市级广电传输网络的整体架构及规划

吴剑林，吴振宇

（云南广电网络集团有限公司 曲靖分公司，云南 曲靖 655000）

广电传输网络建设历经多年，随着各类技术的不断发展，网络平台也在不断地发展和优化，通过多年的积累，用户规模化效应、品牌效应已经开始显现。用户的使用习惯、消费需求也在不断变化，用户对信息产品的体验也提出了更高的要求。同时，在信息化的浪潮下，源于技术创新的新兴业务，正在逐步影响用户对信息化产品的消费需求，技术的革新创造正逐步成为当下推动时代发展的重要因素。相应的，广电传输网络只有不断向前发展，才能紧跟信息产业变革的潮流。

传输网络是各类信息业务的载体，现阶段广电传输网络承载的业务形态主要包括数字电视业务、宽带信息服务、集团及大客户专线、行业专网、智慧云业务共5个大类，在进行广电传输网络平台的规划与建设时，需要根据不同业务的应用需求及特点，选择合理的网络承载体系。广电传输网络平台不是简单的各类业务混杂的无差别平台，也不是各功能体系彻底割裂的子项集合，广电传输网络平台是根据各类业务特点，将各功能子项有机结合的整体网络。

在网络建设初期，由于缺乏统一的规划及部署，加之各类新技术发展迅速，各地广电传输网络往往存在技术选型不一致、设备互通困难、规划标准不相同、实施步调不统一等诸多问题，在后期进行传输网络统一化管理和升级拓展时，常常要耗费相当多的人力和物力，网络切块化严重，不能很好地发挥网络的规模化效应。以用户接入网技术中的数据回传通道为例，由最早的CMTS技术，到后来的光纤收发器+LAN、PON+LAN、PON+EoC、C-CMTS等技术，再到当下的FTTH技术，现网中往往多种接入方式并存[1]，给日常的业务开通及客户维护工作带来了诸多不便。

因此，在进行广电传输网络的规划和建设时，需考虑广电传输网络的固有特点及历史因素，不应盲目追求技术和设备的新颖，以免造成技术结构不统一、设备规格纷冗复杂的局面，而应在坚持建网总体原则的前提下，充分发挥各类技术的特点、总结相关的应用经验，使得规划、建设、应用等各步工作做到有的放矢。同时，要仔细甄别与广电传输网络相关的各类因素：对于违背网络发展趋势，阻碍业务发展的，要坚决予以升级替换；对于还可继续使用但造成用户业务体验下降的，应积极总结经验，进行合理的改造和优化；对于行业的前沿技术，要认真分析其在现有传输网络中的适用特点，适时进行试点应用，总结实际实施经验，根据试点情况，拟定部署规模和计划，稳妥地分阶段实施。

1 广电传输网络的特点

广电传输网络根据业务承载的需求，通常可分拆为广播形态的电视传输部分和交互形态的数据传输部分，两者的技术体系及实现机制相对独立，但随着波分、数字前端IP化、IPQAM调制、EoC调制、FTTH等技术的成熟和普及，加之数据接入PON网络[2]与传统的1 550 nm传输系统[3]中，ODN部分均采用分光式结构，使得现阶段的广播通道及交互通道在前端系统、汇聚分发系统、接入系统及运营保障系统的各个层面均出现了不同程度的交叉。目前的广电传输网络不再是传统的“电视+数据”的简单整合，而是将各类业务承载通道有机结合的整体平台，在进行广电传输网络整体架构时，在系统规划、工程设计、建设维护时需统一考虑两类通道，而在指标验证、容积规划、设备选型时则应遵照各自的技术标准，不能混为一谈。具体技术标准对比如表1所示。

表1 技术标准对比

2 广电传输网络的架构

2.1 广电传输网络的前端系统

2.1.1 数字电视前端

传统的数字电视前端一般由卫星机、编码器、调制器、复用器、发射机等设备组成，采用数字卫星机和音视频编码器输出ASI信号，ASI信号通过复用器复用，再加扰后，单频点QAM调制输出射频信号的方式实现节目的数字化，每频点输出5～8套数字电视节目。

数字前端IP化[4]将多套节目的信号源转换为IP数据流，使用核心处理设备将IP化的节目数据流进行组包后，通过IPQAM设备调制输出射频信号。数字前端IP化解决了传统数字电视前端系统信号处理环节过多、对信号来源及信号传输质量缺乏有效的监控、频率资源使用不灵活等缺陷，如图1所示。

图1 数字电视前端

2.1.2 核心路由交换系统及功能化的服务器集群、云系统

核心路由交换系统的功能主要包括：与交互资源提供方的数据通信；提供宽带互联网业务的出口服务；为行业专线提供跨区域的互联通道；为各类服务器站点提供接入功能；满足多屏互动、智慧云业务等新业态的需求。核心路由交换系统主要包括：核心路由器、核心交换机、防火墙、流量控制系统、缓存系统、服务器集群等。

2.2 广电传输网络的汇聚及分发系统

广电传输网络的汇聚及分发系统涵盖了涉及物理层、通道层、传输及应用层的各类系统，是为接入系统提供多业务汇聚及保护的全方位平台，其主要功能包括：为广电网络业务提供汇聚接入功能；根据用户业务提供差别化的服务响应通道支持；为业务平台提供可靠性、冗余性的传输解决方案。主要包括：SDH系统、MSTP系统、路由/交换环网系统、PTN传输系统[5]、OTN传输系统[6]等，如图2所示。

图2 汇聚及分发系统

1）市县干线节点波分系统

广电传输网络的干线节点的传输采用OTN网络进行承载，通过波分机制缓解各节点之间的传输带宽压力，同时利用高可靠性的光层保护及灵活的保护机制，保证各节点信号的稳定传输。

2）市县乡PTN传输系统

作为提供多业务传输通道的PTN系统，为承载的业务颗粒提供通道层面的灵活保护，并提供各类速率的丰富接口。

3）市县乡1 550 nm长距离传输系统

传统的有线电视传输多采用1 550 nm长距离传输系统，主要通过1 550 nm光发射机、1 550 nm光放大器实现数字信号的高效、稳定传输。结合前端IP化设备，可实现站点数字节目信号源的双平台业务备份，更好地保障节目稳定安全传输。

4）市县IP骨干城域网

为广电传输的交互数据提供路由保护、负载均衡、冗余接入功能，实现数据流量一源多宿的应用需求，通常包括汇聚交换机、BRAS设备等。

上述系统并不是彻底分立、毫无联系的，各系统之间有相互重叠的保护机制，也有各取所长的优选考量，充分利用各个系统的优点、充分分析各类业务形态的特点，将各个系统进行优化组合，才能使网络效益发挥到极致。例如，OTN传输网络，光层保护、光层转发等机制使其在高带宽核心环网层面优势明显，而对于业务通道要求高的专网业务承载，则不对于纤芯资源紧张的县乡网络，也可通过OTN网络延伸或独立的县乡波分网予以解决。

2.3 广电传输网络的接入系统

广电传输网络平台的接入系统的功能主要有：为网络末梢的各类业务提供接入平台；为用户提供透明化、全业务的网络接入。主要包括：EPON传输平台、1 550 nm光放平台、CMTS前端、光纤分配网络、光接收机、EoC[7]局端、入户链路、入户设备、用于业务终端等（见图3）。

图3 接入系统

CMTS、EoC等都是广电传输网络传统的接入技术，近年来随着FTTH技术的成熟，基于FTTH的接入技术也已成广电接入网部分为满足持续增长的业务带宽需求，进而向全IP化演进的最优选择。但针对广电网络自身的业务形态及网络架构特点，FTTH的应用不能照搬其他通信运营商的建设模式，必须因地制宜地制定符合广电网络特点的建网模式，既能保证已有的传输系统的架构，又能充分发挥FTTH技术的高带宽的特点。现阶段进行FTTH新建的网络，电视、数据平台依然采用分离架构，在接入汇聚层面，即1 550 nm传输系统+EPON传输系统，在FTTH网络设计时，两系统在工程施工及器件放置时可以考虑同时施工、统一放置，但进行系统指标验证、终端容积规划时必须按照两套系统的各自规则独立设计。基于FTTH进行广电传输网络接入系统建设时，光纤分配网络仍采用二级分光架构，按照128户用户左右为一个模型区域计算信号需求，128户用户共用1台22 dBm的光放大器、共用4个PON接口。覆盖用户时采用“全覆盖”+“薄覆盖”的方式：全覆盖，即ODN主干、配线光缆根据小区住户规模一次布放到位，一级分光器与目标单元1∶1覆盖；薄覆盖，即二级分光器与目标用户按“比例覆盖”，电视部分按1∶1覆盖，数据按照1:2覆盖。。

2.4 广电传输网络的运营保障系统

运营保障系统的建设涵盖网络资源管理平台、设备统一网管及监控平台、流量分析监控平台、电子工单运维处理平台等，特别是统一网管及监控平台功能较为复杂，包括EPON管理系统、EoC管理系统、PTN传输管理系统、OTN管理系统、长距离1 550 nm传输平台管理系统等，涉及了广电传输网络的各级网络节点。

3 广电传输网络的规划

3.1 逻辑网络规划

广电传输网络逻辑层面的规划不仅涉及各类业务的流量区分、流量归属、负载均衡、系统扩展的便利性等因素，还要充分考虑网络结构、路由走向、业务平台特点、业务后期演进等。

1）广电传输网络的IP地址规划

IP地址规划时主要考虑IP地址的连续性、可扩充性、利用率、管理性和路由等。包括以下4个方面：

（1）外网IP地址规划，尽量采用统一规划、按需申请的原则，以实现外网流量的安全性，对于集团互联网专线，必须建立完整的申请、使用程序，并定期向主管部门上报备案。

（2）内网IP地址规划，包括办公网地址、CMTS网络中Cable Modem设备地址、高清互动机顶盒地址段、远程办公VPN接入地址段、业务通道测试地址段等。其中高清互动机顶盒地址段必须按照全省统一整体规划成段使用，其余几类可使用B类地址进行规划。

（3）网络管理IP地址规划，基于用户接入的机房节点、接入的类型、用户的业务类型3个层次进行划分的原则。

核心层、汇聚层管理IP地址规划：采用LOOKBACK地址进行规划，主要包括核心路由器、核心交换机、BRAS设备、数字IP化前端设备平台、1 550 nm环网设备、IP骨干传输设备等。在进行LOOKBACK地址规划时，按照机房或分前端核心层、汇聚层设备数量进行分段规划，实现路由的统一，遵循一个机房或分前端设备管理地址划分为一个小的子网段、各设备的LOOKBACK地址均设置为32位掩码的主机地址的原则。其中BARS设备的LOOKBACK地址统一规划，以便与计费BOSS系统对接。

用户接入设备管理IP地址规划总体可采用C类地址段进行规划，此部分主要包括EoC局端设备、楼道交换机、EPON网络中ONU终端、可网管的单光接收机、入户型光接收机、入户型ONU设备等地址规划。例如，EoC头端设备的网络管理地址可以采用192.168.0.0/17地址段进行规划。鉴于EoC网络与数字电视网络存在线路复用的特点，在进行EoC头端设备网络管理地址规划时需结合光网络节点数、用户数等综合考虑，在EoC双向覆盖区域，对于30户以下的光节点，按照一个光节点一个EoC头端管理地址进行规划；对于30户以上的光节点，考虑到光网络逐步向光节点到单元改造，管理地址按照每个EoC头端覆盖30个用户进行规划。

（4）互联地址规划

互联地址规划主要涉及核心层、汇聚层设备的互联接口地址。在进行规划时，遵循先规划出总体的互联地址段，再针对各设备从中划分30位掩码地址作为互联地址的原则。每段互联地址采用30位掩码的地址段进行规划。例如互联两 台 设 备 A 和 B，设 备 A，172.21.251.1/30；设 备 B，172.21.251.2/30，互联网段为172.21.251.0/30。两个地址中采用相对靠前的地址作为上端设备的接口地址（具体规划时视实际情况灵活选取）。

2）广电传输网络的VLAN规划

VLAN规划是数据网络规划的重要一环，是实现业务精细化管理、流量细分管控和个性化服务的重要方式，VLAN规划采用双层标签QinQ的方案，使得标签号范围由原来的4 096个增加到4 096×4 096。QinQ是指将用户的私有VLAN标签封装在公网VLAN标签中，用户的数据包带着标签穿越运营商的网络，内层VLAN标签是用户端私有的ID号，外层VLAN标签则由运营商进行分配。

QinQ数据报文的格式如图4所示。

图4 QinQ数据报文的格式

广电传输网络中的各种数据交互业务在用户侧先打上内层标签，到OLT处/交换机打上外层标签后，按照业务不同，将用户数据包发送到不同的目的设备，整个广电城域骨干网中的数据包都依照外层标签进行转发。内层标签可以在用户家庭网关、ONU或是EoC头端处进行配置，进行标签的添加与拆解；城域骨干环网上的各个节点只负责外层标签。

（1）外层标签设计主要是为了区分用户业务，在接入端设备上为不同业务打上不同的VLAN内层标签，数据包上行聚合到各机房节点的汇聚层设备后，打上或拆解外层标签，然后再根据VLAN外层标签实现业务分流（见表2）。

表2 VLAN外层标签规划

VLAN专线和VPN专线标签号实行按业务分发的原则，并做好相关的记录和统计；互联VLAN和网管VLAN根据具体设备的实际情况进行选取。

（2）内层标签设计目的是为了缩小用户端的广播域、避免数据包的冲突，理想做法是：在同一个trunk汇聚口下面，实现一个用户一个VLAN。可根据机房设备、板件、槽位、端口、小区位置等多种因素，灵活制定规划方案。

3）广电传输网络容量及负载规划

广电传输网络中的流量主要包括电视业务的流量、宽带互联网业务的流量、专线业务的流量、多屏互动及智慧云业务的流量。流量的流向有的是广播式的、有的是端到端的、有的是一源多宿的，各不相同。因此，广电传输网络容量规划及负载优化是一个自下而上的分析过程，系统容量一方面与传统的线路性能有关，如光纤损耗、电缆损耗、设备损耗；另一方面还与用户上线率、并发率、流量宽带、业务流向等关系密切。例如，1 550 nm系统，需要考虑光纤网络辐射范围、光缆损耗、收发光指标等因素，才能计划出下挂光站的数量；IPQAM系统及推流服务系统需要考虑用户的在线率、并发点播率、高/标清点播流量，才能计划出单站的用户接入能力；BRAS、OLT及汇聚交换设备，则需要考虑用户的峰值在线率、并发接通率、上/下行链路的收敛比值等因素，才能计划区域的负载能力。

4）广电传输网络冗余及保护规划

传统的传输网络多采用设备层面、链路层面、业务层面的保护，现有的广电传输网络无论是传统的1 550 nm传输系统，还是后期新建的PTN、OTN都具备传统意义的冗余及保护功能，但随着数字前端IP化的建设、波分网的下行延伸，使得作为广电传输网络中的各类业务，可以利用现有的承载平台实现跨平台的保护，例如：1 550 nm传输系统、市县PTN传输系统、市县IP骨干网系统均可对市县级别的数字电视业务进行网络承载，更好地保障了业务优质稳定传输。

3.2 物理网络规划

物理网络的规划主要内容包括设备选型、链路走向及资源调度、物理链路分配方式等方面，物理网络的规划是为逻辑网络提供物理环境和平台。由于光纤链路不断向用户端延伸，物理网络的规划主要涉及光纤资源的规划及光网络设备的投入。

1）广电传输网络的频率规划

频率使用范围1～5 GHz，总体可划分为上行通道及广播通道。其中，上行通道由于回传技术制式的不同，频段范围也各不相同；广播通道则主要依照现有视/音频节目资源的情况统筹安排，可大致切块为数字音频广播频段、数字标清直播频段、数字高清直播频段、数字交互频段、自办节目及本地节目频段、3D及新兴业务频段、预留及测试频段等，划分时需结合业务发展趋势尽量统筹规划，对于涉及低频、高频边界的频段安排，则应根据现网应用的实际情况，谨慎细致地做出规划。

2）广电传输网络的波长规划

现阶段光波长使用情况为：数字电视传输系统使用1 550 nm；EPON传输系统使用1 310 nm及1 490 nm。对于干线波分OTN系统，应详细记录子波长数量、各个子波长的使用状态、预留的子波长通道等信息；对于现网的光发射机，建议采用光谱仪进行详细波长统计，并建档备查，特别是在网服役时间较长的1 550 nm外调式光发射机，更应详细记录其激光泵参数，因为随着波分技术的成熟与普及、带宽需求的持续增长、超大颗粒业务的出现、下一代PON网络的建设，全网波分、区域化的波分网、波分网扩容等都将面临光波长的统筹安排，今后的波段资源不再是粗放的波长安排，而是一个个子波段的精细规划。

总之，广电传输网络平台的规划与建设需要结合网络平台现状、业务特点及技术模式，深入剖析、去伪存真，才能将广电传输网络真正打造成安全、可靠、开放、易扩展、易维护的全业务智能化业务承载平台。

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