基于I-PON技術的廣電網絡IP化信號傳輸安全機制

唐寶琦，朱 堯

（中國廣電云南網絡有限公司曲靖市分公司，云南 曲靖 655000）

0 引 言

隨著智能信息處理技術的發展和媒體融合產業的迭代，越來越多的超清視頻、融合資源等需要完成遠距離、廣覆蓋、高精準的傳輸和接收，這對于依靠數字視頻廣播（Digital Video Broadcasting，DVB）網絡完成單向、有限頻點的安全傳輸而言，已經無法滿足日益激增的業務需求，更不能支撐海量數據傳輸的有效性[1]。因此，針對DVB廣電網絡進行IP化技術升級，對傳統傳輸機制進行架構改造和傳輸協議優化，才能夠實現融媒體時代對智慧廣電建設的要求。

1 廣電網絡IP化信號安全傳輸機制分析

1.1 傳輸機制分析

針對廣電網絡信號體制，利用I-PON技術實現有線電視網絡信號的IP化，需重點完成有線廣播與智慧網絡的一體融合。從技術特點上分析，I-PON技術可以基本保留傳統有線廣播電視信號傳輸的實現容易、維護簡單等優勢，又能夠較好地滿足業務端對于用戶需求激增帶來的寬帶信號傳輸、雙向信號準入以及多類數據融合等技術要求，完成雙光纖三波道部署設計。

本文通過應用智能信息處理技術，解決由需求激增帶來的IP化信號傳輸、雙向信號準入以及多類數據融合等技術難題，實現廣電網絡IP化信號傳輸安全性的極大提升。廣電網絡IP化信號安全傳輸機制原理如圖1所示。

圖1 廣電網絡IP化信號安全傳輸機制原理圖

從圖1可以看出，I-PON技術可以完成由互聯網、直播平臺等與核心數據中心之間的萬兆雙向視頻點播/基于開放互聯網的視頻服務（Video on Demand，VOD）/（Over The Top，OTT）數據推流，對于發送機數據鏈路終端（Data Link Terminal，DLT）、光線路終端（optical line terminal，OLT）均可以設計為獨立運行的業務終端，分別通過信號通道（IP廣播通道、G/EPON通道）實現光電信號轉化，完成傳輸前準備工作。通過分光器的IP路由功能，進入光纖分配網絡完成傳輸工作，此時終端設備可以通過全IP芯片接收機實現信號接收，完成發射端-接收端信號安全傳輸的閉環承載。該技術能夠有效解決頻點資源不足問題[2]。根據系統實測數據分析，信號傳輸過程中安全機制仍存在問題，可概括為如下兩個問題。

（1）信道占用率高，數據冗余。在傳輸控制協議（Transmission Control Protocol，TCP）框架下使用基于HTTP的自適應碼率流媒體傳輸機制（HTTP Live Streaming，HLS）來完成IP化超清視頻信號傳輸，將會極大地占用信道帶寬，極易造成安全播出事故發生。

（2）易受外界干擾，數據丟包。需要滿足在下行傳輸速率較高時上行報文準時送達，從而不會因操作超時導致視頻信號卡滯。

1.2 傳輸標準制定

業務標準：滿足用戶個性化定制實際需求，實現高效、安全傳輸，滿足8K、VR等超清視頻等海量數據傳輸要求。

技術標準：對接廣電智能運維系統建設使用，滿足自適應信號傳輸機制；落實安全播出機制，響應可持續發展戰略。

2 基于I-PON技術的IP化信號安全傳輸機制

2.1 解決信道占用現象

交換機出口速率V=10 Gb·s-1直接對應的是無源光網絡（Passive Optical Network，PON）口。考慮到設備的PON口數量較多，且每一個下聯口能夠帶入128組光纖用戶，而設備對接的上聯口實際需要滿足全部下行的實時數據流，此時場景可定義為：輸出線速度大于輸入各端口的總線速度和，基本可以解決數據丟包問題。但是考慮到實際用戶定制化需求量大，業務承載量多，導致數據冗余、信道占用現象，可能會造成一定程度上的丟包問題，即使使用重傳機制，也無法完全避免。因此，需要在傳輸安全機制上進行二次設計。

針對該類現象，擬采用基于I-PON技術的用戶數據報（User Datagram Protocol，UDP）協議，通過以點覆面、多路齊發的信號傳輸協議，實現IP化信號遠距高效傳輸[3]。傳輸系統框圖如圖2所示，采用優化的UDP傳輸協議，從干線傳輸網前置端口，從頂層邏輯準入接口處實現數據丟包重傳功能。

圖2 基于I-PON技術的廣電網絡IP化信號傳輸系統框圖

2.2 解決數據丟包問題

對于廣電網絡IP化信號傳輸機制，為了提高傳輸效率，設計時采用發送端前置策略[4]，即使用不同類別的數據碼元傳輸速率對接交互式信號傳輸路由裝置進行轉換和匯聚，尤其是分別來自編解碼器、轉換器以及自適應調制解調器、數據承載服務器等不同數據碼元，如圖3所示。

由圖3可以看出，通過解碼器、視頻服務器等信號流入，按照碼元順序進行自適應排列后，通過交互式信號傳輸路由裝置（交換機）可以實現出口速率達V=10 Gb·s-1，即使發送端全部信道接口處于滿載狀態，只要在某一時刻發送端發射信號時間Ts小于接收來自交換機信號的時間Tr[5]，即滿足Ts

圖3 響應平臺前置結構示意圖

因此，在信號傳輸安全機制上，利用I-PON技術完成光纖入戶，并且通過雙光纖三波道的設計[6]，既可以保留傳統的廣電信號通路，還可以實現網絡信號與數字信號的獨立性、正交性，電視節目安全播出能夠得到極大保證，符合智慧臺站建設的主體要求。

3 結 語

為了有效解決廣電網絡IP化信號傳輸的潛在風險，本文通過I-PON技術應用，優化了UDP傳輸協議，調整了傳輸安全機制，解決了信道傳輸不冗余、數據傳輸不丟包的問題，使得I-PON技術應用真正滿足系統建設要求。