广电全IP化网络方案

广电全IP化网络方案
广电全IP化网络方案
鼎点视讯科技有限公司
2018年8月
目录
目录........................................................................................................................... ..................................... I 第1章全IP化发展背景 . (1)
1.1行业背景 (1)
1.1.1 全IP化大势所趋 (1)
1.1.2 什么是网络全IP化 (1)
1.1.3 广电为什么做网络全IP化 (1)
1.1.3.1频谱的演进：刚性→柔性 (1)
1.1.3.2系统的演进：垂直→平台 (2)
1.1.3.3设备的演进：复杂→简单 (2)
1.1.4 广电怎么做网络全IP化 (3)
1.1.4.1光纤FTTH模式——贵州 (4)
1.1.4.2同轴DOCSIS广播模式——珠江数码 (5)
1.1.4.3同轴DOCSIS组播模式——珠海 (6)
1.1.4.4IP化平台与传输介质无关 (7)
第2章广电全IP化网络部署方案 (8)
2.1方案整体架构 (8)
2.2网络IP传输升级 (8)
2.2.1 核心网IP化扩容升级 (8)
2.2.1.1传输协议支持 (8)
2.2.1.2带宽扩容 (9)
2.2.1.3安全保护机制 (9)
2.2.2 接入网优化升级 (10)
2.2.2.1机房OLT (10)
2.2.2.1.1 PON技术对比 (10)
2.2.2.1.2 设备选型 (11)
2.2.2.2局端RMD (11)
2.2.2.2.1 频点规划 (11)
2.2.2.2.2 共存阶段所需频点模型计算 (13)
2.2.2.2.2.164户小光节点模型 (13)
2.2.2.2.2.2200户大光节点模型 (14)
2.2.3 网络终端改造升级 (15)
2.2.
3.1对CM/STB要求 (15)
2.2.
3.2割接过程 (15)
第3章关键技术 (16)
3.1组播关键技术 (16)
3.1.1 组播协议与路由 (16)
3.1.2 PIM组播路由协议 (17)
3.1.3 组播复制点与可控组播 (17)
3.1.4 预加入组播节目 (18)
3.1.5 PON系统单拷贝广播技术 (19)
3.1.6 DOCSIS系统组播安全控制 (20)
3.2同轴接入网关键技术 (21)
3.2.1 DOCSIS系统BC信道的作用 (21)
3.2.2 DOCSIS绑定组 (23)
3.2.3 C-DOCSIS系统对多业务多VLAN的支持 (26)
第4章成本核算 (28)
第5章总结 (30)
名词释义 (31)
第1章全IP化发展背景
1.1 行业背景
1.1.1 全IP化大势所趋
在经历了互联网和移动互联网的追赶之后，中国正成为一个重要
的数据大国，预计到2020年中国将拥有全球数据量的20%-25%。

同时，中国政府正通过“数字中国”等政策推动中国各行各业的信息化智能化升级转型，工信部明确了中国广播电视网络有限公司（中国广电）作为互联网骨干网单位的身份，国家大力普及IPv6，各行业信息化安全标准逐渐统一，未来将是万物互联的大网络时代。

但是，广电视频业务是根本。

网络已经正式进入大网络时代，视频也将进入大视频时代，大视频业务对IP化网络和平台均提出了更高的要求。

目前，互联网视频与电信IPTV不断对广电产生冲击，但是广电高稳定性高质量的视频服务已在老百姓心中扎根，广电传统的DVB 直播业务、VOD点播业务将逐渐走向高端市场，在竞争中，我们天然具备更亲民的业务模式、更好的视频网络途径来服务于老百姓。

服务的融合、网络的融合以及上层业务应用的高度融合，将共同推动广电全IP化。

1.1.2 什么是网络全IP化
网络全IP化是指无论通过任何传输介质都能够实现IP化的传输。

只有网络全IP化后才能对业务IP化、终端IP化、前端IP化起到实质性推动作用。

网络全IP化有两种方式：基于同轴的网络全IP化和基于光纤的网络全IP化。

1.1.3 广电为什么做网络全IP化
为快速、大规模的在有线电视网络普及4K业务、更好的融合各业务平台，需要解决频谱资源瓶颈和多业务演进问题，有线电视网络要进一步IP化转型，把视频直播和点播业务以IP方式承载。

1.1.3.1 频谱的演进：刚性柔性
a、有限无线频谱资源vs视频业务持续增长
未来三年4K视频业务将快速普及，节目传输将由标清和高清节目为主，演进为以高清和4K节目为主。

传统DVB单信道在64QAM调制下只有38Mbps的码率，即使能够承载未来的4K/8K节目，也只能容纳1套节目，信道内剩余带宽碎片无法有效利用。

视频节目信道/信源编码调制参数码率
高清节目1920*1080 MPEG-2编码15～20Mbps
高清节目1920*1080 H.264编码8～12 Mbps 4K高清节目4096*2160 H.264编码32～40 Mbps 4K高清节目4096*2160 H.265编码20～30 Mbps 8K高清节目7680*4320 H.264编码60～80 Mbps 8K高清节目7680*4320 H.265/其他编码30～50 Mbps 长的4K节目。

另一方面，大量传统DVB采用广播传输，对于长尾节目即使没人观看，也会长期占用频点。

要解决两者矛盾，需要把频点资源由刚性、固定的，转变为围绕业务按需投放的柔性、灵活高效的方式。

b、资源中心逐渐从“以节目为中心”转换为“以用户为中心”
以用户为中心投放资源，对一个光节点范围的数量相对固定的用户，用户想看什么节目就传送什么节目，优化供给，可以解除节目传送数量的上限制约，最大化服务能力。

1.1.3.2 系统的演进：垂直→平台
a、系统由垂直化向平台化发展，更有利于快速业务部署及运营管理。

早期广电部
署系统，彼此独立，如直播、VOD、OTT等，系统众多并对接繁杂，全IP化能够促进系统平台化发展，提高部署新业务的速度和灵活性，照顾多样化终端的多样化需求。

b、IP通道承载所有直播、点播节目，数据业务。

几种业务的频点资源可以共享，
更灵活的按业务实际需要来调配资源，提高利用效率。

1.1.3.3 设备的演进：复杂→简单
a、I P前端简化了视频平台。

传统基于ASI的数字电视前端采用线性组网，视频数
据不易调整和调度。

b、IP终端机顶盒消除差异化，简单、价格低且产业成熟。

1.1.4 广电怎么做网络全IP化
全IP化在直观表现上，是终端提供的业务全部IP化传输。

主要包括数据（上网）、点播和直播。

数据业务，包括上行和下行的数据传输。

通过DOCSIS/ PON等主流成熟技术，当前的广电双向网络已经提供了业务的全IP 化传输。

视频点播业务，包括点播控制信令的回传（上行），点播节目的播放（下）点播节目的特点是完全个性化，每个用户点播的节目在传输时都是不同的内容。

现有广电网络条件下，传统方式是通过EQAM （或称为IPQAM）系统来提供，STB通过数据的上行通道来回传点播控制信令，视频流通过EQAM的频点推送到STB上。

这是基于DVB 系统实现的点播，所以VOD点播的IP化是全IP化方案需要考虑的一个问题。

各地大部分已通过OTT平台来实现点播平台的全IP化。

视频直播业务，包括标清、高清、4K/8K等
直播节目有几个特点：a）共性较强，很多用户会在同一时刻观看相同的节目；b）节目播放离散度很大，80%的用户观看20%的节目。

80%的长尾节目播放几率不大；c）节目占用的带宽越来越大。

随着节目的质量不断升级（高清/4K/8K），码率倍增，视频直播占用的带宽会越来越大。

视频直播，传统方式是DVB方式，采用RF传输，STB解调频点来播放。

单个频点典型值38Mbps，能放6套高清（MPEG-4），现在只能放一套4K节目。

无论下面是否有人看，所有的直播节目全部上频点，这导致随着单个节目的码率提升，现有频点会逐渐无法满足未来的大码率视频。

而广电的频点资源已经接近饱和，靠增加频点来解决这个问题是无效的。

解决办法是将在RF上用DVB方式传输的直播节目，切换到用组播方式走IP通道来传输，优点是：a）组播方式提供了类似DVB“广播”的效果，相同的人看同一个节目，只传一份节目流，不会增加带宽压力。

b）按需提供。

没有人看的节目，不会在网络中传输，这样能把大量“节约”出来的频点/带宽用于宽带和“热门”大码率节目的直播。

c)业务扩展平滑。

当前如果要增加4K的节目，DVB方式下，需要调整频点，这个工作很繁琐，也容易对现有业务造成影响。

通过IP方式来传输，只要接入带
宽有保障，增加/变动节目非常容易，而且不会大幅增加实际的带
宽消耗（考虑播放离散度）。

语音业务，主要是V oIP方式。

在国内基本没有应用，如果后续要发展这一块的业务，在已有的网络条件下，只需要提供带语音的终端（ONU/CM），增加局端的语音服务器即可。

网络传输的链路使用全IP化通道即可。

1.1.4.1 光纤FTTH模式——贵州
贵州在新开展的双向网区域中，借鉴了电信的FTTH的方案，完全放弃了CATV直播节目的路径，所有的业务都通过PON来传输。

关键词：GPON OLT+ONU，FTTH，单纤双波，纯PON接入。

业务接入方式：
数据业务：GPON传输---数据单播
点播业务：GPON传输---数据单播
直播业务（热门）：GPON传输---组播
直播业务（长尾）：GPON传输---单播
终端类型：
接入网终端：标准数据型ONU，不带CATV。

机顶盒：标准IPTV机顶盒。

方案特点：
纯数据终端成本低，基本包+高收视率节目用组播推送，QoS，低收视节目用单
播
2.5Gbps局端带宽，100Mbps-1Gbps用户接入带宽
标准IPTV机顶盒，比混合型机顶盒（IPTV+DVB）便宜。

与现有DVB终端不兼容，同一个光节点下不能混用FTTH和DVB 的终端。

适合新建的区域。

1.1.4.2 同轴DOCSIS广播模式——珠江数码
珠江数码是最早开始大规模进行全IP化的大型运营商。

早在2015年，珠江数码就已经开始对新用户推广全IP的接入。

珠江数码在不改变终端CM的情况下，通过增加少量的前端CMTS，利用RF频点和CATV光纤的广播，实现了组播节目流通过CATV 光纤广播下发。

关键词：CMTS+CM，DOCSIS静态组播+CATV光纤，标准CM+标准IPTV机顶盒。

?业务接入方式：
数据业务：CMTS+CM传输---数据单播
点播业务：CMTS+CM传输---数据单播
直播业务（热门）：CMTS将直播节目用静态组播通过CATV光纤传输---CM解
调出组播IP流---IPTV解码
直播业务（长尾）：CMTS+CM传输---数据单播
终端：
接入网终端：标准CM，软件少量定制。

机顶盒：标准IPTV机顶盒
方案特点：
充分利用现有的CATV光纤，CMTS把直播节目转换为静态组播，占用部分RF
频点随CATV光纤广播下发， 3.0 CM用部分频点将组播节目引流给IPTV盒子
需要采用3.0 CM，将CM的部分频点用于直播节目解调。

这会占用部分CM的
带宽，实际使用时，采用了6宽带+2直播的频点分配方式（分配
方式可调）。

800Mbps局端带宽，400Mbps-800Mbps用户接入带宽。

标准IPTV机顶盒，比混合型机顶盒（IPTV+DVB）便宜。

兼容现有的DVB系统，同一个光节点下可以混发DVB盒子和IPTV盒子。

1.1.4.3 同轴DOCSIS组播模式——珠海
在DOCSIS发展到3.1标准之后，结合当前的Cable宽带接入设备的进展，珠海采用了与电信方案类似的组播方式，同时考虑了网络的实际情况，采用DOCSIS组播的方式来提供老旧小区的IP直播节目。

关键词：CMTS+CM，DOCSIS组播，标准CM+标准IPTV机顶盒。

业务接入方式：
数据：CMTS+CM传输---数据单播
点播：CMTS+CM传输---数据单播
直播（热门）：CMTS+CM传输---数据组播
直播（长尾）：CMTS+CM传输---数据单播
终端：
接入网终端：标准CM。

机顶盒：标准IPTV机顶盒。

方案特点：
不需要占用CATV光纤资源。

标准组播模式，跟FTTH可以混合共用上层的接入交换机和节目直播系统。

标准DOCSIS 3.0/3.1 CM。

10Gbps局端带宽，400Mbps-4Gbps用户接入带宽。

标准IPTV机顶盒，比混合型机顶盒（IPTV+DVB）便宜。

兼容现有的DVB系统，同一个光节点下可以混发DVB盒子和IPTV盒子。

1.1.4.4 IP化平台与传输介质无关
无论采用哪种方式，所有业务都可以采用IP化传输，这样STB可以采用标准的IPTV 机顶盒，降低成本。

贵州模式和珠海模式，在标准化方面程度最高，是未来的演进方向。

贵州模式适合新建的纯光纤接入区域，而珠海模式对Cable的新建区域和旧网改造均可适用。

第2章广电全IP化网络部署方案
2.1 方案整体架构
2.2 网络IP传输升级
2.2.1 核心网IP化扩容升级
2.2.1.1 传输协议支持
全IP化方案中，直播业务采用组播机制传输，因此在网内对于组播相关的协议支持尤为重要。

组成员关系协议，用于维护组播成员状态；
常用协议包括IGMP v1v2v3，IGMP snooping，IGMP Proxy。

域内组播路由协议，用于域内的组播路由；
常见协议包括PIM-DM，PIM-SM。

PIM-DM一般用于企业级小规模网络，而
PIM-SM一般用于类似广电/电信等大型网络。

域间组播路由协议，用于域间的组播路由；
常见协议包括MBGP，MSDP，通常在网络的上层交换中使用。

2.2.1.2 带宽扩容
传统DVB平台传输直播节目，具备独立物理链路，与数据业务分离，频谱资源完全由DVB平台调拨使用。

而全IP化平台将所有业务整合，统一在数据通道内传输，意味着所有业务都会以数据流量的方式汇集在接入网头端设备，势必要提升核心网内的带宽，以保证业务顺利传输。

以现阶段DVB平台提供的150套标清（码率4Mbps），50套高清（码率8Mbps），2套4K（码率50Mbps）计算，OLT上联端口组播流需占150*4+50*8+2*50=1500Mbps，因此现阶段广电运营商接入网络的上行带宽通常为10Gbps或20Gbps。

未来面向4K视频业务提升、宽带业务需求提升，建议骨干网内带宽扩容至20Gbps 能力，并为5-10年预留80Gbps的带宽能力。

2.2.1.3 安全保护机制
对广电领域来说，直播业务的安全播出比任何业务都重要，这点与电信运营商完全
不同，而全IP方案将直播业务同样通过数据通道传输，安全保护机制的问题浮出水面，在网络中常见的冗余保护机制为ECMP等价路
由、LACP链路聚合技术，对于信息源的安全保护机制可利用源地址认证、白名单等方式保证安全播出。

2.2.2 接入网优化升级
2.2.2.1 机房OLT
2.2.2.1.1 PON技术对比
广电接入网络为了能够节省主干光缆资源，通常采用PON（无源光分网络），将光纤引至光节点，可选小区光节点或楼栋光节点。

目前主流PON技术为EPON和GPON，但随着未来数据流量的激增，1G/2.5Gbps的下行吞吐量根本无法支撑未来宽带业务。

此外，伴随着4K技术的普及，10G的PON技术会成为主流，而目前较为常见的是10GEPON，能够满足全IP平台组播业务和数据业务的需要。

EPON GPON 10G EPON 标准IEEE 802.3 ITU-T G.984.x IEEE 802.3
封装Ethernet ATM Ethernet
中心波长1490nm DS
1310nm US
1490nm DS
1310nm US
1577nm DS
1310nm US
速率上行：1G
下行：1G
上行：1.25G
下行：2.5G
上行：10G 下行：10G
上行：1G 下行：10G
线路编码8/10B NRZ 8/10B 64/66B
兼容性
可平滑升级为
10G EPON 无法利用现有网络升级
至10G GPON
可从EPON平滑升级
成本较低较低非对称：较高对称：高
2.2.2.1.2 设备选型
对于OLT设备选型，满足现有网络和业务要求的同时，也要考虑到未来的平滑升级。

因此，建议OLT采用机架式OLT，能够预留后续扩展槽位，满足未来3-5的过渡升级，主控等相关硬件期间需具备充足资源，便于软件的二次开发和资源调用。

机框高度不超过6U 最大背板带宽不低于4.8Tbps 槽位不少于8个组播IGMP v2/v3
主控1+1备份组播代理
IGMP Proxy/Snooping
上联端口不少于8*10GE 冗余保护ECMP、LACP 10GEPON口不低于48个IPv6 支持
2.2.2.2 局端RMD
2.2.2.2.1 频点规划
我国数字电视整转期间，根据《中华人民共和国广播电影电视行业技术要求——有线数字电视频道配置指导性意见》，标清、高清、VOD等业务占据了大部分频点规划，频点资源压力突出，因此全IP演进需要对现有频谱资源进行梳理和挖掘。

现有资源梳理：
模拟频点是否占用过多
点播频点是否占用过多
有无闲置、未使用频点
是否支持750/860/1000MHz
现有资源挖掘：
QAM64→QAM256
减少模拟电视频点
IP通道承载长尾直播节目（双模盒子）?IP通道承载4K节目（双模盒子）
2.2.2.2.2 共存阶段所需频点模型计算
2.2.2.2.2.164户小光节点模型
光节点规模64户QAM频点带宽38Mbps 高清节目码率8Mbps 接入宽带100Mbps DOCSIS频点带宽50Mbps 标清节目码率4Mbps
宽带并发率10% 点播并发率15% 4K节目码率30Mbps
宽带开通率30% IP组播并发率10% 模拟频点6个
过渡阶段老用户
比例
新用户
比例
高清节
目数
（个）
所需高
清DVB
频点
标清节
目数
（个）
所需标
清
DVB
频点
4K节
目数
（个）
所需4K
的DVB
频点
直播（组
播）所需
DOCSIS
3.0频点
宽带所需
DOCSIS
3.0频点
老用户
VOD所需
频点
（DVB方
式）
新用户
VOD
所需频
点（IP
方式）
模
拟
频
点
累
计
1 100.00% 0.00% 50 11 150 16
2 2 0 4
3 0 6 42
2 90.00% 10.00% 50 11 150 16 2 2 2 4 2 1 6 44
3 80.00% 20.00% 50 11 150 16
4 4 3 4 2 1 6 47
4 70.00% 30.00% 50 11 150 16 4 4 3 4 2 1 6 47
5 60.00% 40.00% 50 11 150 1
6 8 8 6 4 2 1 6 54
6 50.00% 50.00% 60 13 150 16 8 8 6 4 2 1 6 56
7 40.00% 60.00% 60 13 150 16 8 8 6 4 1 1 6 55
8 30.00% 70.00% 60 13 150 16 8 8 6 4 1 2 6 56
9 20.00% 80.00% 80 17 150 16 10 10 7 4 1 2 6 63
10 10.00% 90.00% 80 17 150 16 10 10 7 4 1 2 6 63
11 0.00% 100.00% 80 0 150 0 10 0 7 4 0 2 6 19
12 0.00% 100.00% 100 0 120 0 10 0 7 4 0 2 6 19
13 0.00% 100.00% 120 0 100 0 15 0 10 4 0 2 6 22
14 0.00% 100.00% 150 0 50 0 20 0 13 4 0 2 6 25
15 0.00% 100.00% 150 0 0 0 30 0 19 4 0 2 6 31
第13页
2.2.2.2.2.2200户大光节点模型
光节点规模200户QAM频点带宽38Mbps 高清节目码率8Mbps 接入宽带100Mbps DOCSIS频点带宽50Mbps 标清节目码率4Mbps
宽带并发率10% 点播并发率15% 4K节目码率30Mbps
宽带开通率30% IP组播并发率10% 模拟频点6个
过
渡阶段老用户
比例
新用户
比例
高清节
（个）
所需高
清
DVB
频点
标清节
目数（个）
所需标
清
DVB
频点
4K节
目数（个）
所需4K 的DVB 频点
直播（组播）所需DOCSIS 3.0频点宽带所需DOCSIS 3.0频点老用户VOD所需频点（DVB方
新用户
VOD所
需频点
（IP方
式）
模拟
频点
累
计
1 100.00
%
0.00% 50 11 150 16 2 2 0 12 7 0 6 54
2 90.00% 10.00% 50 11 150 16 2 2 2 12 6 1 6 56
3 80.00% 20.00% 50 11 150 16
4 4 3 12 6 1 6 59
4 70.00% 30.00% 50 11 150 16 4 4 4 12
5 2
6 60
5 60.00% 40.00% 50 11 150 1
6 8 8 6 12 4 2 6 65
6 50.00% 50.00% 60 13 150 16 8 8
7 12 4 3 6 69
7 40.00% 60.00% 60 13 150 16 8 8 7 12 3 3 6 68
8 30.00% 70.00% 60 13 150 16 8 8 7 12 2 4 6 68
9 20.00% 80.00% 80 17 150 16 10 10 9 12 2 4 6 76
10 10.00% 90.00% 80 17 150 16 10 10 9 12 1 5 6 76
11 0.00% 100.00% 80 0 150 0 10 0 10 12 0 5 6 33
12 0.00% 100.00% 100 0 120 0 10 0 10 12 0 5 6 33
13 0.00% 100.00% 120 0 100 0 15 0 12 12 0 5 6 35
14 0.00% 100.00% 150 0 50 0 20 0 15 12 0 5 6 38
15 0.00% 100.00% 150 0 0 0 30 0 21 12 0 5 6 44
第14页
2.2.3 网络终端改造升级
2.2.
3.1 对CM/STB要求
全IP方案部署采用DOCSIS 3.0 CM，至少支持8*DS+4*US，可选支持16*DS+8*US，利用通道绑定技术，提供足够的接入带宽。

机顶盒逐步派发IPTV机顶盒。

2.2.
3.2 割接过程
考虑到数字电视整转过程中，DVB系统的机顶盒参差不齐，针对不同模式的机顶盒，替换方法可参考下表：
模拟电视用户数字电视用户数字电视用户数字电视用户IPTV用户盒子状
态
无盒子单向盒子单模双向盒子双模双向盒子CM+IPTV盒子
视频承载平台BTV平台直播DVB平台
直播DVB平台；
点播DVB平台
直播DVB平台或IP
平台；
点播IP平台
直播IP平台；
点播IP平台
发展方
向逐步减少模拟
电视频点占
用，进而降低
模拟电视的丰
富性，强制终
端更换，但至
少要维持政策
性6套
通过以旧换新、出租、业务套餐、4K等模式，促进终端
更换，可参考广电标清盒→高清盒的发展模式
推广CM+IP盒子/
网关，CM支持
8/16/24*DS，可结
合宽带业务捆绑，
可参考电信IPTV
模式
第3章关键技术
3.1 组播关键技术
3.1.1 组播协议与路由
相比单播来说，使用组播方式传递信息，用户的增加不会显著增加网络负载，减轻了服务器和CPU的负荷，节约网络带宽。

组播报文可以跨网段传输，不需要此报文的用户不能收到此报文。

相比广播来说，使用组播方式可以远距离传输信息，且只将信息传输到有接收者的地方，保障了信息的安全性。

组播协议分为两大类：
●路由器-路由器之间的组播路由协议，分为域内组播路由协议(PIM)及域间组播
路由协议。

●主机-路由器之间的组成员关系协议，主要包括IGMP(Internet 组管理协议)。

上图是一个基本的组播业务拓扑示意图，图中Router1与Local Multicast Router组播路由器之间采用PIM组播路由技术进行组播数据通信。

末级组播路由器Local Multicast Router为组播复制点，它与终端Video Client采用IGMP协议来维护组成员关系。

组播数据由源服务器VideoServer发出，依靠组播路由和IGMP协议进行选路，最终到达Video Client。