阳春市有线电视IP城域网的规划与设计.pdf

57广播电视网络 2023 年第 7 期 总第 403 期网络 建设与安全阳春市有线电视 IP 城域网的规划与设计詹冠 阳春市融媒体中心摘要：规划建设的阳春市有线电视 IP 城域网主要承载广播电视直播业务、宽带数据业务、电视互动业务及其他业务。本文对网络业务类型、网络发展规模和用户需求等要素进行深入研究分析，指出阳春市有线电视 IP城域网以核心交换机、汇聚交换机等关键设备和网络运行系统为支撑，实现阳春市区域内的接入汇聚；通过接入网向用户提供广播电视、宽带、互动等业务的接入服务。关键词：城域网 核心层 汇聚层 直播 互动1 引言随着信息技术的高速发展和 IP 网络技术的不断进步，智慧广电时代已经到来，高带宽、性能可靠、多样化业务类型的 IP 数据网才能满足人们的需求。依托广电网络省级 VOD 平台整体架构和内容管理里的统一平台，阳春市融媒体中心规划建设一张技术先进、性能稳定、链路安全且具备双向通信功能的万兆城域数据网，以满足未来阳春市有线数字电视互动业务、宽带数据业务的发展需求。阳春市有线电视城域网的建设是把单向的广播网络升级改造成双向的 IP 数据网络，为未来 5 年内各类业务的开展提供高性能的数据网络支撑。2 发展需求IP 城域网支持电视超高清直播点播业务、家客宽带、集客专线业务、视频会议、安防监控业务和网络信息管理等业务，以 5 年内满足 70000 用户数据业务需求的目标来规划设计。此外，网络要具备良好的拓展性，未来可根据需要发展 VoIP 和 IDC 数据中心业务。2.1 互动业务需求根据带宽计算公式：互 动 业 务 信 令 带 宽=户 数 0.25%2=700000.25%2=350Mbps互动视频带宽=户数 9%6=700009%6=37800Mbps按照视频业务传输对城域网设备并发缓存和高效转发的要求，系统要支 持 MPEG-2、H.264、AVS+等 视 音频编码格式，高清和标清视频的码率分别为 7.5Mbps 和 3.75Mbps，并发流码率为 3.75Mbps。高清视频占用 2 个并发流带宽，标清视频占1个并发带宽。2.2 宽带业务需求根据上级网络公司宽带业务的统一计算公式，数据带宽=综合带宽 宽带用户数 9%综合并发率。按照第一期 70000 宽带用户的规模来规划设计，每个用户分配 10M 的带宽，带宽需求=10M700009%=63000Mbps。专线业务主要面向行政、企事业等需要多个网络终端设备接入的大客，根据不同应用场景占用的专线数量来规划专线。传输高清晰度视频信号的视频监控系统，占用带宽大，可以规划多条百兆专线来承载视频业务。以传输图片和文字信息为主的，占用的带宽相对较小，1 条百兆专线就能满足需求。2.3 IP 直播业务需求IP 直播网提供基于组播的 IP 直播业务。为保证 IP 直播的安全和稳定，直播网的网络层边界终结在运营商网络内，不向家庭网络延伸。IP 直播 网 支 持 MPEG-2、H.264、AVS+等视音频编码格式，支持 8K 节目码率（100Mbps）、4K 节目码率（40Mbps）、高清节目码率（10Mbps）。根据未来5 年发展的需求，按照 30 套 8K 节目、70 套 4K 节目和 100 套高清节目来规划建设。IP 直播网视频带宽=30100Mbps+7040Mbps+10010Mbps=6800Mbps。根据视频流分析，IP 直播网需按照万兆链路建设，网络传输设备要满足高缓存和高效转发的要求。3 规划与建设原则3.1 先进可靠为保障网络系统运行稳定，各个系统应采用主流厂商的设备，保证系58广播电视网络 2023 年第 7 期 总第 403 期网络 建设与安全统安全可靠。系统功能模块采用当前成熟稳定的技术架构，应用绿色冗余和负载均衡技术，确保系统在单节点出现故障的情况下还能够不间断地向用户提供服务。选用现阶段最新技术标准，使系统在今后 5 年内能保持较明显的技术优势，不会因为技术和设备的升级换代而被淘汰。3.2 开放兼容系统使用的设备按照最新的国内外技术规范标准设计和开发，设备和模块采用标准软、硬件接口，具备良好的兼容性，能够兼容不同厂商的设备，系统提效扩容时，通过增加设备就能够完成。业务发展需要增加新的功能时，可以根据需要向新的业务提供开放协议。每个子系统具备相对独立的网管系统，能够实现设备的配置、故障报警、性能监测控制、远程操控等运行维护管理功能。4 规划设计按照未来 5 年发展 70000 用户数据业务需求的目标规划设计，数据宽带约需 63Gbps，互动业务宽带约需23Gbps，因此，城域网的汇聚层链路设计为万兆网络。系统要具有高可靠性和稳定性，网络结构有冗余性。核心和汇聚节点设备要有冗余，防止单设备故障导致业务大范围中断；接入节点具备双链路的冗余，一条链路出现故障，业务不受影响。4.1 城域网结构城域网互联网出口部署主流高性能核心交换机，核心层由 2 台高性能核心交换机组成，通过 CSS 技术实现集群冗余，保障城域网核心层高性能转发数据。结合城区 FTTH 业务发展，在阳春市城区新建 1 个前端和 1 个分前端节点，分别分布在阳春市融媒体中心河西和河东的 2 个机房。各节点设备都采用双主控、双电源冗余，保障城域网高速、稳定、可靠地运行。4.1.1 核心层设计城域网核心层由 2 台互为主备的核心交换机 S12700E 组成，核心交换机主要负责向下连接汇聚层交换机，向上连接地级市城域网核心交换机和宽带网络出口设备。2 台核心交换机除了互为冗余备份，还具备负载均衡的功能。城域网核心交换机的主要作用是实现数据包的转发和高速数据转发处理，向阳春市分前端汇聚交换机提供最佳的传输通道。核心层的设备支持 MPLS VPN/TE、QoS、组播、安全等性能，能够实现 IPv4 向 IPv6 的平滑过渡。核 心 层 路 由 器 为 网 络 提 供 IP/MPLS快速重路由、虚拟路由冗余协议、不中断转发、双向快速检测和链路捆绑等保护机制，有效保障网络运行的高可靠。为确保单一核心设备出现技术故障不会造成整个系统的崩溃，在互为冗余的 2 台核心设备基础上，还在 P/PE 节点部署 MPLS VPN。2 个核心节点之间采用 2万兆端口捆绑直连，确保发生故障时数据正常倒换。4.1.2 汇聚层设计汇聚层交换机是互动、专线和宽带用户数据的汇聚点。城域网汇聚层由 2 台万兆汇聚交换机华为 S7706 组成。核心交换机与分前端汇聚交换机连接，为保证与核心层之间链路的安全性和避免各汇聚层节点之间的依存关系，设计采用双归属方式组网，2 台核心层交换机分别与汇聚层的 2 台万兆交换机直接连接，主交换机发生设备故障，备用交换机保持继续通信，至少有 1 条上连链路能够持续通信。双重保证用户可以与互联网、高清互动系统以及专线业务通道的通信。4.1.3 宽带接入认证系统宽带业务采用 PPPoE 认证，支持对不同级别的用户应用不同的带宽和服务质量模板。由 BRAS 设备和RADIUS 系统来实现对宽带用户的认证、授权和计费管理，BRAS 设备满足 RADIUS 系统对宽带用户做认证、授权、计费等基本功能需求。在阳春市前端机房部署 1 台型号为 ME60-X8的 BRAS 设备，通过使用省公司统一的 RADIUS 系统，为辖区提供宽带接入认证服务。4.2 设备技术性能核心交换机具备 8 个以上业务槽位，配置双引擎、双电源，提供硬件冗余，能够提供 12000Mbps 或以上的包转发性能和 48Tbps 或以上的交换容量。配置 1 块 48 端口万兆光接口业务板提供业务用途，配置 2 块 48 端口万兆光接口业务板提供互联或业务接入用途。汇聚层交换机具备 70Tbps 以上背板交换容量，配备 6 个以上业务卡槽，每台汇聚交换机配置 48 端口万兆光接口业务板。为提高汇聚层交换机的可靠性，每台汇聚层交换机配置主备 2 个主控模块、2 个交换模块和 2 个电源模块作冗余。BRAS 设备配置 5 端口 10GBase LAN/WAN-SFP+集成宽带业务处理板。4.3 业务规划城域网主要承载高清互动、专线和宽带 3 种业务。高清互动业务和专线业务是主要业务，为避免宽带业务的运营影响主要业务的正常运作，通59广播电视网络 2023 年第 7 期 总第 403 期网络 建设与安全过 MPLS VPN 技术把宽带业务、专线业务和高清互动业务建立不同的逻辑通道。互动信令和宽带业务数据在用户终端设备通过双向网络接入网和城域网上行到核心交换机，宽带数据指向地级市互联网出口，而互动数据则指向地级市互动系统。高清互动业务和宽带业务的下行数据通过核心交换机传到汇聚交换机，数据流量输出到接入网 FTTH 设备，通过接入网到达用户终端。高清互动业务和专线业务的优先级比宽带业务的优先级高。互动 IP 直播业务的视频节目流采用 IP 封装的组播方式通过省市核心交换机下行到汇聚层节点，数据流量输出到接入网 FTTH 设备，再通过接入网到达用户终端。专线业务则通过VPN 在城域网传输，不同业务的专线配置不同的 VPN，不同专线业务之间不能互通，专线业务和城域网承载的其他业务不互通，专线业务 VPN 可做成二层，也可以做成三层。4.4 路由规划设计由于地级市城域网采用 OSPF 路由协议，基于本地的网络规模、OSPF组网灵活、支持丰富区域类型、维护人员容易熟悉掌握等方面的因素，选择采用 OSPF 作为阳春市的 IGP 路由协议。规划设计上，PE 和 CE 互连采用直连路由方式，给 MPLS 网络分配一个 AS 号。和上层地级市网络一样，所有的 PE 设备使用和上层地级市网络一致的自治系统号运行 BGP 协议。由于所有的路由器运行在同一个BGP 的 AS 中，遵照 BGP 协议的规则，路由器必须是全连接。IBGP 全连接会增加系统 CPU 和网络传输开销，降低系统性能，影响网络的可扩展性，因此可利用路由反射器具有的良好可扩展性和简单性来解决 IBGP 的全连接问题。阳春市和地市建立 IBGP 邻居，由地市将省发布的路由传至阳春市，阳春市业务路由通过 BGP 发布至地市实现路由回程，从而达到最佳的路由转发效率，提高可扩展性，避免路由决策和数据转发分离造成的次优路由现象。4.4.1 网络分层从网络核心层到接入层，虽然网络的规模在不断扩大，但对设备的性能要求却逐步下降。HoVPN 对高层次设备的路由能力和转发性能要求较高，对低层次设备的要求较低。通过HoVPN 将 PE 的功能分布到多个 PE 设备上，不同层次的 PE 承担不同角色，形成层次结构，共同完成一个 PE 的功能。利用 PE 设备具有的大量接口、大容量存储和高转发能力，为用户提供接入功能，管理和发布 VPN 路由。4.4.2 路由传播HoVPN 充分利用 SPE 路由表容量大、转发性能强和 UPE 的接入能力，通过 UPE 完成用户接入，维护直接相连的 VPN Site 的路由，向 Site 的路由分配内层标签，并通过 MP-BGP，随VPN 路由发布此标签给 SPE。SPE 将路由信息发布给 UPE，并携带标签，实现对同一 VPN 下不同站点之间互访的控制。阳春市为 CE 端，地市网络为 PE 端，阳春市端把互动业务地址通过MPLS VPN的方式发布至地级市网。5 网络可靠性设计阳春市有线电视 IP 城域网网络设计主要从网络安全性、稳定性和可靠性等方面进行分析研究，通过设备选型、设备冗余、链路设计、网络应用模型等方面来提升和保障城域网传输的安全可靠性。通过不间断路由转发、优雅重启动等保护技术的应用，降低设备故障对业务造成的影响。地级市网络核心交换机与阳春市设备之间的链路以及阳春市前端核心设备与分前端机房交换机之间也采用双归上行保护，实现链路备份。在数据传输过程中，方向一致的上行链路采用双路由保护机制，网络核心层拓扑冗余备份，运用双核心交换机进行负载分担和备份，当其中一个核心交换机出现技术故障时，数据能够正常地转换到另一台交换机上。6 结语有线电视网络作为广播电视事业的重要组成部分，承担着广播电视安全播出和安全传输的重要职能，具有其本身独特且无可替代的优势，完成双向光纤网络改造后，将具备优越的数字业务承载能力，通过完善的网络设备和设施、先进的传输技术，满足政企部门和个人用户的各种需求，助力“智慧广电”“智慧乡村”建设。只有加快有线电视网络技术升级改造，才能实现有线电视网络高质量发展，巩固和壮大党的舆论宣传阵地，满足新时代人民群众对高质量视听生活和信息服务的需求。参考文献1 洪光东.如皋市广电 IP 城域网实施方案 J.有线电视技术,2014(4):31-34.2 李杨.广播电视网络安全监管系统设计研究 J.广播与电视技术,2020,47(6):136-139.3李翠芳,梅毅超.IP城域网网络优化改造J.中国新通信,2018,20(12):70.4 黄强,徐家科,陈亮,等.基于 IP 城域网的4K 超高清融合媒体服务平台 J.广播电视网络,2021,28(1):94-98.5 张剑峰.城域网规划中的网络安全设计考虑 J.现代传输,2019(3):47-49.RTN