS VPN/TE、QOS、組播、安全等全面的特性，可實現(xiàn)IPv4向IPv6的平滑過渡。在核心層交換機設備應提供IP/MPLS快速重路由、虛擬路由冗余協(xié)議(VRRP)、不中斷轉發(fā)(NSF)、雙向快速檢測(BFD)和鏈路捆綁等保護機制，有效地保證網(wǎng)絡運行的高可靠，可以實現(xiàn)99.99%的系統(tǒng)可用性。

綜上所述,核心設備在整個系統(tǒng)中起到關鍵作用，一旦設備故障會導致整個系統(tǒng)的崩潰，為此需要兩臺核心設備互為冗余,并P/PE節(jié)點部署MPLS VPN。核心節(jié)點間采用2×萬兆端口捆綁直連，保證故障時的數(shù)據(jù)正常倒換。

與省互/寬帶動系統(tǒng)互連。廣東省廣播電視網(wǎng)絡有限公司負責全省的數(shù)字電視互動節(jié)目源以及寬帶出口，按照懷集2015年發(fā)展互動用戶600，寬帶用戶300,數(shù)據(jù)帶寬約需303Mbps。計劃使用千兆鏈路與市城域網(wǎng)進行連接，通過市城域網(wǎng)最終連帶到省互動和寬帶平臺，但核心交換機須支持升級到10G端口，以便日后升級所需。兩臺核心交換機分別和市城域網(wǎng)互連實現(xiàn)兩條鏈路的互為冗余及負載均衡。

圖2 結構圖

3.3 匯聚層

為節(jié)省成本懷集分公司城域網(wǎng)匯聚層暫時不使用新增設備，接入層設備直接連到核心交換機上,主要負責：(1)把數(shù)據(jù)路由到核心層交換機；(2)連接邊緣QAM設備；(3)連接接入層設備（CMTS）。

（1）匯聚層交換機是各區(qū)域互動和寬帶用戶數(shù)據(jù)匯聚的關鍵點，任何一個匯聚層交換機故障或通信鏈路中斷，都影響到能否向用戶正常提供服務。所以本方案建議以后在新增設備時，在拓撲設計上采用雙鏈路負載均衡和冗余，每臺匯聚層交換機分別連接到主、備核心交換機，即使一條上連鏈路中斷，仍然可以通過另一條上連鏈路繼續(xù)和互動系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)進行通信。由于互動業(yè)務所需帶寬比較大，所以匯聚層交換機每臺需配備兩個萬兆口和核心層交換機進行互聯(lián)。

匯聚層交換機負責把數(shù)據(jù)在接入層設備和核心層設備之間進行路由。從物理上匯聚層交換機已具備兩條上行鏈路，可以實現(xiàn)雙鏈路負載均衡和冗余。

（2）連接邊緣QAM。懷集分公司延伸到千家萬戶的網(wǎng)絡資源主要以HFC網(wǎng)絡為主，要向互動用戶提供點播節(jié)目，也只能以射頻方式進行傳送，所以懷集分公司需要通過Edge QAM(通常是IPQAM)在各機房把點播節(jié)目調(diào)制成射頻信號。按照懷集城區(qū)2015年計劃發(fā)展600互動用戶共需135Mbps的流量，機房部署至少一臺IPQAM設備，并實行一主一備雙鏈路，冗余備份。為此，匯聚層交換機起碼要提供2~4個千兆以太口和IPQAM進行互連。業(yè)界Edge QAM為保證鏈路中斷而有備份鏈路繼續(xù)支撐業(yè)務，通常使用LACP方式實現(xiàn)端口匯聚，所以匯聚層交換機需支持基于LACP的端口匯聚功能。

（3）連接CMTS。懷集分公司開展互動業(yè)務，需要給用戶提供點播的通信渠道，CMTS是廣電系統(tǒng)中可以快速部署的雙向通信系統(tǒng)。用戶點播只需很小的上行流量，而CMTS是一個寬帶系統(tǒng)，帶寬在應對互動系統(tǒng)的應用是卓卓有余的，為了能充分利用資源，懷集廣播電視公司可以在此基礎上開展互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務。

按照懷集城區(qū)2015年計劃覆蓋300戶，中心機房安裝傳統(tǒng)CMTS頭端設備，每臺CMTS頭端設備采取1主1備的冗余鏈路與上層交換機對接。2015年計劃發(fā)展寬帶用戶300戶總帶寬為169M。所以匯聚層交換機需要2~4個千兆以太接口與CMTS連接。

3.4 接入層

懷集分公司接入層設備主要有二類：(1)IPQAM設備；(2)CMTS設備。

3.4.1 IPQAM設備

主要負責把點播節(jié)目調(diào)制成射頻信號混合到廣電的HFC網(wǎng)絡。IPQAM是廣電互動系統(tǒng)的一個不可或缺的部件，由于懷集分公司互動系統(tǒng)和肇慶分公司互動系統(tǒng)對接，省公司所用系統(tǒng)采用NGOD標準架構互動系統(tǒng)，所以懷集分公司所用采的IPQAM 也需要支持NGOD相關標準，并且通過省公司的設備技術測試，以便BackOffice系統(tǒng)對QAM通道資源的管理。

懷集分公司初期以發(fā)展600高清互動電視用戶為建設目標，按6%并發(fā)率，1.5收斂比，一個頻點約傳送10套節(jié)目。故初期城區(qū)中心房互動點播所需頻點則為600×6%×1.5÷10=5.4個頻點。

由于初期中心機房需提供5.4個頻點QAM調(diào)制輸出，為了節(jié)約空間，本方案采用每個機房配置1臺通過省公司技術測試的中低密度標準IPQAM。按每臺IPQAM配備1塊板卡，1塊冷備板卡，每塊板卡24個頻點輸出。每個通道擁有38Mbps的網(wǎng)絡帶寬速率，按照互動點播節(jié)目標準碼率計算，每個通道可以容納約10個節(jié)目，則該臺IPQAM可同時播放240路節(jié)目。按照省公司公式要求，并發(fā)率6%，則這臺IPQAM支撐開通用戶數(shù)為240÷6%÷1.5=2666戶，滿足設計要求。

3.4.2 CMTS設備

CMTS 設備主要負責向互動用戶提供點播通信通道和向寬帶用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務。隨著寬帶業(yè)務的競爭越來越激烈，帶寬成了吸引用戶的一個關鍵點，而當前業(yè)界最能提供高帶寬的CMTS是DOCSIS 3.0標準的CMTS設備，為減輕前期投入成本，先采用DOCSIS2.0終端設備。

懷集分公司互動系統(tǒng)能夠正常開展業(yè)務，必須具備穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡。CMTS數(shù)據(jù)的正常傳輸完全依賴于HFC雙向網(wǎng)絡的質量。現(xiàn)時建網(wǎng)及改網(wǎng)的標準是一個光點覆蓋電視用戶約125戶，根據(jù)懷集多年運營經(jīng)驗，要保證HFC反向網(wǎng)絡的質量，每個上行物理口連接不宜超過4個光點，懷集分公司中心機房覆蓋用戶3000戶，約24個光點，總需求6個上行物理端口。按照4:1上下行物理端口比例，全縣總需求2個下行物理端口，8個邏輯端口。

3.5 業(yè)務數(shù)據(jù)中心設計及網(wǎng)管系統(tǒng)

業(yè)務數(shù)據(jù)中心包括DHCP、DNS等公共服務器資源以及機房監(jiān)控等其他業(yè)務系統(tǒng)的接入，本期暫不建設公共服務器，直接使用市公司資源。

3.6 寬帶數(shù)據(jù)與互動數(shù)據(jù)分離

由于寬帶用戶傳送的數(shù)據(jù)種類較多，而且經(jīng)常無意間帶有一些干擾性的數(shù)據(jù)，大大影響網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，互動業(yè)務是懷集分公司的主營業(yè)務，寬帶業(yè)務的運營不能影響到互動業(yè)務的正常運作，為此寬帶數(shù)據(jù)和互動數(shù)據(jù)必須要進行明確的分離，而且必須保證互動數(shù)據(jù)的優(yōu)先級比寬帶數(shù)據(jù)的優(yōu)先級高，要實現(xiàn)這一功能，要把寬帶數(shù)據(jù)和互動數(shù)據(jù)在物理網(wǎng)絡上分離會做成重復投資，資源不能得到充分利用，為此最佳的做法是在邏輯上實現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)的分離，通過MPLS把寬帶數(shù)據(jù)和互動數(shù)據(jù)在核心層和匯聚層交換機之間建立兩條虛通道，然后在核心層把寬帶數(shù)據(jù)和互動數(shù)據(jù)在物理上分離，寬帶數(shù)據(jù)指向互聯(lián)網(wǎng)出口，而互動數(shù)據(jù)則指向肇慶分公司互動系統(tǒng)；在匯聚層，則把數(shù)據(jù)層分別輸出到CMTS設備，互動數(shù)據(jù)則輸出到IPQAM。

3.7 設備配置要求

為我司數(shù)字互動系統(tǒng)提供足夠的擴容空間，核心層交換機應具備1.5Tbps以上的背板交換容量，配備4個以上業(yè)務槽，可以插裝一塊16端口千兆以太網(wǎng)光口+8端口千兆以太網(wǎng)Combo口的業(yè)務板卡以及兩塊4端口的萬兆以太網(wǎng)光接口板卡。支持雙主控模塊冗余、雙電源冗余，為設備提供高度的可靠性，任何一個電源和主控模塊的故障，冗余模塊都可以實現(xiàn)無縫切換，不會影響網(wǎng)絡的正常工作。支持VRRP，保證了兩臺核心交換機為服務器群提供冗余鏈路，并進行負載均衡。

按照初期覆蓋8400互動用戶計算，每個機房需要配置IPQAM設備1臺。

按照初期中心機房覆蓋3000用戶，即覆蓋24個光節(jié)點，總需求6個上行物理端口。根據(jù)方案每4個光點共用1個上行口，一個下行口覆蓋16個光節(jié)點。上行口和下行口4:1的比例，初期中心機房CMTS需要配置6個上行口和8個下行口，同時需要配置1塊主控路由模塊（提供8個千兆接口和一個萬兆接口）和兩個電源模塊。

表2 懷集分公司第一階段CMTS設備需求表

廣電行業(yè)面對的挑戰(zhàn)日益嚴峻，除了面對三大運營商的挑戰(zhàn)外，還有OTT廠商的圍攻，在這種惡劣的生存環(huán)境下，發(fā)展雙向互動電視業(yè)務可以廣電運營商提供一個強有力的武器，可以留住用戶同時又發(fā)展新的用戶，在發(fā)展互動電視業(yè)務的同時還可以發(fā)展寬帶業(yè)務，增加了收入來源。而根據(jù)投資與經(jīng)濟收益的分析，投資該項目會有長期的可觀收入。

該項目具有長遠的經(jīng)濟效益，有力地促進了我司的業(yè)務發(fā)展，為肇慶分公司注入了生機和活力，功在當代，利在千秋。

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