广电网络全IP化融合播控平台的设计与实现
发布时间：2022-12-17 来源：安广器材 浏览次数：
1、 新型平台设计
为了实现直播、点播、互联网业务的全支撑，新型平台应实现任意资源接入、按需内容生产；直播、点播业务分类分级传输；业务管理、系统运维统一化。江苏有线新型广电全IP化融合播控平台的业务架构如图1所示。
按照《国家广播电影电视总局令（第62号）》的要求，须优先保障电视直播信号安全优质播出。为实现资源优化配置，将直播节目分为基本节目和付费节目，基本节目包含CCTV、省级卫视或其他收看率较高的节目，通过直播专网进行传输覆盖；付费节目，与点播、互联网业务，均通过全省推流网络，进行业务覆盖。新平台的网络架构示意图如图2所示。
2.1 多视频格式分发
江苏有线已完成省中心云化资源池建设，通过全省转码资源聚合，实现全业务支撑。该系统能实现多信源接入，经过云转码处理，完成多帧率、多码率、多分辨率、多格式、多Profile、多封装的视音频格式输出。
根据江苏有线视音频规范，目前，DVB/IP直播采用8Mbps的H.264高清信号，在DVB直播架构下，由于是广播式分发，干线传输对单节目的带宽并不敏感。随着全省IP化终端不断推广，高峰时段点播并发的干线压力将大大提高。在诸如“春晚”之类的高峰时段，终端在线率超过40%，部分地区超过60%，再结合省内近两千万级的用户规模，为保证高峰时段的信号传输正常，省内正逐步推广4Mbps的HEVC高清信号，通过降码增效，释放干线网带宽压力。
2.2 直播专网
江苏有线全省直播体系已完成省市县三级播控IP化改造，该系统历经“建国70周年”“建党100周年”“两会”等各类重大保障任务考验，是完全符合“总局62号令”的超过99.999%可靠度的直播平台。在此基础上，进行DVB、IP直播同源配置，下沉组播接入点。
省平台通过广电单向UDP广播的方式实现省到市DVB/IP直播信号的覆盖，利用传统DVB架构下的自愈性保护系统为IP直播的安全保驾护航。在地市、区县直播业务接入时，DVB直播的传输系统不变，同时，DVB的直播UDP在地市、区县机房再注入融合CDN系统，作为本地IP直播业务的第一信源。在用户接入时，下沉IP直播的组播复制点，直播信号接入OLT，通过OLT实现用户覆盖。该方案在大大提升IP直播业务安全等级的同时，有效地降低了省干、市干的网络压力。对于各个地市、区县运维人员而言，两套体系的直播信源几乎完全相同，仅是接入设备为IPQAM或OLT的区别，无需新增全量IP直播信号的监测。
2.3 全省容灾平台
为了保证全省直播业务安全可靠，对位于泰州的江苏有线全省容灾备份中心进行了优化改造。在省备份中心，完成与省中心1:1的全量建设，包含所有节目接收、切片和存储，具备中心推流能力，并完成全局调度容灾系统建设。在直播业务覆盖时，所有直播业务优先使用省中心信号，DVB直播在地市通过双中心信源光切保护系统控制，IP直播优先回源至省中心；在点播业务覆盖时，两个中心为“双活”双在线，结合省内省干“在字”环网的特点，并通过负载均衡合理分配中心推流；在省备份中心的全局调度备份系统，通过与省中心全局调度系统心跳连接，在需要时可直接上线，亦可在地市调度故障时及时上线保证地市的调度能力。
2.4 融合CDN推流系统
2.4.1 切片下沉
根据“二八定律”， 20%的节目可覆盖80%的用户，同时结合不同节目的安播保障等级，以及江苏有线用户收视情况统计数据分析，将直播节目分为重点“50套”和其他类节目。为提升重点“50套”节目的安全可靠，保证内容安全，如图2中所示，除了在省中心机房完成所有节目的切片存储以外，在13个地市机房，完成重点节目本地切片存储并注入CDN系统。切片下沉后，重点节目的存储更接近用户，可有效阻止省干网络波动对全网用户的影响，减少用户的直播业务请求响应时延。
2.4.2 内容分级分发
在完成直播节目分类，以及切片下沉系统建设后，制定了内容分级分发的逻辑架构。对重点“50套”直播节目而言，其中的中一、江苏卫视、地市本地一套节目，经本地切片存储注入CDN的同时，将内容主动推送到各边缘推流节点，以提升用户访问时的命中率，各地市也可根据本地直播节目的热度，新增其他预推节目；对重点“50套”直播节目中的其他节目，收看请求在服务节点未命中时，将首先回源至地市本地存储，若本地存储访问失败，将回源至省中心、省备份中心；对于其他直播节目和点播的内容，采用省中心、省备份中心“双活”中心回源的策略。同时，打通全省各地市本地存储间的网络，实现各地市间可直接回源，只要全网有一个地市节点本地存储正常，即可保证重点“50套”节目安全可靠的服务。对其他节目而言，收看请求在地市服务节点未命中时，将逐级回源至省中心和省备份中心。通过内容分级分发，在保障内容安全播出、提供优质服务的同时，大大降低了省干、市干网络带宽的占用，并大大提升了全省IP直播的安全等级。
2.5 智能终端适配
由于省内IP业务开展较早，目前现网内有H.264/IP机顶盒、HEVC超清IP机顶盒、DVB机顶盒、TVOS机顶盒、手机终端、电脑终端等等，各地接入网环节也较复杂。在融合播控平台建设时，充分考虑到在网机顶盒差异性大的特点，通过机顶盒与后台管理系统间的交互，以及不同用户的授权认证，根据终端性质智能推送不同分辨率、码率或编码格式的内容。终端信令交互的简要示意如图3所示。
3.1 全域级安播
江苏有线已完成全网三级播控整合，本平台也将面向省、市、县全域。从消除安播隐患、提升直播保障等级出发，作为千万级用户规模的省市县三级平台，新平台可实现从信源接收、核心处理、传输链路到终端覆盖的“端到端”环节零秒不中断，是一个直播业务可用度99.999%的安全播出体系。
3.2 云化资源池
新型平台架构下，完成集中化、虚拟化、开放化、智能化的资源池建设。实现干线、卫星、电视台、播出系统、互联网等多形式信源的接入；资源池可实现从MPEG2、H.264到HEVC多格式，从标清、高清到4K多分辨率，从2Mbps、4Mbps，到32Mbps甚至更大码率，从UDP到HLS等多协议的输出。
3.3 全业态支撑
在业务侧，新平台除需要替代传统DVB平台，还具备支撑VOD业务、IP业务、OTT业务、互联网、5G-NR业务的能力；同时，本平台主要采用双栈技术，具备IPv6支撑能力，随着公司IPv6改造推进，可直接过渡至IPv6平台。在终端侧，新平台能支撑全网的任意终端，包括DVB机顶盒、IP机顶盒、移动APP、电脑、智能电视、电视棒等各类终端。
3.4 优化平台能力
在新型平台建设过程中，充分考虑千万级用户量视频收看的网络需求，加强骨干网、接入网的能力建设。同时，除省前端内容中心外，新平台在各地市建设本地内容中心，使得视频内容更接近用户；同时根据“二八定律”，将热播内容主动推送至边缘服务器，在降低骨干网带宽压力的同时，有效地提升用户点播响应效率。
4、 新平台的过渡与展望
随着IP终端的逐渐推广，新型平台可实现全网终端的平滑过渡。由于江苏有线采用双纤三波的光纤接入方案，DVB机顶盒和IP机顶盒可同时实现信号接入。仅需机顶盒置换，即可实现IP业务的覆盖。全量置换为IP机顶盒之后，原先1550nm传输CATV光信号的那一芯光纤将闲置。目前，江苏有线正在开展相关调研测试论证，利用原1550nm光网络，进行网络改造优化，实现入户组播专网建设；同时，随着融合CDN系统的不断发展，也将逐渐承担起公司其他互联网业务，而不仅仅局限于视音频业务CDN，实现真正的“视频专网+互联网”双接入。接入网改造示意如图4所示。
江苏有线新型广电全IP化融合播控平台已完成全网架构建设，按照全省IP机顶盒的推广计划，正稳步推进平台能力扩容。平台扩容是一个循序渐进的过程，要充分考虑公司IPv6改造，接入网改造进度。江苏有线将始终坚定推行文化供给侧改革，致力于“两效合一”，发挥党媒政网民屏优势，为用户提供全终端高质量文化产品。
为了实现直播、点播、互联网业务的全支撑，新型平台应实现任意资源接入、按需内容生产；直播、点播业务分类分级传输；业务管理、系统运维统一化。江苏有线新型广电全IP化融合播控平台的业务架构如图1所示。
图1 新型广电全IP化融合播控平台业务架构示意图
江苏有线新型广电全IP化融合播控平台为省、市、县三级平台架构。分发和中心推流模块用于承载直播和点播业务的信号覆盖；运维支撑系统完成业务控制、设备管理和终端管理；能力平台包含云转码、信源接收、时移回看录制、存储、加扰等。业务系统用于诸如“直播”“影院”“爱艺在线”等等业务的引入与对接；安播监测用于监测系统安全播出状态。按照《国家广播电影电视总局令（第62号）》的要求，须优先保障电视直播信号安全优质播出。为实现资源优化配置，将直播节目分为基本节目和付费节目，基本节目包含CCTV、省级卫视或其他收看率较高的节目，通过直播专网进行传输覆盖；付费节目，与点播、互联网业务，均通过全省推流网络，进行业务覆盖。新平台的网络架构示意图如图2所示。
图2 新型广电全IP化融合播控平台网络架构示意图
2、 新型平台建设2.1 多视频格式分发
江苏有线已完成省中心云化资源池建设，通过全省转码资源聚合，实现全业务支撑。该系统能实现多信源接入，经过云转码处理，完成多帧率、多码率、多分辨率、多格式、多Profile、多封装的视音频格式输出。
根据江苏有线视音频规范，目前，DVB/IP直播采用8Mbps的H.264高清信号，在DVB直播架构下，由于是广播式分发，干线传输对单节目的带宽并不敏感。随着全省IP化终端不断推广，高峰时段点播并发的干线压力将大大提高。在诸如“春晚”之类的高峰时段，终端在线率超过40%，部分地区超过60%，再结合省内近两千万级的用户规模，为保证高峰时段的信号传输正常，省内正逐步推广4Mbps的HEVC高清信号，通过降码增效，释放干线网带宽压力。
2.2 直播专网
江苏有线全省直播体系已完成省市县三级播控IP化改造，该系统历经“建国70周年”“建党100周年”“两会”等各类重大保障任务考验，是完全符合“总局62号令”的超过99.999%可靠度的直播平台。在此基础上，进行DVB、IP直播同源配置，下沉组播接入点。
省平台通过广电单向UDP广播的方式实现省到市DVB/IP直播信号的覆盖，利用传统DVB架构下的自愈性保护系统为IP直播的安全保驾护航。在地市、区县直播业务接入时，DVB直播的传输系统不变，同时，DVB的直播UDP在地市、区县机房再注入融合CDN系统，作为本地IP直播业务的第一信源。在用户接入时，下沉IP直播的组播复制点，直播信号接入OLT，通过OLT实现用户覆盖。该方案在大大提升IP直播业务安全等级的同时，有效地降低了省干、市干的网络压力。对于各个地市、区县运维人员而言，两套体系的直播信源几乎完全相同，仅是接入设备为IPQAM或OLT的区别，无需新增全量IP直播信号的监测。
2.3 全省容灾平台
为了保证全省直播业务安全可靠，对位于泰州的江苏有线全省容灾备份中心进行了优化改造。在省备份中心，完成与省中心1:1的全量建设，包含所有节目接收、切片和存储，具备中心推流能力，并完成全局调度容灾系统建设。在直播业务覆盖时，所有直播业务优先使用省中心信号，DVB直播在地市通过双中心信源光切保护系统控制，IP直播优先回源至省中心；在点播业务覆盖时，两个中心为“双活”双在线，结合省内省干“在字”环网的特点，并通过负载均衡合理分配中心推流；在省备份中心的全局调度备份系统，通过与省中心全局调度系统心跳连接，在需要时可直接上线，亦可在地市调度故障时及时上线保证地市的调度能力。
2.4 融合CDN推流系统
2.4.1 切片下沉
根据“二八定律”， 20%的节目可覆盖80%的用户，同时结合不同节目的安播保障等级，以及江苏有线用户收视情况统计数据分析，将直播节目分为重点“50套”和其他类节目。为提升重点“50套”节目的安全可靠，保证内容安全，如图2中所示，除了在省中心机房完成所有节目的切片存储以外，在13个地市机房，完成重点节目本地切片存储并注入CDN系统。切片下沉后，重点节目的存储更接近用户，可有效阻止省干网络波动对全网用户的影响，减少用户的直播业务请求响应时延。
2.4.2 内容分级分发
在完成直播节目分类，以及切片下沉系统建设后，制定了内容分级分发的逻辑架构。对重点“50套”直播节目而言，其中的中一、江苏卫视、地市本地一套节目，经本地切片存储注入CDN的同时，将内容主动推送到各边缘推流节点，以提升用户访问时的命中率，各地市也可根据本地直播节目的热度，新增其他预推节目；对重点“50套”直播节目中的其他节目，收看请求在服务节点未命中时，将首先回源至地市本地存储，若本地存储访问失败，将回源至省中心、省备份中心；对于其他直播节目和点播的内容，采用省中心、省备份中心“双活”中心回源的策略。同时，打通全省各地市本地存储间的网络，实现各地市间可直接回源，只要全网有一个地市节点本地存储正常，即可保证重点“50套”节目安全可靠的服务。对其他节目而言，收看请求在地市服务节点未命中时，将逐级回源至省中心和省备份中心。通过内容分级分发，在保障内容安全播出、提供优质服务的同时，大大降低了省干、市干网络带宽的占用，并大大提升了全省IP直播的安全等级。
2.5 智能终端适配
由于省内IP业务开展较早，目前现网内有H.264/IP机顶盒、HEVC超清IP机顶盒、DVB机顶盒、TVOS机顶盒、手机终端、电脑终端等等，各地接入网环节也较复杂。在融合播控平台建设时，充分考虑到在网机顶盒差异性大的特点，通过机顶盒与后台管理系统间的交互，以及不同用户的授权认证，根据终端性质智能推送不同分辨率、码率或编码格式的内容。终端信令交互的简要示意如图3所示。
图3 终端信令交互示意图
江苏有线一直不遗余力地推进全省业务IP化改造，推进广电业务DVB+IP融合发展，新型广电全IP化融合播控平台的建设，实现江苏有线视频业务的全域覆盖和全业务支撑。新平台具备以下特点。3.1 全域级安播
江苏有线已完成全网三级播控整合，本平台也将面向省、市、县全域。从消除安播隐患、提升直播保障等级出发，作为千万级用户规模的省市县三级平台，新平台可实现从信源接收、核心处理、传输链路到终端覆盖的“端到端”环节零秒不中断，是一个直播业务可用度99.999%的安全播出体系。
3.2 云化资源池
新型平台架构下，完成集中化、虚拟化、开放化、智能化的资源池建设。实现干线、卫星、电视台、播出系统、互联网等多形式信源的接入；资源池可实现从MPEG2、H.264到HEVC多格式，从标清、高清到4K多分辨率，从2Mbps、4Mbps，到32Mbps甚至更大码率，从UDP到HLS等多协议的输出。
3.3 全业态支撑
在业务侧，新平台除需要替代传统DVB平台，还具备支撑VOD业务、IP业务、OTT业务、互联网、5G-NR业务的能力；同时，本平台主要采用双栈技术，具备IPv6支撑能力，随着公司IPv6改造推进，可直接过渡至IPv6平台。在终端侧，新平台能支撑全网的任意终端，包括DVB机顶盒、IP机顶盒、移动APP、电脑、智能电视、电视棒等各类终端。
3.4 优化平台能力
在新型平台建设过程中，充分考虑千万级用户量视频收看的网络需求，加强骨干网、接入网的能力建设。同时，除省前端内容中心外，新平台在各地市建设本地内容中心，使得视频内容更接近用户；同时根据“二八定律”，将热播内容主动推送至边缘服务器，在降低骨干网带宽压力的同时，有效地提升用户点播响应效率。
4、 新平台的过渡与展望
随着IP终端的逐渐推广，新型平台可实现全网终端的平滑过渡。由于江苏有线采用双纤三波的光纤接入方案，DVB机顶盒和IP机顶盒可同时实现信号接入。仅需机顶盒置换，即可实现IP业务的覆盖。全量置换为IP机顶盒之后，原先1550nm传输CATV光信号的那一芯光纤将闲置。目前，江苏有线正在开展相关调研测试论证，利用原1550nm光网络，进行网络改造优化，实现入户组播专网建设；同时，随着融合CDN系统的不断发展，也将逐渐承担起公司其他互联网业务，而不仅仅局限于视音频业务CDN，实现真正的“视频专网+互联网”双接入。接入网改造示意如图4所示。
图4 终端接入改造过渡示意图
5、 结束语江苏有线新型广电全IP化融合播控平台已完成全网架构建设，按照全省IP机顶盒的推广计划，正稳步推进平台能力扩容。平台扩容是一个循序渐进的过程，要充分考虑公司IPv6改造，接入网改造进度。江苏有线将始终坚定推行文化供给侧改革，致力于“两效合一”，发挥党媒政网民屏优势，为用户提供全终端高质量文化产品。
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