IP直播网络建设技术分析

2022-03-21版权声明我要投稿

  随着IP技术的产业化规模日益壮大,基于IP的视频传输技术趋于成熟,物联网、5G、Wi Fi6、IPv6等新一代信息技术无一不与IP技术紧密结合,特别是采用IP组播技术,即使用户数量成倍增长,主干网络流量也不会随之增加,为打造“智慧广电”,IP化转型升级是创新发展的必由之路。更是为广电开展直播业务IP化提供了先决条件。

1 建设方案

  本项目预计在城域网上,划分直播、互动、宽带三个网络平面,其中直播网与其他网络逻辑隔离。此次直播网将建成一张独立的物理专网。直播专网建成一张专用的组播网,网络只允许组播信令跟流量通过,禁用非组播信令及流量。本次IP直播网建设将支持传输现网已有的所有直播节目,约1.8G。网络设计充分考虑日后直播节目流量增加的情形,预计达到3.6G。本次项目含两台网闸系统(省公司统建),省公司IP信号源主备路,灾备信号,本地信号经过网闸系统切换后,输出到IP直播网核心交换机上,各个分前端采用汇聚交换机接入至核心交换机中,汇聚交换机将下接接入网设备,将直播信号(组播)传至用户处。

2 信源接收层网络设计

  2.1 组播信源接入

  从省中心到地市中心采用双组播流的备份方式,主、备两路组播流传输到地市中心,同时有一路佛山灾备信源从省干下传到地市。

  省中心主、备交换机输出不同组播源地址、不同组播组地址的组播流。地市信源接收交换机共接收四路信源,其中两路省干主备信源,一路佛山灾备信源以及一路地市本地信源。其中本地信源包含重点安播节目、本地节目、插播节目。

  地市信源接收交换机启用PIM协议,与网闸进行交叉连接。网闸设备主要实现组播信号的备份与切换,并对上下层网络进行安全隔离。网闸设备上联地市信源接收交换机,接收四路信源的组播信号,并通过切换输出两路同源同组的组播信号。

  2.2 本地信号回传链路

  目前本地信号回传经过互动的核心,后续IP化直播后,本地信源全部割接至本地接收交换机,通过本地接收交换机回传给省中心,同时也下传给本地网闸。

  2.3 核心层网络设计

  核心层是地市组播分发核心,因此要求具备高可靠性、快速路由交换能力以及冗余备份能力。核心层部署两台高性能交换机,根据需求选择异地主备冗余方式或本地虚拟化方式部署,地市可根据链路资源情况决定部署方式。

  一般情况下,若地市分前端上联链路基本汇聚到一个机房(如中心机房),宜采取本地虚拟化方式部署;若地市分前端上联链路按双归属设计,则应选择异地主备冗余方式部署。

  2.3.1 本地虚拟化方式

  如图1所示,两台核心交换机利用网络虚拟化技术虚拟成一台交换机,部署于地市核心机房,并分别与主备网闸连接,主备网闸同时向核心交换机全量推送组播流。核心交换机的环回口Loop Back0根据规划配置IP地址,作为地市直播网络的组播汇聚点(RP)。

  核心交换机采用Smart Link/Flex Link技术,使两个端口形成主备关系只有一个端口处于转发(ACTIVE)状态,另一个端口被阻塞,处于待命(STANDBY)状态,确保同一时刻核心交换机只接收到一份组播流,避免冲突。

  2.3.2 异地主备冗余方式

  如图2所示,两台核心交换机分别部署于两个不同的前端机房,并分别与主备网闸连接,主备网闸同时向两台核心交换机全量推送组播流。两台核心交换机的环回口Loop Back0根据规划配置相同的IP地址,作为地市直播网络的组播汇聚点(RP)。

  核心交换机采用Smart Link/Flex Link技术,使两个端口形成主备关系只有一个端口处于转发(ACTIVE)状态,另一个端口被阻塞,处于待命(STANDBY)状态,确保同一时刻核心交换机只接收到一份组播流,避免冲突。

  2.4 汇聚层网络设计

  IP直播城域网汇聚层网络设备主要包括地市分前端汇聚交换机、县区核心交换机、县区分前端汇聚交换机。

  在地市分前端所承载的全IP业务在册用户不超过1万时部署一台直播汇聚交换机,超过1万时须按双机热备方式进行部署。分前端所承载的全IP业务在册用户小于2000时,应共用分前端互动交换机承载IP直播业务,不单独部署分前端直播汇聚交换机。

  汇聚层上联均采用三层接口,启用PIM-SM协议;接入层设备接入汇聚层设备,统一使用VLAN86。

  根据核心交换机部署方式不同,汇聚层网络设计方案有所区别。

  2.4.1 汇聚层部署方式1(核心虚拟化)

  地市分前端汇聚交换机一般部署两台,利用网络虚拟化技术虚拟成一台,与核心交换机建立PIM邻居,并静态指定组播汇聚点(RP)地址。

  在地市核心交换机采用虚拟化部署方式时,汇聚交换机与核心交换机互联部署两条或两条以上物理链路,并启用链路聚合(Link Aggregation),实现汇聚网络的高可用。

  2.4.2 汇聚层部署方式2(核心主备冗余)

  如图3、图4所示,用户数超过1万户的地市分前端汇聚交换机一般部署两台,利用网络虚拟化技术虚拟成一台,分别与主备核心交换机建立PIM邻居,并静态指定组播汇聚点(RP)地址。

  同时,汇聚交换机启用追踪(Track)功能监控核心上联端口状态,结合静态路由联动,通过浮动路由进行组播选路,当主路组播流路径发生故障,路由消失,自动切换至备路输出。

  Track+静态路由联动可达到秒级的主备链路切换保护;若交换机支持双向转发检测(BFD)技术,则优先选择BFD+Track+静态路由联动,可使主备链路切换速度提高至毫秒级。

  2.5 接入层网络设计

  接入层主要是为各种业务提供接入服务,主要设备包括EPON OLT以及GPON OLT等。接入层设备建议具备万兆上联的能力,为网络提供高带宽的业务承载能力。

  OLT设备采用IGMPV2协议,启用IGMP proxy功能,作为接入网络组播复制点,可有效节省OLT之上的网络带宽占用,并且避免大量IGMP报文对上层设备造成冲击。同时,建议在OLT上配置静态组播,预先加入全部组播组,提高频道切换响应速度。

  ONU默认启用IGMP Snooping协议,通过建立二层的组播转发表控制组播数据报文转发。

  随着IP技术的产业化规模日益壮大,以及公司“光纤到户”进程的不断加快,为促进公司全面技术转型及技术储备,降低“光纤到户”地区开展数字电视业务的网络改造成本及终端成本,公司已启动IP端到端项目并在广州、惠州、珠海开展试点。目前,试点项目进行顺利,也取得了一定的平台、网络、终端建设运维经验。

作者:郭煜辉 单位:广东省广播电视网络有限公司梅州分公司

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