宽带互动电视业务的网络建设探讨

徐 冉

（广州珠江数码集团有限公司，广东 广州 510010）

随着网络技术、数字技术、多媒体技术的高速发展，广播电视网络开始向宽带通信网、数字电视网、下一代互联网不断演进，全国各地广电运营商已实施了数字电视整体转换工作，完成了从模拟时代向数字时代的飞跃。在技术革新和市场发展的推进下，用户的电视收视习惯也在转变——由被动收看转向自主选择，高清点播，直播节目回看时移，并逐步习惯以电视机终端为平台尝试各类多媒体综合信息服务，这种人机互动交流的电视使用形式已经成为趋势，互动电视已成为数字电视发展的必然方向[1-4]。

目前，各地广电运营商已经开始了互动电视建设运营的探讨，个别城市已经全面推广。广州珠江数码集团有限公司作为广州地区的有线电视网络运营商，已经明确把宽带互动电视定位为未来的主营业务，从今年开始全面启动互动电视业务。本文通过分析互动用户的数据分析，结合有线电视网络的现状，搭建网络建设模型，对适合宽带互动发展的网络建设展开讨论。

1 互动网络环境概况

在互动网络建设中，系统平台搭建为网络的核心要素，也是各地互动发展的首要工作。珠江数码与微软公司合作，建立了基于Mediaroom的互动电视平台，该平台使用通用硬件设备，包含190台服务器和媒资存储设备，50台视频编码器和各类视频处理设备。互动平台根据广州实际情况开发集成业务，再通过IP网络进行分发，以实现交互式数字电视服务，给用户提供多种高质量业务服务。

互动的流媒体业务包含节目时移、回看、点播和各类应用。这些数据通过城域网传输到各分前端，通过本地CMTS按用户需求分发到各机顶盒。2011年底平台性能已支持高清互动用户数250 000上线使用。目前系统已经提供高清直播频道19套、标清直播频道90套的直播服务、45套节目4 h时移及72 h频道回看服务。在流媒体并发支持能力上，时移服务器可支持45 Gbit/s的推流带宽，回看系统可支持40 Gbit/s的推流带宽，VOD系统可支持20 Gbit/s的推流带宽。

在互动电视中，直播节目采用了组播的模式，目前采用DOCISIS 3.0的技术进行覆盖，全网采用了1台CMTS 3.0进行节目分发，设置了10个直播专用频点，直播流量以类似广播的型式，不占用各分前端的点播CMTS。整个互动平台的架构如图1所示。

2 用户行为分析

互动电视打破了传统的单向视频服务传输模式，以用户为主体，提供以用户为中心的多种交互性业务，如点播、时移和回看等。在双向数字网络传输中，各类交互性业务均单独占用网络资源，用户行为直接影响网络建设。

为更好地了解用户行为，笔者取样1.8万个互动电视用户，通过互动电视平台实施两个月数据采集，数据每半个小时提取一次，包含了用户数量、开机时间、收视内容、收视习惯、占用流量和出口负荷等内容，并从数据提炼分析，从用户开机率、户均占用带宽和开机并发率3个影响网络建设的主要因素入手。表1为某周在晚上10点高峰期的数据采样记录，具体数据和分析如表1所示。

表1 互动前端用户数据分析汇总表

2.1 用户开机率

互动电视用户在收看电视时，无论是直播或点播节目，均须先通过互动机顶盒连接系统平台，发出注册请求。开机用户可定义为当互动机顶盒在前端系统注册通过，并开始产生流量（可剔除待机状态）的用户。

从近两个月的数据来看，用户开机集中在每晚的8点至10点，每周日的晚上为收视高峰，两个月的平均开机率为44.79%，峰值为69.85%。该数据目前较为稳定，建议选择70%作为模型设计参考。

2.2 户均占用带宽

在互动平台中，直播节目采用了单台CMTS组播技术，不占用带宽资源，户均占用带宽主要是指用户点播，其中主要是视频点播。从数据来看，影响户均占用带宽的因素主要有两个，一个是点播节目本身的带宽占用，另外一个是用户使用的频率。

点播视频的压缩格式主要有MPEG-2和H.264两类，广州互动系统的电视节目采用H.264的格式，高清流为9 Mbit/s，标清流为3 Mbit/s；用户的使用频率受节目内容和价格的影响，在采样的互动平台中有高清直播电视节目19套（含1套3D频道），标清直播节目90套，其中45套节目支持4 h的时移和72 h的回看。系统已存储了10 000 h的标清节目，8 700 h的高清节目，每天保持3部以上的点播影片节目更新。

根据分析，由表1可以得出最高峰值的户均独占带宽为4 Mbit/s，考虑到高清点播节目的逐步增加，户均带宽也会随之提升，建议在目前的用户习惯下，每户分配5 Mbit/s，作为模型设计参考。

2.3 开机并发率

并发率即在线用户同时点播的机率，从表1的互动平台的出口流量数据分析，全网的并发率平均值为10%。在今年的1月份，珠江数码实施了在网互动用户全免费试看的推广，在2月份恢复正常收费，为此，笔者选择了一个用户集中的光机进行两个月的数据对比，详见表2。

表2 互动某前端在线用户并发率分析表

可见开机并发率和市场策略关系密切，免费时的并发率为收费时的2倍。在特殊的重大节日期间，用户对电视的关注也会使得并发率提升。考虑到用户习惯的改变、市场策略的调整，建议选择正常推广时期接近峰值数据30%作为模型设计参考。对于特殊高峰期的处理，互动平台可采用基于PCMM的QoS保障，但系统端口达负荷时，用户在新增点播时会收到端口拥塞提示，可稍后再试，不影响在线用户的体验。

在明晰以上3个数据的基础上，可以通过调配前端出口资源的配置，选择不同的模型满足市场部门提高互动业务报装渗透率需求，同时配合市场发展，结合网络监控，对整体网络建设及升级改造进行调整。

3 互动网络建设方案

互动用户的全面发展，首先要立足于网络的现状，合理利用现有网络资源，通过升级改造来适合互动发展。其次是合理规划新建网络，放眼未来，光进铜退。以广州为例，城区内已基本实现了CMTS技术的双向覆盖，并以每年10万户的新增速度在新建网络，对于互动电视的发展，应采取不同的建网模式。结合HFC网络特征以及数据分析，对宽带互动网络建设提出如下建议。

3.1 基于CMTS网络改造建设模型

在Cable的网络中，CMTS接入技术一直在引领业界发展，目前已进入DOCSIS V3.0，DOCSIS 3.0的最大特点是数据传输功能增强，其中包含了上下行多个信道捆绑，具备了可直接与FTTH竞争的宽带水平。新一代的标准DOCSIS 4.0已在讨论中，扩大带宽仍将是趋势。在全国各地的有线电视网络中，同轴电缆仍是目前信号传输的承载主体，需充分发掘利用，CMTS是最佳的选择之一。

3.1.1 直播节目在HFC网络中采用了组播的模式

采用CMTS技术来实现节目传输，直播信号传输是一个关键点和难题。在一般的网络配置中，直播信号需通过部署在分前端的CMTS来实现，这样不仅暂用资源，还需投入大量的直播CMTS，经研究可采用直播独立CMTS部署方式，如图2所示。

CMTS处理如下：

1）Tuner1运行DOCSIS，连接到CMTS网络；

2）Tuner2实现直播业务传送，建立Frequency_Table文件；

3）Tuner1与CMTS的连接丢失，CM继续通过Tuner2提供直播业务。

CM上线时从TFTP上下载组播IP与频率的对应表，采用如下步骤：

1）CM收到组播请求，把组播请求里的IP与对应表的IP进行匹配查询；

2）CM通过匹配查询找到组播IP对应的频率；3）CM的Tuner跳频到对应的频率上。

3.1.2 原有网络的升级改造模型

多数城市的有线电视网已采用了CMTS技术改造，并把光机覆盖用户降低至400户或200户。互动CMTS网络改造的主要原则是分步实施，并根据用户发展来调整模型，结合上述开机率、并发率及户均带宽等关键技术参考指标，并根据市场提供的推广区域和渗透计划，建立部署模型。

模型的基础条件为：1个光发射机覆盖4个光站，每个光站覆盖用户400户，1个光发射机覆盖用户约1 600户。

模型1：1个发射机对应4个光站，共用8个CMTS下行频点，可满足渗透率21%互动用户覆盖，该模型适用早期广覆盖用户区域的升级和未实施互动覆盖区域的改造（见图3）。

模型2：在模型1基础上扩容，1个发射机对应4个光站，共用16个CMTS下行频点（见图4）。较模型1增加了8个频点，原因是在双向覆盖优质楼盘中，通过近几年的网改和升级，已全面使用860 MHz或1 GHz的设备，可在750 MHz至860 MHz/1 GHz频段内追加8个频点，使这个模型在实际操作中频点资源的占用量与模型1相比扩充1倍。该模型主要用于重点发展区域或新建楼盘，对于模型1的下行端口流量超出70%时，开始升级割接至模型2。

模型3：在模型3基础上扩容，一个发射机对应2个光站，共用16个下行频点，该模型只适用于模型2的扩容，如图5所示。

3个模型在射频系统的建设上可以做到一步到位，表3为各个模型下可支持互动电视用户区域覆盖的渗透能力，具体模型搭建可根据市场发展和流量预警进行合理调整升级。

表3 模型渗透能力

3.2 基于光进铜退的新建网络模型

在中国下一代广播电视网的整体规划中，NGB的核心传输带宽将超过1 000 Mbit/s，保证每户接入带宽超过40 Mbit/s，可以提供高清晰度电视、数字视音频节目、高速数据接入和话音等三网融合的一站式服务，使电视机成为最基本、最便捷的信息终端。未来网络的争夺，高带宽将是第一步，在新建网络中，如何预留足够的带宽来面对未来竞争，光进铜退将会是较好的选择。

3.2.1 双线入户

这是一个光纤到楼层的方案，在最后30 m的接入网中，采用双线（同轴电缆和五类线）同时入户。技术体系采用EPON模式，无源光网采用1∶16的光分，每16户1个ONU。同轴网络部可延用原有建设模式，在集成RF接口的ONU全面降价后，可调整为从ONU取DVB信号。在此模式下，按照30%的数据并发，用户接入带宽可达13 Mbit/s，符合互动高清点播8 Mbit/s与宽带上网5 Mbit/s的带宽需求，系统结构如图6所示。

互动网络的具体方式如下：

1）前端配置。在分前端安装EPON的头端设备OLT，每个PON口覆盖网络其中一台光机，在OLT划分VLAN，采用2个VLAN来进行业务区分，一个VLAN承载一种业务，VLAN 10承载宽带业务，VLAN 20承载互动业务，OLT与ONU之间采用Trunk口，VLAN透传信号，承载宽带和互动业务（见图7）。

2）室外ONU配置。在楼放的位置部署16 FE口的ONU，ONU的上联口配置为VLAN Trunk模式，转发VLAN20（互动电视业务）和VLAN10（宽带业务），ONU启用IGMP Snooping功能，对组播流进行转发（见图8）。

3）室内设备配置。双线至用户家中，户内安装小型交换机（4口L2 Switch），Switch的Uplink口通过5类线连接到楼道ONU的FE口，配置为Trunk模式，转发VLAN 10与VLAN 20的数据报文。L2 Switch的FE1/FE2口连接STB，FE3/FE4口连接PC，配置为Access模式，转发VLAN 10和VLAN 20的报文，将VLAN标签剥离，STB过来的报文到达该FE口时，加上VLAN20的标签向上转发，同时开启交换机的IGMP Snooping功能，实现宽带和互动的捆绑（见图9）。

3.2.2 光纤到户

FTTH网络设计原则：在小区新建时，考虑新建接入机房，部署OLT设备，每16户一个光纤交接箱，采用集中分配的模式。在用户室内（一般在门后位置）安装集线器箱，内置220 V供电，用于安装ONU。ONU选用4口输出，室内布线采用集中分配的模式，每个终端同时敷设五类线和同轴电缆，对于开通DVB业务的用户，仍然使用同轴电缆网络提供信号，对于开通宽带或互动电视的用户，采用LAN网接入（见图10）。

光纤入户方案从技术角度来看无疑是属于目前建网的最佳方案，能提供户均30 Mbit/s甚至更高的接入，且中间链路的无源光网可大大降低维护成本。对比双线入户，光纤入户建网成本相对偏高，主要在用户终端设备的投入，具体价格参看表4。

表4 双线入户和FTTH建网户均成本对比 户/元

4 小结

在三网融合的大环境下，互动电视是广电发展的必然方向。借助广电本身的受众广、覆盖面大的优势，广电运营商可以开展各类互动电视业务，挖掘潜在市场，逐步提高广电的市场竞争力。宽带互动网络的建设，要根据自身的网络现状，遵循市场发展规律，建议在原有的网络中，采用CMTS的技术进行改造，对于新建网络，当明确实施光进铜退，可根据业务发展和资金投入，选择光纤入户或双线入户。

[1]国家广播电影电视总局科技司.下一代广播电视网（NGB）示范区实施总体方案[EB/OL].[2012-01-01].http://www.doc88.com/p-05329726169.html.

[2]夏勇，何晶.融合网络宽带IP互动电视技术方案设计[J].电视技术，2010，34（10）：9-13.

[3]杨炼.三网融合的关键技术及建设方案[M].北京：人民邮电出版社，2011.

[4]张傲.三网融合下的FTTx网络[M].北京：人民邮电出版社，2011.