IP直播網絡建設技術的探討

廣東省廣播電視網絡有限公司梅州分公司 郭煜輝

隨著IP技術的產業化規模日益壯大，基于IP的視頻傳輸技術趨于成熟，物聯網、5G、WiFi6、IPv6等新一代信息技術無一不與IP技術緊密結合，特別是采用IP組播技術，即使用戶數量成倍增長，主干網絡流量也不會隨之增加，為打造“智慧廣電”，IP化轉型升級是創新發展的必由之路。更是為廣電開展直播業務IP化提供了先決條件。

1 建設方案

本項目預計在城域網上，劃分直播、互動、寬帶三個網絡平面，其中直播網與其他網絡邏輯隔離。此次直播網將建成一張獨立的物理專網。直播專網建成一張專用的組播網，網絡只允許組播信令跟流量通過，禁用非組播信令及流量。本次IP直播網建設將支持傳輸現網已有的所有直播節目，約1.8G。網絡設計充分考慮日后直播節目流量增加的情形，預計達到3.6G。本次項目含兩臺網閘系統（省公司統建），省公司IP信號源主備路，災備信號，本地信號經過網閘系統切換后，輸出到IP直播網核心交換機上，各個分前端采用匯聚交換機接入至核心交換機中，匯聚交換機將下接接入網設備，將直播信號（組播）傳至用戶處。

2 信源接收層網絡設計

2.1 組播信源接入

從省中心到地市中心采用雙組播流的備份方式，主、備兩路組播流傳輸到地市中心，同時有一路佛山災備信源從省干下傳到地市。

省中心主、備交換機輸出不同組播源地址、不同組播組地址的組播流。地市信源接收交換機共接收四路信源，其中兩路省干主備信源，一路佛山災備信源以及一路地市本地信源。其中本地信源包含重點安播節目、本地節目、插播節目。

地市信源接收交換機啟用PIM協議，與網閘進行交叉連接。網閘設備主要實現組播信號的備份與切換，并對上下層網絡進行安全隔離。網閘設備上聯地市信源接收交換機，接收四路信源的組播信號，并通過切換輸出兩路同源同組的組播信號。

2.2 本地信號回傳鏈路

目前本地信號回傳經過互動的核心，后續IP化直播后，本地信源全部割接至本地接收交換機，通過本地接收交換機回傳給省中心，同時也下傳給本地網閘。

2.3 核心層網絡設計

核心層是地市組播分發核心，因此要求具備高可靠性、快速路由交換能力以及冗余備份能力。核心層部署兩臺高性能交換機，根據需求選擇異地主備冗余方式或本地虛擬化方式部署，地市可根據鏈路資源情況決定部署方式。

一般情況下，若地市分前端上聯鏈路基本匯聚到一個機房（如中心機房），宜采取本地虛擬化方式部署；若地市分前端上聯鏈路按雙歸屬設計，則應選擇異地主備冗余方式部署。

2.3.1 本地虛擬化方式

如圖1所示，兩臺核心交換機利用網絡虛擬化技術虛擬成一臺交換機，部署于地市核心機房，并分別與主備網閘連接，主備網閘同時向核心交換機全量推送組播流。核心交換機的環回口LoopBack0根據規劃配置IP地址，作為地市直播網絡的組播匯聚點（RP）。

圖1 本地虛擬化方式

核心交換機采用Smart Link /Flex Link技術，使兩個端口形成主備關系只有一個端口處于轉發（ACTIVE）狀態，另一個端口被阻塞，處于待命（STANDBY）狀態，確保同一時刻核心交換機只接收到一份組播流，避免沖突。

2.3.2 異地主備冗余方式

如圖2所示，兩臺核心交換機分別部署于兩個不同的前端機房，并分別與主備網閘連接，主備網閘同時向兩臺核心交換機全量推送組播流。兩臺核心交換機的環回口LoopBack0根據規劃配置相同的IP地址，作為地市直播網絡的組播匯聚點（RP）。

圖2 異地主備冗余方式

核心交換機采用Smart Link /Flex Link技術，使兩個端口形成主備關系只有一個端口處于轉發（ACTIVE）狀態，另一個端口被阻塞，處于待命（STANDBY）狀態，確保同一時刻核心交換機只接收到一份組播流，避免沖突。

2.4 匯聚層網絡設計

IP直播城域網匯聚層網絡設備主要包括地市分前端匯聚交換機、縣區核心交換機、縣區分前端匯聚交換機。

在地市分前端所承載的全IP業務在冊用戶不超過1萬時部署一臺直播匯聚交換機，超過1萬時須按雙機熱備方式進行部署。分前端所承載的全IP業務在冊用戶小于2000時，應共用分前端互動交換機承載IP直播業務，不單獨部署分前端直播匯聚交換機。

匯聚層上聯均采用三層接口，啟用PIM-SM協議；接入層設備接入匯聚層設備，統一使用VLAN86。

根據核心交換機部署方式不同，匯聚層網絡設計方案有所區別。

2.4.1 匯聚層部署方式1（核心虛擬化）

地市分前端匯聚交換機一般部署兩臺，利用網絡虛擬化技術虛擬成一臺，與核心交換機建立PIM鄰居，并靜態指定組播匯聚點（RP）地址。

在地市核心交換機采用虛擬化部署方式時，匯聚交換機與核心交換機互聯部署兩條或兩條以上物理鏈路，并啟用鏈路聚合（Link Aggregation），實現匯聚網絡的高可用。

2.4.2 匯聚層部署方式2（核心主備冗余）

如圖3、圖4所示，用戶數超過1萬戶的地市分前端匯聚交換機一般部署兩臺，利用網絡虛擬化技術虛擬成一臺，分別與主備核心交換機建立PIM鄰居，并靜態指定組播匯聚點（RP）地址。

圖3 匯聚層部署方式1（核心虛擬化）

圖4 匯聚層部署方式2（核心主備冗余）

同時，匯聚交換機啟用追蹤（Track）功能監控核心上聯端口狀態，結合靜態路由聯動，通過浮動路由進行組播選路，當主路組播流路徑發生故障，路由消失，自動切換至備路輸出。

Track+靜態路由聯動可達到秒級的主備鏈路切換保護；若交換機支持雙向轉發檢測（BFD）技術，則優先選擇BFD+Track+靜態路由聯動，可使主備鏈路切換速度提高至毫秒級。

2.5 接入層網絡設計

接入層主要是為各種業務提供接入服務，主要設備包括EPON OLT以及GPON OLT等。接入層設備建議具備萬兆上聯的能力，為網絡提供高帶寬的業務承載能力。

OLT設備采用IGMPV2協議，啟用IGMP proxy功能，作為接入網絡組播復制點，可有效節省OLT之上的網絡帶寬占用，并且避免大量IGMP報文對上層設備造成沖擊。同時，建議在OLT上配置靜態組播，預先加入全部組播組，提高頻道切換響應速度。

ONU默認啟用IGMP Snooping協議，通過建立二層的組播轉發表控制組播數據報文轉發。

隨著IP技術的產業化規模日益壯大，以及公司“光纖到戶”進程的不斷加快，為促進公司全面技術轉型及技術儲備，降低“光纖到戶”地區開展數字電視業務的網絡改造成本及終端成本，公司已啟動IP端到端項目并在廣州、惠州、珠海開展試點。目前，試點項目進行順利，也取得了一定的平臺、網絡、終端建設運維經驗。