2024年4月28日发(作者：)

《有线电视技术》 2018年第5期 总第341期

聚焦

·歌华有线专栏·

运营商

专栏

歌华有线广播电视灾备前端设计与实现

和挺 杨金光 北京歌华有线电视网络股份有限公司

摘要：本文以歌华有线广播电视灾备前端改扩建项目为基础，融合了当前广播电视前端建设的经验，以全IP

化前端为关键技术架构，探讨了省级广电运营商对于灾备前端建设的一些思考。本文从灾备前端设计规划入手，重

点讨论全IP化前端所使用的关键技术以及实现细节，并阐述灾备前端的运维思路。

关键词：广播电视灾备前端 IP化前端建设 广播前端运维

1 引言

2008年歌华新总前端（H0）启用

时，将A0机房（原非平移网前端）、

E0机房（原平移网前端）改造为灾备

机房运行，并在城区N个一级分中心

机房部署了手动切换点。随着广电总

局《广播电视安全播出管理规定》（62

号令）实施细则的颁布实施，其中要求

省级广播电视前端“当发生特别重大灾

害或突发事件播出系统短时间内无法

当时技术较为成熟的ASI传输方式。

然而，随着近年来三网融合的快速发

展，传统有线电视运营商面临着来自

电信运营商和互联网运营商的巨大竞

争压力。面对挑战，公司需要积极拓

展新的业务增长点，如互动电视业务、

视频点播业务、时移电视业务和宽带

业务等。伴随这些业务的展开，基于

ASI接口架构的传统有线电视前端逐

渐暴露出系统结构复杂、信号调度不

灵活、扩容困难等问题。为应对挑战，

方案，同时对未来广播电视总前端建

设的发展和运维具有重要的借鉴意义

和参考价值。

2 灾备系统设计方案

灾备前端的功能定位为在抵御自

然灾害以及其他一些不可抗力发生时，

能够短时间恢复本地区广播电视信号

的应急前端系统。因此，建设灾备前

端需要综合考虑地理位置、备份内容、

系统结构、技术路线和后期运维等方

面，并在保护已有资产和新投资建设

之间取得平衡，保证系统建设和运行

的高效和实用。

恢复时，能应急播出重要节目”。目前，

近年来对总前端系统进行了持续的扩

经过多年运行，A0、E0两个机房与灾

备相关的设备损坏严重，可播出节目

缺失严重，已经无法满足灾备的要求。

此外，这两个灾备系统目前也未向远郊

分公司中心机房提供灾备信号。因此，

综合各方因素考虑，公司迫切要求对

灾备前端进行改扩建建设。

随着网络信息技术的发展，DVB

标准与IP技术的融合使得广播电视前

端结构发生了重大的变化。歌华有线

总前端在2008年建设之初，采用了

容和改造，先后建成了信源IP化系统、

远郊广播电视系统和清流备份系统。

这些系统均采用了基于IP协议的新型

广播电视前端架构。IP化有线电视前

端系统在码率修整、备份方案、信号

切换、码流重组等方面，都可以实现

灵活的调度和配置，并且技术已趋于

成熟，是未来有线电视前端发展的必

然选择。

通过本文的论述，希望不仅可以

清晰的阐明灾备前端建设的设计实施

2.1 灾备机房的选址

根据国家标准GB/T20988-2007

《信息系统灾难恢复规范》中的要求，

需要建设异地备份系统，避免主备中

心遭受同类灾难风险。然而，歌华有

线作为北京市的广电运营商，由于北

京市地理区域的限制，无法实现足够

远程的异地备份。

73

聚焦

·歌华有线专栏·

运营商

另一方面，2008年歌华大厦总前

节目，放弃交互数据以及部分机顶盒

端启用时，已经在E0和A0两个一级

应用。此外，所有数字电视节目均以

分中心机房建设了灾备前端，虽然因

清流方式进行播出。

年久失修造成可用度下降，但从保护

2.3 灾备系统结构

已有投资和有限的机房环境的角度出

发，灾备前端的选址应从以上两个机

鉴于系统的安全等级要求较高，

房中进行选择。

灾备系统采用主备1+1双系统并行运

此外，灾备前端建设还需要考虑

行方式，主备系统同步运行、同步输出；

信号源的接入是否便利，所在机房面

考虑到系统复杂度和运维难度，主备

积、机柜数量、供电及空调等环境因

系统内的信号链路走向采用平行方式，

素是否满足广播电视前端要求。

在调制输出后级进行切换。主备系统

最后，综合考虑以上各点之后，

配置统一网管，并对关键节点信号进

选定在E0机房恢复并扩建灾备前端系

行实时监测。

统。

考虑灾备机房机柜数量，系统内

选用的各类设备均是目前市场上集成

2.2 备份内容

度较高的产品。机柜设备上架综合考

目前北京地区有线电视网内传输

虑空间、功耗、布线和散热几个方面，

的广播电视内容主要分为数字电视节

力求在满足上述要求的条件下实现最

目、模拟电视节目、立体声广播以及

紧凑的组网。

机顶盒应用等。因此，考虑到灾备系

灾备系统包含：信源接收、信号

统信号源选取的特点，以及长期运维

处理、信号复用、调制输出、网络管理、

的复杂度，灾备系统的广播电视内容

应急切换、信号监测七个部分组成。

将比主系统略有缩减，应抛弃掉不具

灾备系统结构如图1所示，灾备

备灾备信源的广播电视节目、区自办

信号来自于卫星及iLynx环网两个部

图1 灾备系统结构图

74

《有线电视技术》 2018年第5期 总第341期

分，卫星信号通过解调、解扰之后打

包为IP组播，iLynx输出的ASI信号

也打包为IP组播，送入第一级核心交

换机。

通过交换机进行组播的汇聚和分

发，送入后级转码、复用等信号处理

系统。转码设备负责完成标清码率调

整、AVS+、MPEG至H.264的高清转

码工作。

经过转码处理之后组播流送入第

二级核心交换机。复用器可以分别从

第一和第二级交换机读取需要的组播

信号，根据总前端播出规划进行复用，

并插入相应表格，形成3个千兆组播

集群，返回至第二级核心交换机。

最后，通过第二级核心交换机送

入后级IPQAM、TVM（模拟调制器）

设备形成数字和模拟RF射频信号，

经过切换混合后送入光发射机，为城

区分公司中心机房提供灾备切换信

号。另一份从第二级交换机输出的3

个千兆组播集群信号则并入网管中心

DWDM系统，送至各远郊分公司中心

机房组成远郊备份信号。

2.4 子系统设计方案

（1）信源接收

灾备系统信源接收分为卫星信号、

iLynx环网信号两个部分。信源接收系

统输出统一为IP组播信号。

卫星站位于昌平和门头沟，通过

A0机房传输至灾备前端机房（E0），

系统结构如图2所示。

通过A0机房EDFA后的光分路

器，将门头沟、昌平（主）两路信号

送至灾备前端。灾备前端使用一台光

切换器进行主备选择（门头沟为主，

昌平为备）。切换后送入解复用器、

光接收机还原为L波段射频信号，并

经过后级无源、有源分配器后送入各

《有线电视技术》 2018年第5期 总第341期

聚焦

图2 灾备卫星信号源路由简图

图3 城区灾备信号输出简图

级卫星接收机。

转换的工作。其中，转码主要涉及由

本地广播电视信号使用歌华有线

AVS+、MPEG-2高清向H.264格式的

iLynx传输环网传输至灾备前端。该

转换。系统内部署主备共10台转码器，

环网在北京电视台、中国有线首站机

可以实现72路AVS+节目转码，16路

房及总前端机房设有传输节点，可以

MPEG-2高清节目转码，20路高清节

获得所有本地广播电视信号、部分付

目下变换转码和160路标清节目码率

费频道、高清频道、信令等。由于其

调整。

使用光缆传输，安全性和可靠性都比

复用器（主备共4台）主要负

卫星信号有更好的保障。因此，灾备

责将所有节目按灾备节目规划复用成

前端使用的大部分信号源取自这里。

28+7个TS流，其中前28个TS流分别

在系统内，这些信号通过IP打包器由

组成两个千兆集群，送入后级IPQAM

ASI信号转变为IP信号送入后级核心

设备用于数字节目的播出；另外，7

交换机。

个TS流组成一个千兆集群，送入后级

（2）信号处理

TVM设备用于模拟节目的播出。

信号处理系统主要分为转码、复

由于灾备系统播出的节目均为清

用两个部分。

流，因此无需考虑复用器对节目的加

转码器主要承担对部分标清节目

扰问题。此外考虑到灾备属性，复用

进行码率调整；对高清节目进行格式

器也只需产生最基本的PSI表格即可。

·歌华有线专栏·

运营商

例如：PAT、PMT表，其余SI表格

取自总前端信令系统，并插入SDT、

NIT、EIT三种表格。

为防止总前端信令系统故障，灾

备前端设计了一套独立的码流录制系

统，每周录制信令码流，当总前端信

令系统故障发生时，可以使用独立码

流播发系统进行临时替换。

（3）信号输出

灾备前端信号输出分为城区部分

和远郊部分。

城区使用IPQAM设备调制输出数

字播出节目，使用TVM设备调制22

套模拟节目。其中主备射频信号和模

拟射频信号经过切换后，二者进行混

合，送入光发射机，为城区5个一级

分中心提供灾备信号。城区灾备信号

输出如图3所示。

远郊灾备信号使用二级交换机输

出的3个千兆组播信号，其中灾备主

用系统输出的千兆信号直接接入网管

中心位于E0机房的DWDM设备，备

路信号（ZB_4）交换机输出的千兆信

号悬置于波分设备一旁，手动插拔将

灾备系统备路输出信号接入环网。灾

备系统远郊信号输出如图4所示。

3 关键技术应用

灾备前端建设参考了近年来总前

端建设的经验，首次尝试以全IP化前

端作为技术架构进行系统的搭建。下

面介绍灾备前端全IP化架构中采用的

几个关键技术。

3.1 TS over IP

对于网络视频业务，目前基于互

联网的视频流传输方式主要有两种，

一种是直接采用压缩后的视频流进行

传输，以微软的ASF、Real-Time的

75

聚焦

·歌华有线专栏·

运营商

Real Media和苹果公司的QuickTime

MPEG2 based DVB Service over IP based

格式为主；另一种是面向数字电视广

Networks”标准，提出了两种实现

播的，采用MPEG-2 TS流格式进行IP

MTS（MPEG TS）over IP的实现方式，

网传输，即所谓的TS over IP，得益于

一种是MTS over RTP/UDP/IP，另一种

众多企业和国际标准化组织的推动，

是MTS over UDP/IP。

近年来各广电运行商纷纷在建设新前

UDP是用户数据报协议，是OSI

端时采用了全IP化系统架构。

参考模型中的一个无连接协议。UDP

TS over IP的主要功能是实现数

协议简单高效，因此适合传输实时

字电视传输协议转换和业务模式转

性较强的媒体信息。借助于UDP协

换，使得数字电视节目以适合的带宽

议，源端和宿端之间不需要建立连接

在IP网络里进行传输和运营。DVB

就可以直接通信。由于这个特点，因

标准组在2000年10月成立IPI（IP

而吞吐量不受拥挤控制算法制约，只

Infrastructure）工作组指定基于IP及

和数据的生成速率、网络带宽、主机

相关网络协议的数字电视业务实现，

性能有影响。UDP协议没有建立逻辑

发布了“ETSI TS 102 034 Transport of

连接且数据传送基于最大努力，不提

图4 灾备系统远郊信号输出简图

图5 MTS over UDP/IP包结构

图6 组播传输示例

76

《有线电视技术》 2018年第5期 总第341期

供QoS保障，因此数据报可能会延误

或者丢失，但输出高效，实时性好。

MTS over UDP/IP包结构如图5所示。

3.2 组播传输

根据传输特点，组播分为二层组

播和三层组播。二层组播中，交换机

根据MAC转发表进行数据包的转发，

通常情况下二层交换机不会自动学习

到组播MAC地址，在找不到MAC转

发表时，组播数据将会以泛洪的方式

在所有其他端口上进行转发。当有主

机发起请求组播需求时，会发送IGMP

报文至交换机，由于IGMP是三层协议，

二层交换机无法处理，此时必须启用

IGMP Snooping协议才能建立组播转

发表，实现组播按需转发。三层组播

又分为域内组播和域间组播，其中比

较常见的组播路由协议有PIM-DM、

PIM-SM和PIM-SSM。

灾备前端的结构如图1所示。节

目信号通过卫星接收机和打包器后均

以UDP组播的形式输出，后级转码器、

复用器接收和输出的信号也均以UDP

组播的形式进行传输。因此，灾备系

统的信号传输与调度完全依赖系统内

的两级核心交换机。因此，如何高效

安全的保证信号在各级交换机之间的

传输是该系统稳定运行的关键。

（1）三层组播路由协议（IGMP、

PIM-SM）

为保证来自不同设备输出的组播

互不干扰，以及保证这些组播按照规

划进行传输，防止出现组播路由混乱

的情况。因此，需要根据来源设备、

目的设备以及业务特点进行VLAN划

分。

以图6所示为例，打包器（IPA）

输出的组播信号送入第一级核心交换

机（ZB-01），其物理端口为1/0/2，

《有线电视技术》 2018年第5期 总第341期

聚焦

图7 两级核心交换机直连

图8 双RP设计

配置交换机将其划入VLAN 101，后级

互联VLAN，通过RP进行组播数据转

复用器输入端口接入ZB-01的物理端

发。

口为1/0/25，VLAN为112。为了保证

需要注意的是，如果此时RP位

组播能够跨VLAN传输，因此配置交

于ZB-01，则所有系统内的组播均需

换机启用IGMP和PIM-SM协议，实

向ZB-01的RP进行注册。由于所有

现组播域间传输。

交换机均开启了三层组播路由协议，

（2）MSDP和双静态RP配置

那也就意味着ZB-03内的组播需要传

在图6所示的案例中，两级核心

输至ZB-01注册再转发至其后级连接

交换机并未有直连通道，中间有物理

的下游设备。这样不仅造成组播路由

设备隔离，因此组播传输路由比较简

混乱，还会造成互联端口内流量暴增，

单清晰。然而，这样的方式并不灵活，

严重时会造成大量数据丢包，威胁系

不适用于未来复杂网络环境下的组播

统稳定运行。

传输。例如，在灾备系统的监测环节中，

为解决这个问题，需要在ZB-03

组播监测设备接入第二级核心交换机，

上再启用一个RP节点，实现双RP设

并期望通过该级交换机获取一级交换

计。这样可以避免ZB-03内的组播向

机内的组播数据，这在组网中就需要

ZB-01注册。双RP设计如图8所示。

将两级交换机进行直连，如图7所示。

在两级交换机上分别配置PIM域

为实现上述需求，需要对交换机

边界，使得本交换机内组播只在本交

开启OSPF路由协议和PIM SM组播协

换机内注册。开启MSDP（Multicast

议，设置Loopback地址，并配置静态

Source Discover Protocol）协议，实现

Static-RP（Rendezvous Piont）；设置

多PIM-SM域间链接，这样可以实现

·歌华有线专栏·

运营商

只有被PC设备请求的组播才可以通过

互联通道传输至另一台交换机内，而

且只存在于特定的VLAN端口内，不

会广播至其余VLAN中。这样做不仅

实现了组网需求，增加了灵活性，也

保证了各级交换机的独立性，使得组

播传输路由更加清晰、安全和高效。

4 灾备系统运维

4.1 网络管理

灾备系统网管连接如图9所示。

系统内配置两台网管交换机，分别负

责主路及备路设备的网络管理。此外，

主备网管链接备网管交换机、终端

PC、监测系统、IP探针设备。因此，

操作人员可以使用终端PC，访问系统

内各环节设备，进行配置及维护操作。

所有设备使用统一管理系统进行

管控，IP地址根据设备所属链路进行

分类，无法分类的则统一至主链路设

备地址段中。

业务端口地址则根据所属VLAN

以及设备端口顺序进行划分。

灾备系统内的组播地址规划根据

设备输入输出端口进行设置，这样可

以保证业务调整时不用修改组播地址，

提高系统灵活性。

4.2 网络安全

灾备系统网络链接保证绝对独立，

禁止该系统与E0机房其他系统互联，

回传的信号也与总前端其他系统分离，

保证链路物理隔离。系统内部开启生

成树协议，防止网络风暴。架设防火墙，

并启用白名单策略严格控制接入设备。

灾备系统内的服务器和终端PC，

需要完成相应的主机加固、补丁升级、

病毒库升级和漏洞扫描。上线运行后，

补丁及病毒库需要进行离线升级，周

77

聚焦

·歌华有线专栏·

运营商

期为1个月。

4.4 系统巡检

4.3 信号监测

灾备系统上线后，日常维护主要

灾备前端安装一套博汇监测系统。

以博汇轮询大屏监测系统为主。值守

其中模拟信号采用实时监测，数字信

人员每日通过轮询监测大屏监看灾备

号采用轮询监测。监测系统框图如图

系统输出的节目是否正常。此外，也

10所示。信号源取自二级混合器之后

可通过机顶盒进行搜台验证，检查节

的分配器。此外，系统内安装一个接

目数量是否正常，并通过电视机检查

口板可以连接一级混合后的分支器和

模拟节目输出是否正常。

二级混合器后的分配器输出，方便维

系统工程师则按照周、月、季、

护人员使用仪表测量各调制器输出的

年的周期对灾备系统进行维护。主要

射频指标，或者在本地机顶盒进行监

内容包括故障处理、系统调整、指标

看。

测试、安全等保加固升级、资料更新等，

图9 灾备统网管连接示意图

图10 监测系统简图

78

《有线电视技术》 2018年第5期 总第341期

保证系统稳定可靠。

5 结论

本文介绍了歌华有线灾备前端建

设的设计方案和实施细节。该系统是

一套完全基于IP化架构的广播电视前

端系统，具有较高的集成度。系统内

采用的设备均为高密度产品，整套系

统（包含主备两路、监测系统等）所

占用机柜仅为7列，内部传输信号完

全使用组播交换技术，设备间采用全

光纤链接。系统具有较为完备的信号

切换及监测手段，保证系统的稳定运

行。

通过本文的论述，希望不仅可以

清晰地阐明灾备前端建设的设计实施

方案，同时期望对未来广播电视总前

端建设及运维提供有意义的参考。

参考文献

[1]朱依军.有线数字电视灾备系统的设计与

建设[J].中国有线电视, 2017(8):917-921.

[2]高旭.有线电视网络灾备系统研究[J].中国

有线电视,2014(5):630-632.

[3]赵泽发,杨波,朱克俊.数字电视广播远程

灾备系统的规划建设与应用[J].广播与电视技

术,2012,39(6):22+24-26.

[4]国家新闻出版广电总局第62号令，广播电

视安全播出管理规定[S].2009.

[5]陈国权.全IP化数字电视前端系统的冗余

备份策略[J].中国有线电视, 2016(5):593-597.

[6]黄志聪,刘浩然.广播电视平台IP化研究[J].

中国有线电视,2016(4):492-494.

[7]李刚.全IP数字电视前端系统信号备份策

略详解[J].西部广播电视,2014(18):192.

[8]周大为.基于IP的综合数字电视前端系统

的设计研究[J].通讯世界,2016(18):73-74.

[9] Transport of MPEG2 based DVB services

over IP based networks. ETSI TS 102 034 V2.1.1

(2016-04).

[10]张琪信. 基于IP技术的数字电视前端系

统的研究与实现[D].华南理工大学,2013.

[11]平亮. 基于IP的TS流传输关键技术研究

[D].上海交通大学,2007.

[12]唐超. 基于IP的综合数字电视前端系统

的设计与实现[D].大连理工大学,2013.

[13] 杨金光.歌华有线数字电视前端IP化实

践与思考[J].有线电视技术，2016(7).

CATV