广电媒体网络IP化改造的关键技术

胡奕

【摘要】随着信息技术的发展，传统广电技术系统的IP化改造已经成为大势所趋，本文将简单探讨一下重庆广播电视集团（总台）在未来几年IP化升级改造中的一些技术方案、关键技术。

【关键词】IP化;虚拟化;SDN

中图分类号：TN94                 文献标识码：A               DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.07.054

1. 广电媒体网络IP化的趋势

广电行业发展先后经历了模拟信号时代、数字信号时代，技术的不断进步给广电行业的发展插上了腾飞的翅膀。近年来4K甚至8K电视节目的制作、播出正在逐渐普及，此外随着融合媒体的发展，尤其是各省市正在大力兴建融媒体中心，目前广电系统的SDI技术架构在面对互联网时代的配置灵活、应用便捷的需求时就会显得力不从心。同时我们也必须看到，历经三网融合以后，广电行业也一直处于劣势地位，广电技术的发展必须将广电媒体网络IP化作为一个新挑战。

2. 现阶段存在的问题

尽管IP化的推进是大势所趋，但IP化并不是灵丹妙药，现阶段任然存在一些核心问题，因此在IP化系统的建设中，需重点注意以下问题：

2.1 数据封装和传输问题。

在整个系统IP化建设之初，需考虑到广电行业的特殊性，传统的视频音频IP化技术已比较成熟，但是必须要解决的一个问题，如何将独立流、辅助文件、字幕信息等数据进行封装和传输。

2.2 传输稳定性问题

传统广电网络采用的是SDI结构设施，且专为广电行业优化，具有媒体中心化、高性能、路由确定、低延迟、支持快速切换等特点。而在网络IP化下，网络传输能力不确定、延迟存在高度的变化性、切换慢。如图1所示：

2.3 网络架构问题

在网络IP化的系统中，网络架构是重中之重，不仅需要考虑的传输能力，且须具备高扩展性，同时必须控制成本效益，因此网络架构问题是一个要着重考虑的难题。

2.4网络安全问题。在网络IP化演变的过程中，广电行业的网络安全需要格外重视。媒体融合、智慧广电、5G传输、大数据人工智能等新技术、新应用促使我们广电系统从封闭式的生产，从点对面单向传播向多媒体内容汇聚，共平台内容生产，多渠道内容分发，跨终端用户转变，这些都将直面网络安全和应用安全问题。

3. 关键技术

3.1 SDN

SDN即软件定义网络，其特点在于实现了将网络控制层与数据转发层相分离。SDN在IT行业历经多年的沉淀，已经具备一定的成熟性。在SDN的体系中，网络带宽支持应用程序通过API的方式控制，同时SDN是基于开放标准定义的，且有中立供应商。

在广电系统IP化实施进程中，SDN control是一个关键点。以传统的IGMP协议为例，路由计算分散在各个交换机中，这种固定路径的配置方式就导致了后期维护难度很大，且这种网络拓扑图为星型网络结构，在这种架构下如果要对整个系统做调整几乎是不可能的。SDN的出现正是为了解决这个问题，软件定义网络的架构可以支持任何网络体系结构，具备高度的自由性和智能性。在SDN下，网络的拓扑图可以是任意的，且无需对网络中的节点进行多次配置，后续还可以通过编程的方式修改内置的网络协议，从而达到提升网络交换性能的目的。

在广电行业内，网络系统可能同时负载着多个业务，在传统架构下网络带宽总是固定的，而改造成SDN后则能很容易实现，比如可以临时让直播业务的带宽临时扩大，待业务需求减少时再恢复回原带宽。

依靠SDN这种逻辑层面的开放性，可以预期在IP化的架构下，广电网络将具备更强的业务承载能力。

3.2 高可用分布式技术

3.2.1 分布式网络存储平台

分布式存储既满足节点间的数据同步又满足负载与非单点问题的解决。计算、存储融合架构便于资源统一管理，业务按需部署，提高效率降低管理成本，同时降低投入成本。

IP集群存储由多个存储节点组成，节点之间使用高速的InfiniBand互连，并且使用分布式操作系统将互连后的存储节点统一成为一个文件系统，对外提供文件访问服务。选择具有横向扩展的IP集群存储系统，具备非常好的扩展性、灵活性和业务弹性，具有高性能、高可用和较高的可管理性。

3.2.2 分布式网络

传统SDI控制系统中，由于线路具有高性能、路由确定、低延迟、支持快速切换等特点，且媒体中心化，网络结构单一、简单。而在IP化的架构下，如果仍然采取单节点的部署模式，所有的leaf交换机数据流都要通过单一的spine交换机，则spine交换机就成为了单一故障节点。当spine的个数为2时，单一故障失败就会降低到1/2，而当spine个数为4时，每一个spine任意分担1/3的数据流，那么整个系统将不存任何单一故障节点。

分布式网络由于不存一个中心的概念，不存在整体崩溃的情况，在传输链路中，各节点互联，具备多条传输路径，因此缺点也就显现出来了，网络变得不利于集中管理，安全性不好控制。借助于SDN可以有效控制，并确保所有资源和带宽的高效性和可持续性。采取分布式网络+SDN控制的模式下，全IP化的优势就得到了充分的体现。

3.2.3 虚拟化云计算技术

虚拟化技术属于云计算技术，整体来看该技术占据核心主导地位，先进性明显。虚拟化技术的出现，很好地解决了计算机硬件资源不足的窘况，并且随着技术的不断发展与完善，虚拟化技术安全可靠，利用率高的特点使得服务器的应用水平进一步提升，服务效果得到改善。现阶段，虚拟化技术主要被分为三个方面，即完全虚拟、部分虚拟和操作系统虚拟。

4. 方案解析

2016年初，按照统筹构建技术支撑体系的思路，重庆广电以融合新闻项目为切入点，参照国家广播电视总局《电视台融合媒体平台建设技术白皮书》打造”两江云”融合媒体云平台。

“两江云”融合媒体云平台以云计算、虚拟技术为支撑，面向融媒体应用建设了业界领先的融合媒体云综合管理系统和贯穿三层架构的安全保障体系，具备了系统弹性扩展、资源高效使用、业务灵活适配、数据综合利用和统一高效管控的能力，通过融合媒体云综合管理系统统一管理资源、业务、数据、运营、流程，通过定义标准接口集使系统具备了充分的互通性和良好的扩展性，基于公有云+私有云混合部署建成了全流程可规划规模化部署的新闻生产系统、生产和发布相结合的CMS、指挥调度、IP化直播、基于融合媒体云的内容交互、移动生产工具、远程协同、智能运维及监控等应用系统和移动端应用，既保证了台内资源的安全性又充分利用了公有云的资源，同时实现了云平台与现有系统交互，为重庆广电融媒体业务运营、服务业态创新、个性化内容产品生产和消费服务提供了一体化支撑。

架构层面，“两江云”平台系统整体规划按照云架构模式建设，软件服务层（SaaS）、平台服务层（PaaS）、设施服务层（IaaS）。网络架构采用了SDN+Overlay纯硬集中式方案架构，根据功能边界分为核心区、接入区和服务器业务区。核心交换机同接入交换机组成Overlay网络，提供VXLAN网络接入能力，承载虚拟计算的数据交换业务，滿足云计算自动化部署要求。

5. 结语

随着融合媒体发展不断推进，IP化架构易于利用互联网资源赋能媒体生产，易于整合复杂的业务系统等优势将继续体现，甚至成为日后技术演变的主导。因此，广电行业内部技术系统的IP化进程中，在信息技术不断迭代的情况下，更需广电技术人顺应时代，加强对新技术的学习，打造更加具备传播力的媒体平台。