基于WLAN技術的全媒體直播網絡解決方案

李永祥

[摘要]基于五維鳳凰3個全媒體演播廳的全媒體直播、互動的應用需求，給出了采用以太網、WLAN技術的網絡建設方案。

[關鍵詞]無線局域網;以太網專線;帶寬預估;信道優選;全媒體直播;多媒體互動

文章編號：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.04.010

1引言

隨著全球范圍內移動通信行業的快速發展，移動通信網絡（蜂窩通信網絡）由2G（第二代通信技術）向5G（第五代通信技術）演進，2020年中國即將實現5G商用。國內移動通信已經全面構建了以IP為基礎的蜂窩通信網絡，從而促進移動互聯網的進步。

4G的普及使得移動互聯網的網絡帶寬和速率有了顯著的提高，極大地提升了用戶終端設備的上網體驗，但至今4G的流量費用依然居高不下，很大程度上也限制了用戶端大流量業務的開展。

因此，僅憑蜂窩技術的發展已難以滿足龐大用戶群體對數據業務的需求，與4G及5G同屬寬帶無線接入技術的WLAN（Wireless Local AreaNetworks，無線局域網絡），以其低成本、高速率、可實現快速部署等優勢，成為各個電信運營商融合組網的重要方式。WLAN技術與傳統有線網絡相比，讓網絡更加自由化，讓網絡建設更加經濟，讓通信更加便利，讓工作更高效。

近年來，WLAN技術已逐漸成為終端產品的標準功能配置，成為承載網絡流量的主要方式之一，極大地促進了手機互聯網應用的發展，“手機直播”正是在這個技術和時代背景下產生的一個新的社會“現象”，同時也成為廣電行業“全媒體融合”的新途徑。下面以五維鳳凰園區演播室的網絡建設為例，探索通過采用WLAN技術，實現各演播室間互聯。

2園區網絡總體設計

2.1園區環境

五維鳳凰整個園區可分為A、B兩個區域，如圖1所示，共分6個部分：

A區包括一棟三層綜合樓A座（1層、2層為劇組化妝間，3層為辦公區），1號演播廳（2600m²）。

B區包括一棟三層綜合樓B座（每層都為劇組化妝間），2號演播廳（1300m²），3號演播廳（1300m²）。

2.2網絡總體規劃

全媒體演播廳后期的服務對象主要是廣電系統的電視臺及互聯網視頻平臺。

園區主線為聯通專線，同時還設有電信、移動，有三家網絡運營商可供選擇，專線光纜接入核心機房，且互為備份線路，每路最大帶寬可升至1Gb/s，為客戶提供多種運營商及帶寬選擇，并可按天計費。聯通/電信網接入園區的專線網，帶寬為100Mb/s，上下行速率1：1，可隨時增加帶寬。

園區專線網絡以大二層為部署原則，各類下行終端網關全部部署在核心S7700-CSSJ：2，接入、匯聚交換機均為二層透傳;因網絡為樹形結構，且核心、匯聚交換機均采用堆疊方式，故不存在二層環路。S7700-CSS網上部署動態路由協議OSPF（Open Shortest Pass First，開放最短路徑優先協議），減少路由維護工作量?；ヂ摼W出口使用靜態路由方式部署，并在出口設備的OSPF協議內下發缺省路由引導上行流量。AC（接入控制器）與AP（接入點）之間采用直接轉發模式。上網短信認證和行為管理設備串聯在USG防火墻和核心交換機之間。

為了保證互聯網絡的穩定性和可靠性，盡量減少園區網絡的節點數，接入網絡采用專線接入方式，并保證到達運營商骨干網絡跳數≤3跳。

2.3網絡拓撲結構

園區的網絡拓撲結構如圖2所示，兩臺USG6000防火墻作為全網的外網出口;兩臺$7700核心交換機組成CSS系統作為整個園區的核心&網關;$7700-CSS系統與數據中心出口防火墻USG6000W.聯，使園區各點與數據中心互通;各樓層部署匯聚交換機S5700-52C-EI，組成兩個端口綁定Eth-trunk分別互聯兩臺$7700;各樓層部署接入交換機S5700-52C-EI作為下行AP、PC、IP電話、視頻終端等終端的接入。

2.4VLAN（虛擬局域網）規劃

設備管理分為三層（網絡層）設備與二層（數據鏈路層）設備兩類來考慮。三層設備采用具有路由協議的設備，包括核心$7700、USG防火墻。二層設備采用具有二層透傳功能的設備，包括各樓層及演播廳室內外接入交換機、AP匯聚交換機，需要對每個樓層配置專門的VLAN（Virtual Local Area Network，虛擬局域網）管理，網關放在核心$7700上，各匯聚、接入交換機使用該VLAN下的地址（見表1），所有交換機透傳該VLAN。

2.5用戶管理及信息安全規劃

對于系統管理，設置上網短信認證和行為管理設備，對登陸園區網絡的用戶實行實名認證，并對上網行為進行監控，監控數據能夠保障30天的存儲量。

2.6WLAN的布點

2.6.1綜合樓內的覆蓋方案

對于A、B兩區的綜合樓內的AP（接入點），每層3個點，具體分布位置如圖3、圖4所示。

2.6.2室外覆蓋方案

對于整個園區的室外AP，分布位置如圖5所示。

2.6.3演播廳內覆蓋方案

在規劃演播廳內WLAN網絡時，首先考慮到的是滿足AP跟無線終端信號的交互，以及用戶可有效接入網絡。為保障Ap無線信號的有效覆蓋，對選擇Ap擺放位置與相關配置需遵循以下幾個原則：

（1）如果在一個大廳里只安裝一個AP，則盡量把AP安放在大廳的中央位置，而且最好是放置于大廳天花板上，如果同一空間安裝兩+AP，則可以放在兩個對角的位置;

（2）將穿過墻壁和天花板的信號數量限制在最小，WLAN信號能夠穿透墻壁和天花板，然而，信號的穿透損耗較大;

（3）考慮AP和覆蓋區域之間直線連接，注意AP的位置要盡量使信號能夠垂直地穿過墻壁或天花板;

（4）AP天線方向可調，安裝AP的位置應確保天線主波束方向正對覆蓋目標區域，保障良好的覆蓋效果。

2.6.3.1AP的選擇及參數

對于演播廳的AP選擇，考慮到人群密集對wiFi信號覆蓋影響，AP選用了APT110DN-AGN，并采用了主機加定向天線的吊裝方式，安裝方式如圖6所示。在設計上免去了傳統的供電布線，而是全部采用超六類網線PoE供電（Power over Ethernet，以太網供電）方式，支持2.4GHz&5GHz雙頻，單個AP最大發射功率為25dBm，雙頻模式下每個AP可支持60～80部終端設備，單個AP最大功率為15.7w，無線協議支持802.11a/b/g/n，最高速率支持900Mb/s。

2.6.3.22.4G&5G場強仿真及布點

1號演播廳舞臺區位于西側，觀眾區位于東側，2號、3號演播廳舞臺區位于南側，觀眾區位于北側，在AP的部署上以觀眾區為重點區域。

通過仿真（見圖7、圖8），1號演播廳內安裝10臺無線AP，預留點位10個，以便后期業務調整，如圖9所示;2.、3號演播廳內各安裝7臺無線AP，預留點位5個，如圖10所示。廳內各點場強均大于75dBm，滿足技術要求。因此，1號演播廳最大接入終端數量為600～800個，2、3號演播廳最大接入終端數量為420～560。

2.7網絡調優設計

當前，WLAN已成為承載網絡流量的主要方式之一，根據2013年Cisco發布的分析報告顯示，蜂窩網絡、有線接入和WLAN接入三種方式中，WLAN承載相當大的比例流量，2012年WLAN流量占比達到38.8%，2017年將與之有線相當，達到45.4%。

802.11ac作為IEEE無線技術的新標準，借鑒了802.11n的各種優點并進一步優化，除了最明顯的高吞吐量的特點外，可以很好地兼容802.11a/n的設備，同時還提升了多項用戶體驗。在802.11ac的網絡中，每個無線接入點可以接納更多的客戶端，為每個并行的業務流提供更多的帶寬，同時具有更低時延更省電的優點。

2.7.1調優2.4GHz/5GHz頻段

802.11ac有著更好的5GHz頻段體驗，不僅傳輸速率更快，支持的帶寬也更寬。因此在調優過程中，無線Ac端調整為優先連接終端的5GHz頻段，2.4GHz頻段的信號更強，當信號質量較差時動態調整為連接2-4GHz頻段。

2.7.2WLAN信號帶寬及信道調優

信道（channe1）是以無線電波信號作為傳輸媒體的數據信號傳送通道。在常用的

2.4GHz（2.4GHz～2.4835GHz）頻段上，將其劃分為11或13個信道，每個信道的帶寬為20MHz，圖11為13個信道的分布情況。

頻寬越大越容易失真，其中20MHZ在802.11n的情況下能達到144Mb/s帶寬，它穿透性較好，傳輸距離遠（約100m）;4JO IV[Hz在802.11n的情況下能達到300Mb/s帶寬，但穿透性稍差，傳輸距離近（約50m）。

由于多數的802.11n設備是為2.4GHz頻段設計，2.4GHz本身的可用信道較少，同時還有其他工作于2.4GHz頻段設備（例如藍牙、微波爐、無線監視攝像機等）的干擾，即使在雙空間流40MHz頻寬下其連接速率能達到300Mb/s，但是實際網絡環境中，由于相互的信道沖突等原因，其實際吞吐量并不高，用戶體驗差。802.11ac是專門為5GHz頻段設計，特有的射頻特點，能夠將現有的無線局域網的吞吐量提高到可以與有線千兆級網絡相媲美的程度。802.11n與802.11ac參數對比見表2。

傳統的WLAN系統中，AP和無線用戶通常只是各一根天線，采用802.11a/b/g協議傳輸，在信號的傳輸速率上最高達到54Mb/s，很難再提高速率。而隨著WLAN技術的普及和廣泛應用，用戶對大幅度提高無線通信速率的需求越來越強烈，802.11n協議中采用了MIMO（多輸入多輸出）多天線技術，WLAN的信號傳輸可以很容易地突破單天線所造成的速率瓶頸，滿足用戶對帶寬和信號質量的要求。

3網絡安全及帶寬預估

3.1網絡安全及優先級的管理

公共區域的上網安全問題，從不同的出發點可以分為，用戶和提供商，對于用戶來講，詐騙、扣費、強制安裝APP等多種形式的“流氓”行為，一直是用戶最關心的焦點;對于提供商來講，用戶發表的論壇言論，有關政治或者涉黃的內容是嚴禁的。如何避免諸如此類的上網安全以及用戶上網行為問題，是所有公共場上網所需要解決的一大問題，因此，網站鏈接及內容識別庫的建設顯得尤為重要。

為了保證園區上網安全，在用戶登錄認證方面，實現通過短信驗證碼登錄，用戶連接至網絡后自動彈出認證界面，用戶輸入自己的手機號，登錄密碼會以短信的方式發送至用戶的手機上，用戶填入驗證碼即可實現登錄園區網絡。

科學地管理上網行為不僅會讓接入網絡的用戶更為安全，也直接提高接入用戶的網絡質量，五維鳳凰前期的全網VLAN構架設計，針對不同的應用采用不同網段和時間段的控制，如圖12所示，在合理的時間占用合理的帶寬，使得后期的網絡行為管理效率更高。

五維鳳凰的網絡采用聯通/電信雙線接入的主備設計，OSPF策略路由的建立讓演播廳網絡和辦公網絡既可相對獨立，又能互助互利。對于上班時間的基礎性應用，如郵件系統、財務系統、OA系統等網絡優先級設置為高等級，設置總帶寬的60%來保證應用帶寬。而在下班時間，基礎應用的帶寬優先級將會降低，用于添加到演播廳無線網絡上，保障業務型應用的業務開展。

3.2帶寬預估

3.2.1WiFi移動終端直播帶寬預估

通過節目彩排期間對多終端后臺上行數據流量的采集，統計出主流直播平臺的上行帶寬占用情況，單終端（移動終端）的上行的最大帶寬為2.5Mb/s，最小帶寬為1Mb/s，為保障移動終端直播流暢，單終端上行的預估帶寬最低為2.5Mb/s，如圖13所示。

3.2.2專線推流直播帶寬預估

推流直播的帶寬大小取決于推流視頻碼率。視頻碼率就是數據傳輸時單位時間傳送的數據位數，基本的算法是：碼率（Kb/s）=文件大?。℅B）×1024×8/時間（s）。因為推流編碼還有音頻數據，為了直播過程中網絡更安全和暢通，一般情況下，直播上行帶寬建議是推流視頻碼率占用帶寬的2倍以上。

3.2.3觀眾網絡互動帶寬預估

觀眾的網絡互動形式一般為投票及彈幕，多以H5頁面方式呈現，觀眾通過點擊頁面或者留言發送彈幕的方式與現場嘉賓互動。隨著微信、直播平臺，社交APP的普及，越來越多的人在互動同時會拍攝大量的小視頻，這實際上是非?？简灳W絡的上行帶寬。因此，在觀眾互動的帶寬預估上，一般建議采用上下行1：1的專線網絡。

4應用案例分析

4.1《臥談會有趣》

（1）節目形式

《臥談會有趣》是由深圳衛視原創并制作播出的大學生觀點表達類電視綜藝秀。節目在五維鳳凰3號演播廳錄制，錄制過程中，除了舞臺上的主持人、嘉賓和選手之外，臺下還有100名網絡紅人通過手機進行現場直播，見圖14，粉絲參與實時在線互動，時段人氣最高的主播將代表粉絲發言表達觀點，最后根據票數高低決定臺上嘉賓辯論的勝負。

（2）網絡需求及設計

現場100名主播采用手機wiFi直播。

從現場的舞美布置圖可以看出，網絡主播所在的位置主要集中在北側，劇組工作人員主要集中在東北角和西北角。因此，在網絡的設計上要充分考慮業務的隔離。

在AP的部署上，將AP-CO1和AP-C06的SSID（ServiceSet Identifier，服務集標識）更改為，5VFH-Free不設置密碼，用于劇組工作人員錄制期間使用;并調整兩個AP位置，放置于東北角和西北角演播廳正上方，將AP-C02、AP-C03、AP-C04、AP-C05和AP-C07的SSID更改為5VFH-Studio B并設置獨立密碼，蜂窩形分布于主播座位席iEda方，用于網絡主播手機直播使用。

（3）網絡調優

通過第一場節目彩排對現場網紅問卷調查的結果顯示，百名網紅中有95人使用的是lOS平臺的iPhone作為手機直播設備。

為盡量避免AP之間的干擾，在調優的過程中，手動設置相鄰AP信道并交叉分布。由于iPhone采用802.1lac無線協議，具備MIMO（多輸入多輸出）技術，相比于802.11n設備，在同一時間里多條空間流只能發送給單個用戶來說，在802.11Qc網絡中，MIMO技術可以多個用戶同時進行接收。因此，在現場調優過程中，WLAN優先5G頻段的設備接入，保證設備的最佳性能。

4.2《年輕的選擇》——優酷十周年慶典

（1）節目形式

《年輕的選擇》是優酷網成立十周年暨品牌新LOGO發布儀式（見圖15）。為了迎合年輕人新的娛樂需求，優酷提供從看到玩的一站式文娛酷體驗，從單屏到多屏再到全屏無屏，從點播到點播+直播，從看視頻到玩視頻。

（2）網絡需求及設計

節目vR全景網絡直播，全媒體渠道與觀眾互動。

節目現場，位于舞臺中心位置，放置了一個VRE景攝像機，通過10Mb/s專線網絡連接服務器推流直播。同時，直播過程中，攝像機錄制的視頻通過獨立專線網絡同步上傳到百度云，優酷總部制作部第一時間即可下載視頻素材。

節目強調網絡互動特性，節目組通過現場WiFi連接移動終端和觸摸大屏，主持人實時瀏覽微博等社交平臺的話題，根據話題熱度與網友互動。

4.3《2017巔峰音樂會》——中央電視臺

（1）節目形式

《2017巔峰音樂會》是中央電視臺綜藝頻道的一檔音樂類季播節目，節目與CNTV中國網絡電視臺以及一直播、花椒等直播平臺合作，網友可以通過網絡平臺點播歌手演唱的歌曲，同時現場觀眾可與演唱者進行現場互動（見圖16）。

（2）網絡需求及設計

互聯網直播平臺同步直播，視頻投屏，并可進行網絡平臺投票、點播歌曲等實時互動。

節目內容通過央視網和第三方直播平臺同步直播，網友可以通過互聯網實時觀看。

節目現場大屏的一路信號源采用AirPlay協議接入現場WiFi，移動端互動的彈幕內容即可進入后臺，通過MrPlay傳輸給現場大屏，實現互動、投屏。

直播過程中，場外的觀眾可以通過直播平臺對節目演唱嘉賓的演唱歌曲進行投票，投票選出接下來要演唱的歌曲，增加了與網友的互動性。

5結語

五維鳳凰全媒體演播廳定制化WLAN傳輸方案，有靈活高效的帶寬計費方式，高速穩定的無線WiFi信號覆蓋，強大的終端接入能力，更高的帶寬接入能力，在很大程度上彌補了當下高密度人群場所蜂窩網絡連接終端數量不足、連接質量較差的問題。

隨著信息技術的發展，5G商用開始試運行。5G的發展既是機遇也是挑戰，但是對于全媒體演播廳而言，WLAN技術的高效本地部署能力，更強的密集場所的終端接入能力，以及更可靠安全的主備信息交換能力，仍是5G蜂窩網絡短時間不能完全替代的。因此，在5G完全適應全媒體演播廳信息交換的方式之前，WLAN技術在全媒體演播廳中仍是主流技術，當然隨著5G的發展，待技術成熟穩定之后，IT技術在演播室中的應用會越來越普遍和重要。