IP直播網(wǎng)絡(luò)建設(shè)技術(shù)的探討

廣東省廣播電視網(wǎng)絡(luò)有限公司梅州分公司 郭煜輝

隨著IP技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模日益壯大，基于IP的視頻傳輸技術(shù)趨于成熟，物聯(lián)網(wǎng)、5G、WiFi6、IPv6等新一代信息技術(shù)無一不與IP技術(shù)緊密結(jié)合，特別是采用IP組播技術(shù)，即使用戶數(shù)量成倍增長，主干網(wǎng)絡(luò)流量也不會(huì)隨之增加，為打造“智慧廣電”，IP化轉(zhuǎn)型升級(jí)是創(chuàng)新發(fā)展的必由之路。更是為廣電開展直播業(yè)務(wù)IP化提供了先決條件。

1 建設(shè)方案

本項(xiàng)目預(yù)計(jì)在城域網(wǎng)上，劃分直播、互動(dòng)、寬帶三個(gè)網(wǎng)絡(luò)平面，其中直播網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)邏輯隔離。此次直播網(wǎng)將建成一張獨(dú)立的物理專網(wǎng)。直播專網(wǎng)建成一張專用的組播網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)建設(shè)將支持傳輸現(xiàn)網(wǎng)已有的所有直播節(jié)目，約1.8G。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)充分考慮日后直播節(jié)目流量增加的情形，預(yù)計(jì)達(dá)到3.6G。本次項(xiàng)目含兩臺(tái)網(wǎng)閘系統(tǒng)（省公司統(tǒng)建），省公司IP信號(hào)源主備路，災(zāi)備信號(hào)，本地信號(hào)經(jīng)過網(wǎng)閘系統(tǒng)切換后，輸出到IP直播網(wǎng)核心交換機(jī)上，各個(gè)分前端采用匯聚交換機(jī)接入至核心交換機(jī)中，匯聚交換機(jī)將下接接入網(wǎng)設(shè)備，將直播信號(hào)（組播）傳至用戶處。

2 信源接收層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

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?shù)降厥兄行?，同時(shí)有一路佛山災(zāi)備信源從省干下傳到地市。

省中心主、備交換機(jī)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(jī)共接收四路信源，其中兩路省干主備信源，一路佛山災(zāi)備信源以及一路地市本地信源。其中本地信源包含重點(diǎn)安播節(jié)目、本地節(jié)目、插播節(jié)目。

地市信源接收交換機(jī)啟用PIM協(xié)議，與網(wǎng)閘進(jìn)行交叉連接。網(wǎng)閘設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)組播信號(hào)的備份與切換，并對(duì)上下層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全隔離。網(wǎng)閘設(shè)備上聯(lián)地市信源接收交換機(jī)，接收四路信源的組播信號(hào)，并通過切換輸出兩路同源同組的組播信號(hào)。

2.2 本地信號(hào)回傳鏈路

目前本地信號(hào)回傳經(jīng)過互動(dòng)的核心，后續(xù)IP化直播后，本地信源全部割接至本地接收交換機(jī)，通過本地接收交換機(jī)回傳給省中心，同時(shí)也下傳給本地網(wǎng)閘。

2.3 核心層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

核心層是地市組播分發(fā)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(tái)高性能交換機(jī)，根據(jù)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(jù)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(lián)鏈路基本匯聚到一個(gè)機(jī)房（如中心機(jī)房），宜采取本地虛擬化方式部署；若地市分前端上聯(lián)鏈路按雙歸屬設(shè)計(jì)，則應(yīng)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(tái)核心交換機(jī)利用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)虛擬成一臺(tái)交換機(jī)，部署于地市核心機(jī)房，并分別與主備網(wǎng)閘連接，主備網(wǎng)閘同時(shí)向核心交換機(jī)全量推送組播流。核心交換機(jī)的環(huán)回口LoopBack0根據(jù)規(guī)劃配置IP地址，作為地市直播網(wǎng)絡(luò)的組播匯聚點(diǎn)（RP）。

圖1 本地虛擬化方式

核心交換機(jī)采用Smart Link /Flex Link技術(shù)，使兩個(gè)端口形成主備關(guān)系只有一個(gè)端口處于轉(zhuǎn)發(fā)（ACTIVE）狀態(tài)，另一個(gè)端口被阻塞，處于待命（STANDBY）狀態(tài)，確保同一時(shí)刻核心交換機(jī)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(tái)核心交換機(jī)分別部署于兩個(gè)不同的前端機(jī)房，并分別與主備網(wǎng)閘連接，主備網(wǎng)閘同時(shí)向兩臺(tái)核心交換機(jī)全量推送組播流。兩臺(tái)核心交換機(jī)的環(huán)回口LoopBack0根據(jù)規(guī)劃配置相同的IP地址，作為地市直播網(wǎng)絡(luò)的組播匯聚點(diǎn)（RP）。

圖2 異地主備冗余方式

核心交換機(jī)采用Smart Link /Flex Link技術(shù)，使兩個(gè)端口形成主備關(guān)系只有一個(gè)端口處于轉(zhuǎn)發(fā)（ACTIVE）狀態(tài)，另一個(gè)端口被阻塞，處于待命（STANDBY）狀態(tài)，確保同一時(shí)刻核心交換機(jī)只接收到一份組播流，避免沖突。

2.4 匯聚層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

IP直播城域網(wǎng)匯聚層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要包括地市分前端匯聚交換機(jī)、縣區(qū)核心交換機(jī)、縣區(qū)分前端匯聚交換機(jī)。

在地市分前端所承載的全I(xiàn)P業(yè)務(wù)在冊(cè)用戶不超過1萬時(shí)部署一臺(tái)直播匯聚交換機(jī)，超過1萬時(shí)須按雙機(jī)熱備方式進(jìn)行部署。分前端所承載的全I(xiàn)P業(yè)務(wù)在冊(cè)用戶小于2000時(shí)，應(yīng)共用分前端互動(dòng)交換機(jī)承載IP直播業(yè)務(wù)，不單獨(dú)部署分前端直播匯聚交換機(jī)。

匯聚層上聯(lián)均采用三層接口，啟用PIM-SM協(xié)議；接入層設(shè)備接入?yún)R聚層設(shè)備，統(tǒng)一使用VLAN86。

根據(jù)核心交換機(jī)部署方式不同，匯聚層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案有所區(qū)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(jī)一般部署兩臺(tái)，利用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)虛擬成一臺(tái)，與核心交換機(jī)建立PIM鄰居，并靜態(tài)指定組播匯聚點(diǎn)（RP）地址。

在地市核心交換機(jī)采用虛擬化部署方式時(shí)，匯聚交換機(jī)與核心交換機(jī)互聯(lián)部署兩條或兩條以上物理鏈路，并啟用鏈路聚合（Link Aggregation），實(shí)現(xiàn)匯聚網(wǎng)絡(luò)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(shù)超過1萬戶的地市分前端匯聚交換機(jī)一般部署兩臺(tái)，利用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)虛擬成一臺(tái)，分別與主備核心交換機(jī)建立PIM鄰居，并靜態(tài)指定組播匯聚點(diǎn)（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(shí)，匯聚交換機(jī)啟用追蹤（Track）功能監(jiān)控核心上聯(lián)端口狀態(tài)，結(jié)合靜態(tài)路由聯(lián)動(dòng)，通過浮動(dòng)路由進(jìn)行組播選路，當(dāng)主路組播流路徑發(fā)生故障，路由消失，自動(dòng)切換至備路輸出。

Track+靜態(tài)路由聯(lián)動(dòng)可達(dá)到秒級(jí)的主備鏈路切換保護(hù)；若交換機(jī)支持雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）技術(shù)，則優(yōu)先選擇BFD+Track+靜態(tài)路由聯(lián)動(dòng)，可使主備鏈路切換速度提高至毫秒級(jí)。

2.5 接入層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

接入層主要是為各種業(yè)務(wù)提供接入服務(wù)，主要設(shè)備包括EPON OLT以及GPON OLT等。接入層設(shè)備建議具備萬兆上聯(lián)的能力，為網(wǎng)絡(luò)提供高帶寬的業(yè)務(wù)承載能力。

OLT設(shè)備采用IGMPV2協(xié)議，啟用IGMP proxy功能，作為接入網(wǎng)絡(luò)組播復(fù)制點(diǎn)，可有效節(jié)省OLT之上的網(wǎng)絡(luò)帶寬占用，并且避免大量IGMP報(bào)文對(duì)上層設(shè)備造成沖擊。同時(shí)，建議在OLT上配置靜態(tài)組播，預(yù)先加入全部組播組，提高頻道切換響應(yīng)速度。

ONU默認(rèn)啟用IGMP Snooping協(xié)議，通過建立二層的組播轉(zhuǎn)發(fā)表控制組播數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)。

隨著IP技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模日益壯大，以及公司“光纖到戶”進(jìn)程的不斷加快，為促進(jìn)公司全面技術(shù)轉(zhuǎn)型及技術(shù)儲(chǔ)備，降低“光纖到戶”地區(qū)開展數(shù)字電視業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)改造成本及終端成本，公司已啟動(dòng)IP端到端項(xiàng)目并在廣州、惠州、珠海開展試點(diǎn)。目前，試點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行順利，也取得了一定的平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)、終端建設(shè)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)。