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吴剑林 吴振宇:市级广电传输网络的整体架构及规划

2015-08-09 20:59 来源:电视技术

责编:陈默

 

【原编者按】广电传输网络的建设旨在通过先进、合理的技术选型,建立安全、可靠、开放、易扩展、易维护的全业务智能化业务承载平台。今天推荐的这篇文章以市级广电传输网络为例,结合当下技术的演进趋势,从广电传输网络的前端系统、汇聚及分发系统、接入系统、运营保障系统等组成部分及广电传输网络的频率、业务流向、系统容量、系统管理等相关方面,进行探究和规划思考。

 

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

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,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网络与传统的1 550 nm传输系统中,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

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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。

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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、OTN传输系统等,如图2所示。

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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,则不如PTN网络,再如,波分系统也不局限于核心网络节点,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局端、入户链路、入户设备、用于业务终端等(见图3)。

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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、1550 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。

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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。

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

 

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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1550 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1490 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。


该文已刊登在《电视技术》2015年第14期

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