运营商IPTV分省建设工程设计重点问题研究
2018-10-16刘鹏武振宇赵力帅牛瑛霞
刘鹏，武振宇，赵力帅，牛瑛霞
（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）
魔百和业务伴随着中国移动的宽带发展策略，得到了大力的发展，近几年用户发展规模呈高速发展状态。但由于之前基于互联网电视的魔百和业务只能提供点播、回看等业务，无法提供实时直播业务。和目前市场主流的IPTV业务存在一定的差距，在行业内的竞争力相对较弱。
推进IPTV分省平台的建设，既是保持市场竞争力的需要，又是确保数字内容合规安全运营的重要措施。本文对IPTV分省平台建设中工程设计重点问题进行了分析，并提出相关模型，以期提升设计过程工作效率，助力各省IPTV建设。
1 IPTV业务平台功能架构
IPTV业务平台是包含有内容/应用供应商（CP）、业务提供商（SP）、网络提供商及最终用户等在内的完整业务系统，该业务平台由内容/应用提供商及业务提供商进行基本电视业务、扩展业务内容/应用的制作、整合，并由IPTV最终业务提供商对来自于不同内容提供商、业务提供商的各类业务进行整合、包装以形成可销售的IPTV产品，通过网络提供商或业务提供商自身的网络在IP网络上向最终用户提供具备安全性、交互性和可靠性，可管理的端到端互动多媒体服务。总体技术架构如图1所示。
中国移动作为IPTV业务提供商及网络提供商，在IPTV业务系统中具有内容制作、业务服务及网络传输、终端用户管理的职责。
对应IPTV业务采用两级播控的要求，IPTV业务平台在部署时采用两级架构。IPTV业务应符合广电播控政策要求，具备专网运营能力，保证播控安全。
中国移动一级IPTV业务平台负责全网内容引入/审核/发布、全网内容运营编排/管理、全网业务运营管理/服务支撑、全网EPG模板管理、全网及省份内容运营数据汇总统计分析、全网统一广告运营管理功能、全网应用的引入管理等。一级IPTV业务平台从二级平台获取服务质量数据以进行用户行为分析和业务运营分析。
图1 总体技术架构
二级IPTV业务平台负责本地内容引入/发布、省份内容运营编排/管理、省份业务的运营管理、IPTV业务用户认证和业务计费鉴权等支撑服务、省份数据采集及向全网平台上报业务运营汇总数据、终端管理等。包括内容管理系统、业务运营管理系统、业务支撑系统、EPG门户、数据采集系统、统计分析系统、内容中心库等功能模块。
另外，平台还需配置网管支撑、终端管理、业务质量管理等配套能力，一般由省公司部署。
2 单播和多播选择
2.1 单播和多播方式介绍
直播类业务可以通过单播方式、多播方式传输数据，单播传输是点到点的传输方式，一般采用TCP传输协议，每个用户发起一次请求都会发送一份数据，当同一个数据需要发送到多个目的地时，源为每个目的地址准备了单独的一个分组。在单播流中，想要观看视频的每个用户必须向视频源提出需求，每个用户都占用一个单独的视频流，服务器可以及时响应客户端的请求，提供重放机制。但是当同时观看人数增加时，源的负载也跟着增加，因为它必须持续不断的创建流的分组给每一个观众。因此随着用户规模增长会迅速加大服务器及网络负担。
多播传输是一对多传输方式，一般采用UDP传输协议，从源数据到多播复制点之间每频道只发送一份数据，在网络复制点为每个用户复制视频流。当网络中的某些用户需要特定内容（如观看某个IPTV频道）时，多播源（即IPTV业务平台）对每个复制点仅发送一份内容，多播设备借助多播协议为多播数据分组建立树型路由，被传递的内容在尽可能靠近用户侧的分叉点（即多播复制点）进行复制和分发。
2.2 带宽占用测算对比
下面我们来对单播和多播方式对承载网带宽的占用进行一下测算比较，按照未来宽带用户全部开通IPTV测算，每个家庭只能同时观看一个频道，汇总某地市相关参数如表1所示。
表1 单播组播带宽占用测算相关参数
根据上述参数，两种直播方式对带宽占用的测算模型如下所示。
单播方式城域网上联带宽占用：A1×10 000×A5×A6×A4/1 024=6 855 Gbit/s。
单播方式BRAS上联带宽占用：A8×A3×A4×A5×A6/1 024=34 Gbit/s。
单播方式OLT上联带宽占用： A12×A11×A13×A3×A4/1 024=12 Gbit/s。
多播方式城域网/BRAS/OLT上联带宽占用： A2×A4/1 024=1 Gbit/s。
可以看出，采用多播后，带宽只与频道数有关、与用户数无关。根据流量估算模型，采用多播承载IPTV业务比单播方式大大节省承载网带宽占用（城域网上联：99.98%；BRAS上联：97.08%；OLT上联：91.79%）。
2.3 部署方案建议
除了可以大量节省承载网络的带宽，采用多播还可以降低对IPTV业务平台的压力，改善用户频道切换的时延，因此，新建IPTV省份直播类业务毫无疑问应采用全网多播方式，单播省份也建议尽早开展多播改造。部署建议如下。
（1）CMNet省网范围内开启多播，BRAS作为3层多播和2层多播的边界。
（2）多播复制点建议放在OLT。
（3）开启设备多播功能要求：路由器和BRAS支持3层多播协议（PIM-SM）；CDN支持媒体内容传输协议（RTP/RTSP）；OLT、路由型家庭网关支持2层多播代理（IGMP Proxy）；MDU、SFU或桥接型家庭网关接支持2层多播侦听（IGMP Snooping）；机顶盒支持2层多播协议（IGMP）、RTP/RTCP、RTSP/HLS。
另外，点播、回看类业务通过单播+CDN方式传输数据（同OTT）。
3 服务器配置模型
在IPTV平台的工程设计中，硬件设备的配置是非常重要的问题，是项目投资的主要组成部分，笔者根据工程实际经验，提出了硬件配置基准模型，以某省为例，规划建设规模如表2所示。
表2 某省服务器配置测算相关参数
表3 IPTV服务器配置模型（以某省为例）
根据上述规模参数，结合硬件配置模型，硬件需求如表3所示。
4 网络结构与带宽需求测算模型
4.1 IPTV分省建设网络结构模型
IPTV分省业务平台和本省广电播控平台、本省BOSS、网管系统、融合CDN系统、一级IPTV业务平台都需要互联，整套业务平台从两台3层交换机上联，与其它系统实现网络连接。网络结构如图2所示。
4.2 IPTV分省平台外联链路带宽测算模型
带宽测算，以某省为例，各项参数如表4所示。
4.2.1 与电视台带宽
IPTV业务平台与省电视台之间传输的数据主要有电视直播内容数据、点播内容数据、信令数据等。对端机房一般位于省广电的新媒体中心机房。
表4 某省带宽测算相关参数
首批内容量为30 TB，需4天注入完毕，则需要带宽：30×1 024/4/24/60/60×8=0.72 Gbit/s。
直播频道数为200，高清（8 Mbit/s）50路、标清(2.5 Mbit/s)150路。带宽需求= (50×8+150×2.5)/1 024=0.76 Gbit/s。与广电侧业务平台信令传输，预留200 Mbit/s带宽。
图2 IPTV分省建设网络结构图
综上所述，考虑60%的带宽冗余，与CP/SP（电视台）带宽至少需（0.72+0.76+0.2)/0.6=2.8 Gbit/s×2。考虑到后续的扩展性，推荐采用10 Gbit/s×2链路。
4.2.2 与 BOSS/CRM 带宽
根据全国范围统计，单用户每月的增值业务订购量小于2次，单次产生信令量小于100 K，每月的集中忙时为2 h，则需要的带宽为：
200×10 000×2×100×8/1 024/1 024/2/60/60=0.42 Gbit/s。推荐采用1 Gbit/s×2链路。
4.2.3 与 CMNet的带宽
IPTV业务平台通过CMNet承载的数据基本上集中在EPG图片加载等内容，按照单用户每次加图片每次平台大小为0.4 M、集中系数为0.2%估算：
200×10 000×50%×0.2%×0.4/1 024×8=6.25 Gbit/s。推荐采用10 Gbit/s×2链路。均带宽/1 024
=2 000 000×20%×4.7/1 024/1 024=1.8 Tbit/s
本地内容注入，建议平台与省内CDN互联采用主备各2×10 GE链路。
4.2.6 接入一级平台
优先考虑采用2×1 Gbit/s跨省专线或IP专用承载网MPLS VPN专线，用于承载管理数据及一级平台内容注入。在资源紧张的情况下，也可通过公网接入一级平台。
5 机房选择
4.2.4 与网管系统的带宽
单局点的设备量为200台之内，采用SNMP协议对网管系统对接，单条对接的信令小于100 K，每台服务器同时产生5条告警，则所需带宽为：
111×100×5×8/1 024/1 024=0.5 Gbit/s。 推 荐采用1 Gbit/s×2链路。
4.2.5 CDN 带宽评估
按点直播60%标清，40%高清计算：平均带宽=2.5×60%+8×40%=4.7 Mbit/s。
CDN下发带宽=用户规模×点直播并发率×平
IPTV分省业务平台应尽量建设在省移动公司机房，局址内应配有计费、网管网、CDN、CMNet等外联系统的接入层设备，或具备传输专线资源至同局址其它机房或其它局址的相关系统接入层设备。
机房内应具备充裕的动力资源，建议优先考虑220 V/32 A交流电接入机柜，在实际勘察过程中，交流220 V的单机柜往往比直流-48 V的单机柜可承载更多服务器设备。在具备高压直流(HVDC)条件的省份机房，可选择配置336 V高压直流设备。
机房内应具备充裕的空间资源，在勘察过程中，不仅要考虑本期需求，还要结合全省宽带用户规模，考虑未来发展需求。同时也应为广电侧设备考虑空间预留。一般来说，省移动公司的IDC机房是比较理想的选择项。
