有线网络互动电视的技术平台建设

郑德华

（太原有线电视网络有限公司，山西 太原 030024）

1 互动电视平台的建设背景

在中国经济快速发展和“三网融合”的大背景下，广电运营商数字电视DVB系统提供的单向数字电视广播服务的局限性日益凸显，不仅无法向人们提供更丰富、更新颖、更有吸引力的用户体验，同时，DVB系统的直播内容和简单的信息发布等技术模式也局限了运营商的盈利增长空间。而另一方面，来自互联网的网络电视、PC流媒体、视频下载网站和来自电信运营商的IPTV正伴随网络及技术的成熟而大有蚕食广电运营商市场的势头，竞争势态已然形成。

我们作为二、三线城市广电运营商，必须面对未来的挑战，考虑未来实现三网融合业务。我们需要稳步推进广电赖以生存的视频业务，如高清互动电视，并在此基础上逐步发展网络使其具备支撑三网融合业务的能力。互动电视是利用宽带网络，以家用电视机（需配置机顶盒）作为主要收视终端，通过HFC网络来提供包括电视节目在内的多种交互式数字媒体服务。对运营商来说，这意味着新的市场机会，通过向用户提供互动电视业务（对广电来说，这是增值业务）可以增加收入，同时增加对收视用户的黏性，并提炼出高端用户，从而促动广电增值业务的发展，为用户提供可供选择的差异化服务，提升服务水平和服务意识，这些对广电运营商来说尤为重要。

2 互动电视视频服务系统的建设

2012年3月，我公司开始新建互动TV2.0系统，系统支持高清与标清影片混部播放，高清码流采用H.264的8 M格式，标清码流采用H.264的1.9 M格式。本期新建系统支持4 000条标清点播并发流，1 000条高清点播并发流。

2.1 本期互动TV2.0系统的两个阶段

2.1.1 TV2.0-1期建立流服务系统

具体功能模块包括：①LRM：内容分发网络节点资源管理软件，根据本节点资源状况，实时控制LSD的用户调度行为，并控制节点资源使用，实现本地服务路由的控制；②LCM：节点内容管理组件,负责节点网络的内容信息、状态、生命周期管理，受制于GCM的统一控制；③LSD：实现多台UCE的负载均衡，选择一个最适合的UCE为用户提供服务，其调度智能及行为受LRM控制，使用应用层重定向技术进行用户调度；④UCE：统一内容引擎软件，具有内容存储和内容服务能力，是面向用户的内容提供点，同时支持流媒体加速和下载加速。支持部分缓存、边下载边服务、共享存储等特性。

2.1.2 TV2.0-2期建立本地中心系统、本地服务系统、门户系统、认证系统

①本地中心系统承担TV2.0产品业务的汇聚功能。通过本地承载网络与流服务系统互联，同时承担内容存储、中心调度、流媒体服务、页面展现等任务。华数后台服务系统承担内容支持、用户管理、页面服务、调度重定向等部分，通过长途155M链路和本地IP核心网络与本地中心系统互联将节目源注入到本地中心系统。中心系统服务器通过光纤交换机与存储系统相连接。②本地服务系统：包含本地调度系统与流服务系统，功能为实现本地负载均衡，为用户提供流服务完成点播节目流的推送。③门户系统：为用户提供点播业务的门户展现。④认证系统：实现用户认证、计费功能，本地新建BOSS系统与华数BOSS系统进行对接。

2.2 太原有线互动TV2.0平台设备部署

2.2.1 配置中心源服务器

按照标清4 000并发数10%并发率、高清1 000并发数5%并发率以及80%节点命中率计算，中心侧服务系统需支持800个标清回源以及200个高清回源代理能力。按照1台Dell R720支持200个标清H.264或50个高清H.264的服务能力计算，需配置8台Dell R720服务器作为中心源服务器。服务器通过3台二层交换机组成一个集群，通过2台SAN交换机与存储互联，服务器部署LSD/LCM/LRM以及UCE组件，实现H.264的高标清混部，并互为冗余。

2.2.2 根据太原用户数部署服务器

根据太原当地总用户数（50 000），本期预估10%的标清点播以及5%高清点播并发率以及80%节点命中率计算，CDN节点需要支持4 000个标清并发流以及1 000个高清并发流，考虑单台C1800支持1 000个H.264标清或200个H.264高清的并发流，分为2个节点部署9台C1800服务器，服务器部署LCM/LRM/LSD/UCE组件。

2.2.3 分配详情

本期采用H.264标清和高清共享存储阵列的方式，涉及存储分卷的分配大小如下。

基于H.264HD编码格式高清点播内容量2013年按10 000 h测算，所以一年内：

存储量 =8×106×10000×3600÷（8×1 024×1024）=34TB

H.264标清点播内容量按照80 000 h，所以一年内：

存储量 =1.9×106×80000×3600÷（8×1024×1024）=65TB

本期本地点播方案中有效存储总量为：34+65=99 TB

考虑系统存储量的冗余，本次增加了2台54T存储作为中心服务系统的存储系统。为保证安全运营，存储系统与中心服务器采用1+1冗余备份SAN交换机相连。

2.2.4 进行负载冗余

本地采用1+1冗余备份方式部署2台DELL R710服务器（内置IPS软件），通过在四层交换机上配置虚拟服务器IP的形式，来对门户访问请求进行负载冗余。

2.2.5 完成相关认证与计费

部署AAA软件与接口服务器与本地BOSS对接，完成激活、认证、鉴权、询价等相关认证与计费。当长途链路中断时，不影响本地用户点播与体验。本地BOSS系统通过与华数BOSS对接的方式，将互动点播的运营数据通过相关接口获取至本地BOSS系统中。

3 互动本地承载网络及IPQAM部署

2010年6—10月，太原有线建成覆盖市区的城域骨干网主要承载公司互动电视业务技术上具备了开展宽带业务、VOIP业务、企业专线等全业务的网络能力。

3.1 确保不同业务之间的安全性

整网采用扁平化的两层物理架构，核心双节点冗余部署，汇聚层节点采用万兆或千兆双归属方式与核心层设备互连，实现正常状态下的链路负载均衡，单链路故障状态下的链路冗余备份。接入层节点链路为千兆光链路。不同的业务在MPLS/VPN规划中进行划分隔离，确保不同业务之间的安全性。

Lely 与 Festo 共同开发的机电解决方案没有软件就无法工作。Festo总部系统解决方案部门的应用软件团队参与其中，为全自动挤奶机器人开发了运动软件。应用软件团队创建的软件模块不仅适用于满足客户项目的特定要求，而且还可用于其他项目。用功能模块、库或范例程序实现了应用软件。Lely和 Festo之间的合作还将继续，通过状态监控和预防维护，大幅度减少服务成本，打造全新的“未来农场”。

3.1.1 核心层设备

核心层设备共2台，可堆叠路由器NE5000E部署在河西公司主楼八层前端机房。双主控，四交换网单元，可用16个接口板槽位，现用2个槽位，8端口10 G线路处理板（40 G聚合）和20端口千兆线路处理板。每槽位支持40 Gbps容量，单框交换容量双向1.28Tbps，转发能力1600Mpps（＜1280×1.488=1904.64Mpps，千兆转发能力 1 000 Mbps÷（（64+20)×8 bit）=1.488 Mpps）。

3.1.2 汇聚层节点设备

汇聚层节点设备共16台，多业务控制网关ME60-8分别部署在城南等16个城区汇聚点。ME60-8有12个槽位，2个路由交换板槽位，2个交换网板槽位，8个业务线路板槽位，现用两个槽位分别是1块24端口千兆宽带业务单元和1块24端口千兆多业务单元。ME60-8交换容量双向1.28 Tbps，转发能力400 Mpps。

3.1.3 接入层节点设备

接入层节点设备共17台CMTS（电缆调制解调器终端系统），分别为13台思科的UBR10012，4台的CASA-C10200.

3.1.4 出口路由器

接入层节点设备为思科4507三层交换机，背板容量为100Gbps，转发性能75 Mpps。采用双光链路聚合方式连接电信155M至杭州华数，实现互动点播服务。

VOD核心层接入交换机采用华为的S9306三层交换机，背板容量6 Tbps，交换容量2 Tbps，转发性能1 080 Mpps。连接高清、标清视频服务器，时移服务器、DHCP服务器、网管服务器等前端服务设备。

3.2 城域骨干网带宽承载能力

河西总前端至城南等6个分前端，采用双万兆光纤互联，核心到汇聚最高可用带宽10 G，按照互动标清点播每路1.5 Mbps计算（数据码流MPEG4格式），上述分前端可满足6 666路并发流；按照互动高清点播每路8 Mbps计算（数据码流H.264格式），上述分前端可满足1 250路并发流；按照因特网4 Mbps接入计算，上述分前端可满足2 500路并发流。

河西总前端到小店等十个分前端，采用双千兆光纤互联，核心到汇聚最高可用带宽1 G，按照互动标清点播每路1.5 Mbps计算（数据码流MPEG4格式），上述分前端可满足666路并发流；按照互动高清点播每路8 Mbps计算（数据码流H.264格式），上述分前端可满足125路并发流；按照因特网接入4 Mbps计算，上述分前端可满足250路并发流。

3.3 网络路由部署

内部设备互联主要采用IGP路由协议，可以用于大规模网络部署的标准OSPF路由协议。所有设备都属于同一个BGPAS自治域系统，总前端路由器与分前端ME60之间运行IBGP路由协议，总前端NE5000E路由器作为分前端ME60设备的VPNV4的反射器,VPNRR之间建立普通VPNV4的IBGP邻居关系，使用相同的 CLUSTER-ID，在 NE5000E和 ME60之间采用BFD-FOR-BGP方式对互联链路进行保护。所有路由器却是MPLS组网，NE5000E和 ME60设备之间在互联端口启用MPLS/LDP协议，通过VPN逻辑隔离不同业务系统。

3.4 地址规划

业务VPN网络和CDN等系统网络的地址采用静态固定地址的分配方式管理，用户机顶盒的IP地址管理采用动态DHCP方式实现。

3.4.1 流服务系统地址规划和分配

在互联地址和CDN等系统地址使用方面，使用华数分配32或64个公网地址供当地分配和使用，以保证这些地址在互联网内唯一，避免可能的地址冲突发生。

3.4.2 机顶盒IP地址规划和分配

地址分配作为一个完整的华数互动电视平台系统，机顶盒必须获得唯一并合法的地址才可正常使用，采用华数分配的10.0.0.0/8地址作为系统中机顶盒的合法地址范围。根据各分前端覆盖用户数量，规划一定数量的IP地址供接入网络二次规划和分配使用。

3.4.3 CM地址规划和分配

CM地址使用私网地址段172.16.0.0/16；每个分前端根据片区带户情况进行分配：一类32个C类地址，如河西等6个分前端通过；二类16个C类地址，如西山等5个分前端；三类8个C类地址，如小店6个分前端。

各分前端的ME60，通过6个千兆口分别连接CMTS、监控网络和IPQAM，其中CMTS与监控网络各占1个千兆口，IPQM占用4个千兆口。CMTS按照一个上行带1 000户进行覆盖，通过双四混合后传输至各光收发模块。另外，电信用户经策略路由通过CMTS的上行光口汇聚至电信网络。

3.5 本地IPQAM部署

本地接入网络采用控制信令IP回传方式，下行流服务采用IPQAM承载，采用IP-QAM技术和设备作数据转换。在总前端和分前端之间即广电骨干网上，以IP形式采用单播来分发节目流或文件，经过IP-QAM设备后转为RF信号广播到HFC接入网上。和CMTS一样，IP-QAM为头端设备，太原有线将其部署在分前端机房，根据城域网规划和用户发展规划部署IPQAM。

在PAL制下，采用64QAM调制方式时，每个频点（8 MHz）可以提供38 Mbps的下行带宽，在码流为1.5 Mpbs的情况下，每个频点可以支持的并发流数为：38÷1.5=25个。考虑到一定的冗余量及码率波动，为保证用户服务质量，目前每个频点配16个并发流。32个频点的IPQAM可以支持的并发流数为：16×16=256个并发，由于IPQAM目前为部分用户提供服务，每个分前端配置2台IPQAM设备，后续根据业务发展平滑扩容。