IP化演播室（通用7篇）
IP化演播室 篇1
随着互联网技术的飞跃发展, 媒体融合快速进入电视领域, 云计算技术被大规模推广, 可以预见, 云计算平台将成为未来电视台的核心技术基础平台。电视台的节目制作系统, 将逐步脱离传统的广电架构, 而以全新的IP化形态去进行构建。
相比其他系统平台, 目前演播室系统的IP化程度最低, 这需要花费很多的时间, 很复杂的过程, 才能向云计算迁移。而后期制作系统的云计算平台建设则相对实践较多, 并积累了不少成功案例。因此, 如果能够及时把握住未来的技术大动脉, 在推动建设新一代后期网络系统的基础上, 勇于开启前期演播室IP化技术改造的进程, 将有利于打破传统广电前后期系统间的壁垒, 使节目制作效率得到快速提高, 从而推动制播自动化流程变革, 为电视台突破固有节目模式, 提升节目竞争力, 带来更有力的技术支撑。
本文将从前期演播室录像机设备改造、前后期制作自动化流程设计、前后期网络互联平台建设等几方面进行技术策略分析, 探讨如何从演播室的录播环节着手, 实现前后期节目制作系统之间的IP化互联。
一前期演播室录像机设备改造技术策略
1. 演播室传统录像机设备存在问题
电视技术从模拟到数字, 从标清到高清, 再到4K, 电视台内新旧设备的更迭日趋频繁, 而在节目制作流程上, 多格式并存、记录介质各不统一的现象也日益凸显, 这给节目制作和管理带来不便, 也大大降低了工作效率。其次, 各广电厂商在记录介质有所取舍, 目前大力推进半导体、光盘以及硬盘技术的发展, 传统磁带录像机面临逐步停产的境地, 许多老旧设备的维修维护已经得不到保障。再次, 因应目前全媒体演播室的发展方向, 设备IP化、IT化、无带化的特点已成为重点考虑的功能需求, 以更好地实现前后期制作的流程化和自动化。
因此, 寻求既能延续原有演播室录播功能, 又能切合日后技术发展的新型录像机设备成为当务之急。
2. 使用硬盘录像机逐步替代传统录像机, 解决演播室录播设备多格式不兼容问题
近年来视音频编解码技术、智能化集成化技术不断成熟, 硬盘录像机以其独有的功能特性脱颖而出, 在演播室IP化改造中一展身手。硬盘录像机基于传统PC平台, 通过内嵌的编解码功能实现对视音频信号的记录、重放功能。它能够通过SDI/HD SDI接口与演播室系统连接, 既能播放节目生产中所需的各种素材, 又能录制节目。录制下来的节目素材以文件的方式进行存储、迁移或传输, 可以通过硬盘录像机自带硬盘介质或网络来实现。
经过测试硬盘录像机完全可以代替传统磁带录像机工作, 既满足现有节目的录制及播放要求, 又减少了专用记录格式和介质的限制, 很好地解决了原来多种录像机设备格式不兼容的难题。
3. 充分利用硬盘录像机的网络功能, 实现前期演播室与后期非编系统间节目素材的快速交换
在演播室, 录像机主要用于节目录制和素材播放, 而演播室与非编之间一直是采用录像机磁带作为中间媒介。如果演播室能够与后期制作系统直接联通, 就能大大减少节目素材传输环节, 有效提高工作效率。
我们建议采用的硬盘录像机, 自带网络接口, 兼容TCP/IP等网络传输协议, 可以通过网络直接与后期系统进行互联, 从而具备“网络录像机”的功能。采用硬盘录像机实现演播室与后期制作系统联通的示意图如图1。
硬盘录像机利用网络端口通过光纤或网线与后期制作系统相连接, 非常方便地实现了演播室和后期制作系统的素材交互。
此外, 对于广播专业级别的硬盘录像机, 由于其采用内嵌式操作系统, 具有较好的防攻击性能, 即使系统崩溃, 恢复起来也比较方便快捷。所以演播室可以通过这类硬盘录像机的USB接口快速读取U盘、移动硬盘等外来素材, 满足节目播出要求, 为打造全媒体演播室提供更多的捷径。
4. 保障原有节目制作平稳过渡
从发展方向看, 硬盘录像机可逐步替代传统录像机, 但为了确保现有节目录制和播出流程不受影响, 演播室仍需增补部分传统录像机设备, 用于系统过渡。充分考虑性价比及使用的延续性, 可以考虑采用光盘或P2卡录像机。同时, 后期非编制作系统也需增补相对应的录像机, 以填补上下载设备空缺。
二前后期制作自动化流程设计策略
1. 前期演播室送后期制作系统流程
演播室的硬盘录像机收录操作各有不同。有的硬盘录像机将素材记录在本地硬盘介质上, 并同步推送素材文件到网络缓存。有的硬盘录像机先将素材记录在硬盘介质上, 再通过网络下载素材文件, 然后经上载工作站将素材文件上传至网络缓存;或者将硬盘拔出, 然后通过上载工作站将素材文件上传至网络缓存。
在演播室及后期制作区均设计配置上载工作站, 可以同时映射网络缓存和制作系统存储。上载工作站部署专用上载软件, 可选取缓存中的视音频素材, 手动填写栏目名称、文件名、时间码等元数据信息, 并在上传过程或在指定目录中生成统一格式的XML文件, 最后存放到目标文件夹中。后期非编系统的迁移入库服务自动扫描目标文件夹中的视音频文件及XML文件, 通过分析XML文件内相关信息, 实现素材的自动入库。
针对需要转码的视音频素材, 后期制作系统还提供转码服务, 可以检测目标文件夹中的XML文件, 扫描XML文件内信息字段, 判断是否执行转码流程。需要转码的视音频文件, 提交转码系统, 执行完毕后自动迁移到待入库目标文件夹中。
可见, 从演播室到后期制作系统的全自动无带化流程涉及上载、转码和迁移入库等环节, 其总体流程规划可参考图2。
上载、转码和迁移入库等环节的服务软件需要根据各电视台的要求进行订制开发, 其中需要重点关注以下几个技术策略。
首先, 要制定一个标准的XML元数据文件格式, 作为串联起整个工作流程的元数据交互标准。下面提供一个XML文件的格式定义作为参考:
XML文件名为***.grt.xml
XML格式参考定义
第二, 上传软件需能支持新的XML文件生成, 也能支持不标准XML文件的转换。上载软件具备用户认证登录和用户信息配置功能, 可以对每个用户设定对应指定的栏目名、目标文件夹。用户登录后可自动填写相关信息。上载软件界面可提供图形化任务监看界面, 可以查看文件上载进度以及上载结果, 提供日志记录和报警提示等信息。
第三, 转码软件的转码源格式需支持XDCAM、DNx HD、Pro Res422、MPEG-4、DV25、TS、H.264、GV HQ等主流媒体格式, 转码后文件需支持台内各非编系统直接入库使用。转码软件应支持XML文件扫描, 待XML文件内的信息字段确认文件传输完毕后, 再依据转码模板自动执行转码服务;同时也能支持直接扫描视音频文件方式, 通过监控文件夹内的视音频文件, 按照设置策略进行转码。转码软件的服务器满足协同工作功能, 任何一台服务器故障不影响业务的运行, 其中一个服务出错时, 未执行完的任务和排队待执行的任务能调度到正常运行的服务节点上执行。
第四, 入库软件应支持均衡负载工作, 其中任何一个服务器节点故障都不影响业务的运行, 且每个节点实现超实时入库工作。和转码软件一样, 入库软件支持XML文件扫描, 待XML文件内的信息字段确认文件传输完毕后, 再执行迁移入库服务, 保证流程的可靠性;同时也能支持直接扫描视音频文件方式, 每个节目栏目配备一个文件夹, 监控文件夹内的视音频文件, 并按照设置策略迁移入库。
2. 后期制作系统推送前期演播室播放流程
后期制作系统可以在非编站点中部署文件上载软件, 把需要交换到演播室的素材传到缓存, 演播室可通过网络将文件手动导入硬盘录像机进行播出。也可以将需要播放的文件通过上载工作站拷贝到移动半导体介质内, 插入硬盘录像机进行播出。
考虑到在网络缓存或转码入库流程故障时的安全应急, 应在非编制作系统配置部分硬盘录像机, 用于紧急上下载。
3. 后期制作系统间交互流程
利用前后期制作系统的互联网络, 还可以实现不同非编系统的文件入库交互。非编站点中部署文件上载软件, 先将需要交换到其他后期制作系统的素材传到缓存, 再经由上传软件生成XML文件。其他安装了入库软件的后期制作系统, 扫描识别XML的元数据信息, 然后执行自动入库操作。
三前后期网络互联平台建设策略
1. 网络规划设计
经过统一的网络部署规划, 连通前后期制作系统, 可以为今后的系统发展奠定良好的网络基础平台。后期制作系统中心机房通常为标准的信息机房, 空调、电力、安全、监控等设施配套完善, 可作为系统的信息数据中枢。各演播室及后期制作系统则可以通过部署万兆光纤将网络延伸至各个区域, 各区域部署接入层交换机, 分别连接需要接入的服务器和站点。网络规划示意图如图3。
交换汇聚点由两台万兆核心层交换机通过40GE接口进行堆叠, 接入点由两台千兆交换机通过10GE接口进行堆叠。核心层交换机和接入层交换机经过双万兆光口进行对接, 并进行链路捆绑。采用这种组网方式, 架构简洁, 不需要配置复杂的协议, 大大提高链路可靠性及带宽利用率, 还可以实现快速的故障收敛。
许多电视台的演播室会比较分散, 甚至位于不同的建筑大楼, 那么可以考虑建设多个数据信息汇聚点, 再通过万兆光缆进行互联。互联链路也进行捆绑, 以求降低主干链路的故障风险。图4是以两个汇聚点为基础, 设计规划的前后期网络互联拓扑图。
2. 网络交换带宽设计
演播室硬盘录像机一般配置千兆网络卡, 以DNx HD120M文件为例, 千兆网络可支持四路DNx HD 120M文件实时传输。而从接入层交换机到网络缓存连接的则是万兆以太网, 缓存系统一般配置10Gbps背板, 10Gbps的万兆以太网络文件传输速度可以至少达到3.5Gbps以上, 也就是可以支持30路DNx HD 120M视频文件的实时传输。
以上面规划的前后期网络互联拓扑图为例, 如果多通道硬盘录像机为三个通道, 单通道硬盘录像机为一个通道, 那么所有演播区累加起来总共需要16路视频实时传输, 还有14路通道富余, 可以规划给其他多通道收录系统使用。
四总结
当今社会, “互联网+”成为热点, 这意味着传统行业需要通过新思维、新技术、新平台的引入, 实现新的发展形态。传统的电视前后期制作系统同样需要更加开放, 更加通用, 更加自动化的IP化网络, 来解决原有基带信号方式给系统构架带来的发展瓶颈。特别是随着4K技术的逐步发展, 系统IP化就更能凸显其技术优势。因此, 希望本文探讨的技术方案, 能够抛砖引玉, 为今后电视演播室与后期制作系统互联技术发展贡献一份力量。
IP化演播室 篇2
一系统设计原则
功能完备性:能够完成新闻等节目的现场直播和录制工作;
先进性:系统设计可以保证在新闻等节目的制作方面与国际电视制作水平同步;技术系统设备采用目前成熟稳定的国际领先产品,并且具有实际使用的成功案例;系统设计着眼于未来电视事业的发展,功能和性能上有一定的超前性;
标准性:系统各项技术指标符合国家及行业有关标准,视频系统设备采用高清架构,支持1080/50i高清制式;
可靠性:在系统设计中,考虑了完善的应急方案,应急操作安全快捷;
扩展性:系统设计具有整体性,功能清晰、简洁,设备的空间布局合理,为功能的升级和扩展留有空间,保证今后扩展灵活、方便且布线规范,系统在设备选型、系统设计等方面进行了充分的考虑;
经济性:本着节约成本的原则,有些原有设备再利用,系统进行科学合理的统筹规划,配置的设备具有最佳的性能价格比;
方便性:在满足功能的前提下,系统的操作直观简易,信号的调度方便灵活,设备的调整和维护便捷实用;
专业功能与个性化需求相结合:设计在满足新闻演播室功能的同时,充分考虑和青岛市广播电视台的个性化需求相结合;
人性化设计要求:在系统集成的设计与实际安装过程中,合理考虑设备布局与人员操作位置,确保工作人员有足够的工作空间,监视器位置在工作人员的视野范围内,符合人体工程学的要求。系统设计可以使工作方式更规范,更方便、更简洁。
二系统简介
1. 视频系统
本系统包括3个摄像机讯道、1路室内轨道摄像机、4路外来信号、1路3G/4G信号、4台高清放像机、2套高清硬盘播出、一套应急播出平台和1套有卡站、1路计算机DVI信号输入;2路在线包装和1路字幕,以键控的方式输入,能够进行3路(PGM/CLEAN/延时后,由矩阵调度通过录像机录制)。具备视音频主、备双通道,双路延时直播播出。
同时,为了能够同时进行标清节目的录制,保留一套标清硬盘播出服务器和一台标清应急播出,通过矩阵选择进入2台上变换设备,接入系统,2台下变换设备进入1台录像机和标清网络采集。
切换台选用Sony公司的MVS-3000A 2级M/E高标清兼容的高清切换台,具有帧同步和帧延迟调整功能。支持4:3信号的边旗设定,24路及以上直切键,每级M/E具有4个全功能键,支持同级M/E上色键和亮键,并可同级内调整大小和位置,可自由定义键层关系。AUX辅助面板支持BNC电缆连接方式,32路HDSDI/SDI输入;16路可指派输出。
切换台的输入信号中27路直接从信号源输入,还有4路从高清矩阵中调配。输出16路中有9路是各级M/E的PGM、PVW、P/PCLEAN信号,7路是AUX信号,AUX1、2送入在线包装系统,AUX7送入LED液晶电视用于演播室背景,在字幕工位配置一个AUX面板,这样导播可在切换台AUX面板选择信号源,字幕人员也可选择。
信号输入/输出分配如图1、图2。
视频系统如图3。
矩阵选用Sony公司IXS-6600,总输入为48路,总输出为51路。最大可扩展为输入64路,输出68路。为高标清兼容、用于应急切换和系统信号调度。包括外来信号在内的所有信号源信号以及切换台各级M/E的PGM、PVW、CLEAN和AUX输出信号、上下变换信号均输入矩阵中。在系统中矩阵担负了应急通道、分配通道、监视通道等信号的调度功能。矩阵配置了一个XY面板、一个8通道输出切换面板供技术区使用,配置了一个单母线控制面板在导播区应急切换使用。
2. 音频系统
音频系统满足新闻频道日常节目直播与录制,能够完成立体声制作的记录、传输和监听,在音频通道设计上采用了主备双调音台的设计。
主调音台选用了德国LAWO系列Sapphire广播级数字播出调音台,支持环绕声(5.1格式)节目制作。模块化结构,控制界面、DSP核心及I/O接口为分离结构,接口方面:MIC输入/模拟LINE输入16通道,带同步的AES/EBU输入18通道(36个单声道);模拟LINE输出16通道,AES/EBU输出8通道(16个单声道,AES输出至少为两个板卡,以保证双链路PGM安全)。模拟接口用平衡方式,数字接口用AES平衡110欧接口,所有AES/EBU输入具备SRC功能;采样频率SRC(44.1k Hz、48k Hz)自适应功能,具有外同步锁相单元,具有足够的卡槽用于日后升级。MIC/LINE输入通道具备48V环相供电、高通滤波器、反相功能。
考虑到节约成本,备调音台选用了以前使用的YAMAHA DM1000具备16路MIC/线路输入,4路线路输入、12路线路输出、8对AES输入输出,操作界面具备16个触摸感应推子,可分为2层,可控制32路输入。
所有音频信号源均进入主调音台,选取主要信号源进入备调音台,若使用备台时某一路信号源未接,可用跳线接入。配备了近场监听切换器,可方便对主备调音台近场监听信号进行选择。音频系统如图4。
3. 监视系统
图像监视系统是视频系统中重要的组成部分,为保证直播与录制的可靠性,我们根据不同信号监看不同的特点选用50英寸、24英寸、17英寸和9英寸监视器。对摄像机、硬盘播出、有卡、外来和字幕、PGM、PVW、延时前后、辅助和应急均有监视。部分监视器的输入信号有矩阵进行灵活调度,视频区音频区采用画面分割方式,方便导播与责编把握全局。分为视频区与音频区监视。视频区和音频区电视墙采用16台50英寸松下等离子监视器。
画面分割器选用AXON公司的HQW220共16套,输出为DVI信号分别送给视频区和音频区电视墙16台50英寸松下等离子监视器。分割器分辨率1920×1080,监视器上可显示出每路信号的源名,支持嵌入音频的音柱显示。
视频区电视墙放置2台24寸高清监视器为PGM、PVW信号用于导播监看,一台17寸监视器供字幕监看AUX信号,技术区用一台24寸高清广播级高清监视器用于技术总监信号监看。演播区放置3台17寸液晶监视器供主持人监看PGM、PVW及录像机信号。
4. 通话系统
为使通话系统既能在各个工作区域内部通话顺畅,又能实现主持人与外部记者连线,我们采用了四线制通话系统,配备了标准鹅颈话筒。在导播区放置了一个Clear Com MS-702四通道通话主站。调音台编组输出送入MS702PGM IN口,MS702 PGM OUT至调音台,MS702 A通道与机房全双工通话,B通道接入放像区,C通道送给主持人,分出两路,一路通过有线腰包送与主持人,另一路送与无线发射器,有两套单向无线通话腰包,有线与无线可相互备份,D通道接入4线2线转换器分别接入3台摄像机通话系统,可实现与摄像人员通话。2台电话耦合器接入调音台,这样可实现编辑、导播、主持人、外出记者、摄像师相互间的直接通话。图5为通话系统图。
5. 同步、测试和时钟系统
同步系统是整个演播室系统的命脉,它为演播室提供基准信号,演播室配备两台LEADER LT443D信号发生器互为备份,两路信号进入同步信号自动倒换器LEADER LT4441。本系统采用模拟黑场同步(Burst Black)信号经分配后送给视频系统设备,字时钟(Word clock)信号经分配后送给主备调音台。
测试设备一台选用LEADER LV5770多功能波形监视器,可用于视频通道的眼图测试,另一台选用泰克公司7120波监器,用于测试各路摄像机信号。
时钟系统是协调各播出环节协同工作的基础,本系统接受由总控来的时钟信号进行校时,确保与总控时间准确无误,另外由于本演播室有延时播单元,直播时需延时播出,因此配置了时钟延时单元,可根据需要设置延时时间,还配置了倒计时控制器、倒计时子钟为导播及现场直播人员提供精准时间。
6. TALLY系统
TALLY系统选用GHG Tally控制服务器,它是具有播出、预监源名跟随双色TALLY,可使系统中多画面分割器监看画面有提示功能,一路信号的下方红色方框标出正在播出的画面,绿色方框标出预监画面,无色表示空闲状态来反映各机位及操作点(包括摄像、硬盘播、555、有卡等)的工作状态,给编播人员提示,使各岗位人员明确了解直播调度进程,系统正常使用和应急使用时TALLY信号可实现无缝切换。
三演播室特点
1. 灵活的调度系统
由于采用了一台48×51高标清兼容矩阵,所有外来信号及系统内的信号源均进入矩阵,再由矩阵分配给应急、录像机、画面分割器以及外接口板等,单母线矩阵面板总共有两个,其中一个位于导播前方,作为应急信号切换使用。由于为应急通道,所以我们将该面板的目的输出直接设置为矩阵的第一路(EMG),面板上的32个按键均为信号源选择。方便信号快速、准确调度。另外一个作为技术人员及灯光师选择监看信号使用。特别是有8路输出直切面板,这8路目的信号是演播室重要的常用信号,分别是3台录像机、一路技监、灯光监视、非编、应急播服务器、到6楼高清演播室的一路独立信号,选中目的可以选取几乎所有的源信号,非常直观。另外,矩阵具有一路独立的嵌入能力。输入信号来自于矩阵的选择,输出信号通过跳线根据实际需求跳线到任何位置。下变换处理:由两套各自独立的下变换板卡构成,输入及输出均环接在矩阵上,方便该系统内所有的信号根据实际需求进行下变换操作。
系统内所有信号源通路均上调线,当某个设备出现问题或需要改变信号走向时,可以通过调线完成信号通路的改变。
2. 充分挖掘原有设备潜力
这次高清化改造使用了部分原有设备,比如备用调音台、调光台、2台在线包装、摄像机三脚架、工作台、电视墙、电话耦合器、通话系统、8台50寸等离子监视器等,这些设备虽然使用年限较长,但其功能上继续有用武之地,经过一年多的使用这些设备完全可以放心使用,节约了大量成本。
3. 轨道摄像机的使用
轨道摄像机的使用是这次演播室改造的一个亮点,轨道采用吊挂方式挂于演播室上方,轨道布局为L型,这样摄像机可移动范围可跨过整个演播区,景别范围可覆盖整个演播区与导控区,控制器采用触摸屏控制,可控制云台的移动、摄像机的光圈、推拉摇等操作,并可记忆多个点、多个轨迹,节目可根据需求做轨迹、出入点移动摄像机。特别适合大全景的制作。
4. 演播区多背景制作及接口箱
此演播室是开放式演播室,即导控室与演播区是相通的,导控区的电视墙可作为景区,演播区的背面及两侧也可作为景区,形成多个景片。演播区背面可设置移动的背景,需要时移走更换成别的背景。因此此演播室不仅适合新闻节目的直播还适合访谈类节目的录制。
演播区的接口箱是导控区与演播区的重要桥梁,即将导控区的视音频信号送到节目制作现场,又可将现场产生的信号送回导控区。合理的接口配置将大大提高系统的灵活性。在演播区配置2个接口箱,接口板上配置了2组高清PGM、2组标清PGM、4组矩阵母线、2组录像机输出、2组同步、1个时钟信号、1个通话、6组MIC输入、5组主调音台母线输出,全面兼顾了节目现场的各种监看、监听。
四结束语
交换技术人员的IP化转型 篇3
概述
随着我国社会发展和经济技术的进步, 以前作为信息通讯主力军的固定电话通讯方式正逐渐被更多, 更新的通讯方式替代, 如移动电话, IP电话等, 且随着技术的发展, 国家产业政策的变化, 原有的TDM程控交换系统也在逐步向综合化, IP化的方向如软交换转型。这就要求原来的程控交换网络技术人员顺应形势, 迅速调整自己的知识技能结构, 向IP化, 综合化的方向转型。
网络组织
1. 概述
不论是程控交换网络还是IP网络都是符合OSI七层参考模型的, 只不过IP网络将会话层, 表示层, 应用层通过技术标准的统一和技术合并为一个应用层而已, 在此就不一一赘述每一层的作用了。
固网和IP网都是完成数据流的交换, 只不过表示的内容和形式不同而已, 都是由交换设备.传输设备.用户终端组成。对固网交换设备是程控交换机, 对IP网交换设备是路由器和交换机;传输设备对固网是光传输网元, 对IP网是光传输网元或裸光纤 (光接口单板内置传输网元) ;用户终端对固网是电话机, 对IP网是计算机。
2. 网络结构
大家都知道, 现在固网的层次结构是由骨干网, 本地网, 接入网三级构成, 骨干网是由国际.国内长途交换局组成, 本地网由多个本地交换机组成, 而接入网是由多个模块局和接入网点组成, 完成用户的接入。
仔细研读IP网络知识资料, 你会发现IP网络结构也是由骨干网, (或叫核心网) 城域网 (或叫分布网/层) , 接入网 (或叫访问网/层) 三级组成的, 只不过IP骨干网是由多个高性能的路由器组成, 城域网由多个一般性能的路由器和三层交换机组成, 而接入网是由多个不同形式的交换设备组成, 完成用户的接入。
3. 网络拓扑
固网的拓扑有星形网, 网状网, 环形网等三种基本拓扑方式, IP网的拓扑有星形网, 总线网, 令牌环形网等三种基本拓扑方式;从字面上都可以看出, 星形网是一汇接节点, 多普通节点的方式, 在固网节点是程控交换机, 在IP网节点是由路由器或交换机;网状网/总线网的特点是网络节点都有直接相连, 同样在固网节点都是程控交换机, 在IP网节点都是路由器或交换机;环形网是相邻节点相连而成环, 区别是固网通过路由断路避免码流环路, 而IP网通过令牌方式避免数据流冲突和环路;实际中, 都还有链形网和混合网拓扑, 根据实际需要而定, 只不过节点一个是程控交换机, 另一个是路由器而已, 拓扑和功能都很相近。
配置管理
1. 设备管理
不管是固网还是IP网设备都是从机架, 框, 槽, 板到端口的方式来管理。但固网设备需从机架, 机框, 机板逐个增加后进而通过特定固化的程序进程确定板及端口的属性, 而IP网设备却将上述过程通过软件固化到IOS中了, 只需要插板触发激活就可用了。固网程控交换机一般有多个机架, 机框, 槽位也很多, 但IP网由于是“全分散”的, 每个网元 (路由器或交换机) 大多就一个机架, 一个机框, 所以在命令行配置和维护中, 固网对端口/接口的数据配置每一次都要输入机架号/机框号/槽位号/端口号, 来进行配置/修改/删除/查询参数, 但IP网对端口/接口的数据配置, 只需一次进入该接口 (接口模式) , 就可以完成所有的参数配置/修改/删除/查询工作。
2. 用户管理
前面讲过固网是由一个个的区域化, 功能化的程控交换机及其接入网模块.ONU组成, 每一个用户对外用一个本地唯一的电话号码来表示, 对内用一个全局唯一的设备号来表征端口。而IP网整体像一个由路由器和交换机组成的全分散工作的程控交换机一样, 每一个计算机终端用户, 对外用一个全球唯一的IP地址来表示, 对内用一个全球唯一的MAC地址 (固化在网卡上) 表征, 只不过IP地址在很多情况下是动态的, 可变的, 就像程控交换中的主叫号码变换一样, (程控交换是一对一固定变换, 而IP网是一对多随机变换——路由器地址池技术) 。
3. 中继管理
在固网中, 我们通过配置局向来定义中继的目的地, 通过配置路由, 子路由, 路由分析, 中继群, 中继电路等来定义和应用中继。在IP网中, 虽然没有严格意义上的中继一词, 但实际是存在的, 其具体体现在路由器的路由表中;路由表中每个路由条目都包含目的地址或网段, 下一跳/动作的接口或接口IP地址, 开销, 优先级等信息, 和固网中的号码分析很像。局向相当于IP网中的一个特定网段, 中继电路在IP网中就是一条连接另一台设备的接口, 接口双方除了要协商同一网段的不同IP地址外, 还要协商数据封装格式, 带宽/速率, 加密否, 密钥等等, 就和固网中的中继电路双方要协商链路号, 电路识别码 (CIC) 等一样;中继群在IP网中可理解为路由表中到同一目的地的具有同等优先级的多个路由条目的集合, 子路由在IP网中可理解为到同一目的地具有不同优先级的路由表条目, 路由在IP网中可理解为所有可到同一目的地的多个路由器条目 (用于各种路由策略保护) , 路由分析在IP网中有两种方式, 一种是静态路由方式, 需手工指定到某一目的地的下一跳接口或IP地址。
4. 字冠管理
前面讲过固网中的电话号码, 在IP网中就相当于IP地址, 让我们通过下表来比照看看, 固网中的字冠处理内容在IP网中是否也有“映射”。
结束语
由上述可看出, 在OSI七层参考模型的约束下, 很多固网中的关键点和概念, 在IP网中都可以找到它的“身影”和体现, 很多都是相同或相通的, 只不过像固网中不同厂家的程控交换机实现同一功能的命令行不同一样, IP网中不同的厂家的IP设备的命令行不同而已, 而且标准化、一体化更好。对固网维护工程师或有固网知识的其他人员而言, 对IP网知识的学习和应用应该不是高不可攀的事情。
SDN:IP网络定制化时代到来 篇4
今年初, SDN (软件定义网络) 成为产业界热议的焦点。在最近举办的几场国际性展会 (CES2013、MWC2013等) 中, 设备厂商纷纷展示了与SDN相关的产品服务构架, 其火热程度让人始料未及。
事实上, SDN概念多年前早已提出, 其核心在于数据转发与路由控制的分离, 相较于传统网络, SDN通过集中控制器取代了原来的路由协议自协商方式, 极大地提升了网络的管控效率和开放程度, 也为缓慢的网络虚拟化进程开启了新的大门。
而这仅仅是个开始, SDN已经出现了近10年的时间, 在技术概念、行业标准以及平滑演进等方面已经取得了一定成果, 但对于网络架构的革新而言, 显然还需要一段更长的时间。SDN目前的情况是, 各类标准化组织还未对其概念形成统一, H3C、华为、思科、Juniper、IBM等主流厂商结合自身优势推出路线各异的技术方案, 而政府、高校、运营商以及互联网企业等都对SDN产生了浓厚的兴趣。
与其说是技术的成熟促成了SDN今天的火热, 不如说是客户需求将SDN推上台前。
当下, 移动互联网、智能终端、云计算及虚拟化等新生技术不断推动着互联网的进一步发展, 而其内部流量与网络架构已经发生了深刻的变化。互联网企业、政府机构、运营商等不仅需要网络能够实现互联互通, 更需要下一代网络能够更加高效、敏捷和开放。
“网络正在从面向连接转为面向应用, SDN是实现这一目标的主要途径。”H3C技术营销部副部长翟传璞告诉记者, 国内很多互联网企业迫于业务压力不断新建数据中心和扩容现有数据中心, 机房运维和人员成本之间的矛盾随即出现, 如何实现对数据中心大量设备的集中控制和自动化运维, SDN的出现为问题的解决提供了新的思路。
在2012年Gartner发布的未来5年全球IT十大关键技术趋势中, SDN位列其中。翟传璞告诉记者, 未来的网络发展将趋向云计算和智能化, SDN的出现, 对设备厂商的软件开发能力提出了新的挑战, 厂商之间的竞争逐步从硬件实力向软件实力转变, 同时SDN作为全新的IT变革技术, 也将有机会重构现有网络产业布局, 催生出类似网络服务开放商这样全新的服务市场。
从单机性能到整网能力
在现阶段SDN大热的背后, 两条脉络依稀可见。
首先, 企业客户的需求正在发生改变, 在早期阶段, 企业客户往往喜欢追求单台网络设备的性能指标, 比如对包括路由、交换、安全、WLAN等网络设备的各项指标进行评测, 以此作为考核各厂商能力的重要标准;但在如今, 随着网络设备性能快速提升且逐渐趋同, 客户逐渐将需求转向了虚拟化、自动化和高效运维, 也就是客户更加关注的是整网能力。
这种从单机性能到整网能力的转变实际反映的是客户对网络架构的认知上的进步。高性能设备并不代表着优异的服务能力和端到端的网络性能, 而那些价格并不昂贵的网络设备通过有效组合, 将发挥出超乎想象的网络能力, 而前提是网络设备的标准化和开放。
其次, 网络硬件创新遭遇“天花板”。互联网的爆炸式发展已经是有目共睹, 随着数据流量持续走高, 承载的业务日趋复杂, 传统的网络设备也被寄予“高性能、多功能”的厚望, 比如为应对网络智能化需求, 防火墙、流量分析、MPLS等功能被集成到了路由交换等网络设备中。但不断加码的网络能力只会让网络设备更加臃肿且面临性能极限。
这两条脉络最终都将网络需求指向了SDN, 后者针对整网能力和硬件创新提出的全新的思路。众所周知, SDN将网络设备的的底层数据传输和上层的控制以一种标准化协议来解耦合, 同时控制层提供统一的API接口, 网络使用者可以针对业务功能开发出更加灵活、简便的网络功能定制化开发。如此看来, 作为IP网络下一代演进方向, SDN有效地将计算和存储虚拟化思路迁移至了网络侧。
标准未定群雄逐鹿
SDN作为下一代网络发展的主要方向已经得到了业界共识, 但具体的技术路线和参考标准却还未有统一定论。在标准制定方面, 开放网络基金会 (简称ONF) 主推Open Flow, 而在4月8日又有一个SDN标准化组织成立——Open Daylight, 该组织致力于开发一种开源SDN框架, 据主持该项目的Linux基金会执行董事Jim Zemlin表示, 包括思科系统、VMware、瞻博和爱立信等厂商已经为该项目提供软件和人员支持。
针对当下各种标准化组织共存的局面, 翟传璞告诉记者:“对于一种新技术而言, 业界标准化组织竞相关注, 会对技术的发展和成熟起到促进作用。
随着技术的发展和时间的推移, 一方面, 不同标准之间可能互相吸收借鉴走向趋同, 形成业界标准。另一方面, 由于各标准组织出发点不同, 也有可能在不断的演进中, 逐渐找到自己定位, 转型更加细分化的领域。
但对于厂商而言, 更为重要的是, 为客户负责, 推出符合客户需求的产品。翟传璞告诉记者, 如目前较为主流的Open Flow协议经历了1.0、1.2、1.3后, 目前已经进入1.3.1版本, 作为SDN厂商确实需要不断跟进标准发展, 开发产品, 保持技术先进性, 但并不意味着可以盲目地推荐给市场和客户, 关键还是要从客户需求出发, 提供合理的方案。
H3C的SDN蓝图
H3C作为全球较早具备SDN能力的实力厂商, 在技术落地和客户实践侧已经积累了相当经验。特别的一点在于, H3C并未以SDN作为卖点, 吸引市场眼球, 而是将其连同虚拟化、自动化等技术进行了融合。
据悉, H 3 C的VA N (V i r t u a l Application Network虚拟应用网络) 解决方案就是一系列新的网络技术和应用的解决方案的汇总, 其目的在于将基础网络资源变为动态基础资源, 提升网络资源利用效率, 使得网络交付和变更更敏捷, 网络与计算、存储一起, 更有效地支撑新一代互联网的发展。
H3C对于SDN技术的总体构想是“融合、演进、可交付”。翟传璞向记者解释, 考虑到SDN这一全新网络架构与现网的兼容性问题, 如果单纯做基于Open Flow等新标准开发SDN产品, 只能应用在实验室, 面对更实际的现网, H3C更倾向于向客户提供融合性的方案, 比如在客户现有网络设备, 提供开放API接口, 实现基于软件的网络控制, 同时在一些新建区域和创新实验区, 引入基于Open Flow等标准开发的产品。
翟传璞还告诉记者, H3C不断跟进SDN的技术演进和标准更迭, 无论在标准的制定还是案例实践方面, 都要保持一定的先进性。而对于可交付, 则是考量技术是否符合市场需求的核心关键, “我们需要确保客户的需求最终是否实现, 并结合客户IT实力, 考虑开放API还是做进一步的自动化图形编排, 甚至提供专门的定制开发。”
据悉, 目前H3C基于全网端到端的总体网络架构上, 已经形成了较为丰富的SDN产品与解决方案集。其三大方案集分别是基于Controller/Agent的SDN全套网络交付、基于Open API的网络平台开放接口、基于OA A的自定义网络平台。在这三大方案集成基础上, 构建一个标准化、深度开放、融合用户应用的SDN体系。
互联网企业“尝鲜”
市场需求在呼唤SDN技术尽快落地, 谷歌采用SDN的成功案例提振了产业信心。
据ONF官网报道, 在2010年1月, Google开始采用SDN和Open Flow, 在2012年初, 谷歌全部的数据中心骨干连接已经都采用SDN架构, 其网络利用率提升到95%。目前谷歌的数据中心广域网以SDN和Open Flow为基础架构, 有效提升了网络的可管理、可编程、网络利用率以及成本效益。
而国内的互联网企业也对SDN充满兴趣, 比如各大主流门户, 淘宝、京东等都在探索SDN的网络架构。一些开发能力较强的互联网企业甚至通过SDN开放上层控制的API接口, 放弃原有复杂的路由协议, 转而使用更加简单的协议编码, 以求快速提升网络效率。
电信运营商方面也在考虑SDN技术的未来部署, 比如辐射全国的IDC机房如何通过SDN应对流量冲击, 骨干网络中如何通过引入SDN提升原有的链路利用率。同时, 三家运营商的研究院已经就SDN技术进行前期的技术探讨。
不过碍于电信运营系统对于新技术引入的机制和流程, SDN想要出现在运营商的现网当中恐怕还需要一段时间。
中国移动技术人士告诉记者, 运营商首先需要对SDN进行课题立项和模型验证, 随后才能邀请厂商做局部的网络试点工作, 然后再对SDN技术逐渐扩大范围, 由局部转为小规模网络试验, 最后才能进入集团的正规集采流程, 这些显然需要一定的时间。
SDN的多场景猜想
面对业界厂商不断推出SDN的技术方案, SDN的适用场景也引发了专家们的广泛讨论。一些研究机构已经在探讨将SDN应用于数据中心以外的网络环境中, 比如移动回传、城域核心以及宽带接入层。
移动软交换核心网IP化实现 篇5
1 网络改造架构
全IP网络的建立可提高服务质量以增加用户数量,是移动运营商积累企业价值并迎接将来市场挑战的主要途径。因此,其已成为各大运营商将争抢市场的战场[2]。全IP构架可分4层,包含了从接入到传输,从核心到数据的各个方面,所以将全网络IP化的工作量很大。文中依据架构中的4个层面,从核心发展到网络的边缘,具体按以下3个步骤实现IP化[3]:(1)应用R4交换构架,通过承载分离以及控制来完成长途网中的IP承载,如图1所示。(2)通过软交换改造关口局以及端局,将核心网络逐步IP化,如图2所示。(3)在各种基础准备完成后便可完成全网的IP化。
由图2可知,经站点接入方式接入IP专用承载网络,由此实现2G网络的软交换IP化。其中,MGW之间呈现网状结构,其是在IP专用承载网络基础上实现的,而与MSC Server程星状结构相连。经CMN节点和网状结构分别连接了省际和省内的MSC Server[4]。另外,可通过重置直达电路实现TDM和软交换设备间的连通,TMG转接也可实现此连通。统计新增的SCTP、M3UA信令和BID话务路由的相关数据是MSC Server中需要关注的。而在MGW中,必须注意各链路的带宽,及时处理SCTP的丢失复传和拥堵等问题,关注媒体流和IP占用带宽状况,特别是因带宽不足需引起媒体流拥堵而产生拒呼等情况。
为确保用户能随时以任何方式进入网络当中,网络运营商积极探索了网络融合的应用。在各方面的配合下,推动了网络、业务和网络终端的融合,使整个行业的融合成为了可能。用软交换系统完全替代以往的电路交换系统,在IP化之下实现各种网络的联合,从而降低新兴3G网络的投资成本。为方便分层管理,各大运营商相继接入CMN,从而达到清晰明确管理网络的目的。其后,在保证网络使用质量的情况下,尽量利用IP化的各种优势,进行集中管理和控制成本。通过使用R4,使得现有网络以至于整个网络系统更为顺利地过渡到未来演进的路程中,向NGN模式缓慢靠拢。
2 地区核心网IP化改造组网方案
2.1 话务网组网方案
移动本地网引入软交换设备后,其话务网的组织方式与现有2G网络相同,即本地网MGW和各自归属汇接区的TMSCZ以及TMG设置中继电路,用以疏通其长途话务;MGW与本地网内的其他移动端局之间依据现网情况设置直达中继,用以疏通本地网内的话务,同时和本地网内的GW设置直达电路,用以疏通互联互通话务。软交换端局BSC的接入与TDM端局BSC的接入方式一致,MGW与BSC之间开设直达的TDM链路。为充分利用IP承载的优势,长途话务的路由采用近入远出的原则进行路由疏通。在软交换引入IP承载方式后,将采用扁平化的组网方式。MGW之间的话务直接通过IP承载网进行疏通,无需经过汇接。而采用IP方式承载的MGW采用全网扁平化一级组网模式,直接通过底层IP专用承载网进行疏通,并利用RTP/RTCP/UDP/IP协议栈通信。
2.2 信令网组网方案
移动本地网引入软交换设备后,软交换MSCServer独立于本地网之外集中设置,负责移动性管理和呼叫处理等信令处理功能,MGW不处理任何信令消息。由于MSCServer可控制多个MGw,因此MSCServer作为ZG网元接入现有2G网络的七号信令网,应支持多信令点功能,以便逻辑上将MSCServe及所辖的MGw划分为不同移动交换端局。MSCServer和MGW均应支持和设置内置SG。 通过MGw内置的信令网关,软交换端局与本地网内的其他MSC、GW及TMSCZ设置直联信令链路,负责实现ISUP消息的疏通。而MSCServer与BSC间的BSSAP信令,由MGw内置SG进行转接,在Server与MGW间采用IP承载,MGW与BSC之间采用TDM承载。当通过MSCServer内置SG,MSCServer可与HLR、SCP、SMS等设置信令链路,转接MAP/CAP等TDM信令。 MSCServer之间采用BICC信令,基于IP承载,省际的BICC的信令需通过C网中转。MSCServer与MGW之间的Mc接口的GCP/ISUP/BSSAP信令基于IP承载。MSCServer与HLR、SCP、SMS之间的MAP、CAP信令采用TDM承载,由MSCServer通过LSTP进行转接时,MSCServer与LSTP之间多采用TDM方式承载的2 Mbit·s-1信令链路。MSCServer与TDM端局之间的ISUP信令,由MGW内置SG进行转接,在Server与MGW之间采用IP承载,MGW与TDM端局之间采用TDM承载。跨本地网IP软交换端局与TDM端局之间互通时,在软交换端局侧,控制面BICC信令经TMSCServer转接为ISUP。在TDM端局侧,经TMSC/TMG转接,与ZG现网一致。另外,改造后需考虑对传统信令网的影响。随着IP宽带信令的增加,现网信令网压力将得到缓解。由于核心网IP化后,MSCServer设备之间采用BICC信令代替了现有的工SUP信令,在一定程度上减轻了现有信令网的网络压力。根据本地信令由LSTP转接,省际信令由HSTP转接的网络拓扑结构核算,Nc接口采用BICC信令后,可减轻信令网STP约20 %的信令负荷。随后的MAP信令承载IP化进程,现有信令网的信令负荷将大幅减轻。以上情况将在一定程度上影响现有信令网STP设备的建设,需在STP扩容时考虑。
3 软交换端进行 IP 设置应遵循的原则
进行TDM到以IP局为基础的升级对于软交换设备较为重要,而在该种升级操作中最为关键的便是要根据IP地址的要求合理地实现设备IP化的设定。
不同的应用层面要进行不同的设定,达到省级高度则需将IP地址划分为两段:媒体和信令段,这两部分通常应当各自采用独立的B类型地址,具体原则为媒体段从B类地址的最大端进行设定而信令段则由最小端设定,剩余的地址则作为后备地址。为获得连续统一的后续扩展地址(后续年限为五年以内),提出如下建议:将B类地址为1～4个的省分成两个B类地址部分,媒体段与信令段分别为一,并由软交换业务系统管理;DCN维护用网负责网管的IP各自独立划分,不采取上述两段的地址。
而对于市级网络而言,省内的各城市网络采取C类地址进行连续的单位式布局,在原则上,同一区域的C地址不应出现断续,且只限本区域不可跨区域,该C地址还需遵循IP地址的VLSM原则;信令与媒体段的地址均要按照各个城市地区的当下与未来的业务发展供需关系合理分配留有一定裕度;各城市区域的媒体与信令IP地址应由4个C类地址组成,各城市区域使用的C类地址数目应为2的整数次幂,且要在最小单位上采取不间断分配的方式。
而对于站点,某CE以及相连的一切软交换设备中每天CE的地址应设定最小不间断地址长度为1/2个C类地址段;且每个相连的设备要从该CE的地址中分配且地址各自独立;按照软交换设备的具体数目与其对IP地址的需求分配地址段,同时还需保留一定裕度;在一个站点内的所有信令接口掩码最好采用28位,而媒体则为30位;对于业务地址的设定建议由小到大;而AP和CE的共用地址应通过IP承载网络的专业管理人员统一划分。
4 结束语
不论是要实现业务增量或是对于其他多媒体的网络载体,全局实现IP化是当下网络核心进化的总体趋势。在其之后实现的则是构建IP的入接网络。Abis与A接口是实现IP化传输的关键,运用这两种接口可明显提高传输与共享资源的能力,大幅减少OPEX与CAPEX的使用,使得BTS的入接途径更加便捷灵活,能刺激加大网络覆盖率,还能一定程度的提高通话质量。网络结构的总体发展趋势为扁平化,当达到结构简化,性能提升的目标后,将进一步朝融合式的新型网络结构方面发展。
摘要：IP技术的发展给移动软交换网的改进提供了契机,运营商为提高竞争实力,均进行了移动软交换的IP化改革。文中通过规划IP地址、组建话路网络以及革新网络架构3种方法,探究了对新兴软交换核心网进行IP化的可行性及改造方法。
关键词：软交换,核心网,IP
参考文献
[1]张军霞.移动软交换的发展趋势分析[J].计算机光盘软件与应用,2012(9):66-67.
[2]王月秋,雷振甲.浅谈软交换技术及其在中国的发展[J].电子科技,2004(9):60-64.
[3]谢燕,郑有才,张立勇,等.基于软交换的软终端设计与实现[J].电子科技,2006(6):22-25.
[4]陈晓毅.移动软交换端局IP承载网带宽需求的估算[J].电信技术,2008(6):33-36.
无线回传IP化上演双管齐奏 篇6
多制式支持、多业务传送、易扩展、高可靠性和可用性等是3G移动网络的建设目标, 网络IP化是实现这些目标的有效途径。移动网络的IP化分为核心网和接入网两大块。目前, 运营商已经开始全面实施核心网的IP化, 并取得了很好的成果, 业界逐渐将关注重心转移到接入网的IP化工作。
EP ON和电信级以太网是目前备受关注的两种面向未来的基站IP化无线回传方案。
EPON
将EPON技术应用于无线网络的有线传输系统, 在低成本解决基本的无线业务传输的同时, 还可以充分发挥其高带宽的优势, 其简单灵活的特点, 则可以大大降低网络整体的拥有成本和维护费用。
EPON的优点主要表现在以下几个方面:其一, EPON能节省大量光纤和光收发器, 降低建网成本;其二, 由于采用无源设备, 回传系统的可靠性高, 可显著降低维护费用;其三, EPON可提供20km的远距离高带宽接入, 带宽可动态调整;其四, 大容量广覆盖少局所的建网模型, 更符合运营商网络的发展思路;其五, 采用EPON后, 无线回传的组网模型不受限制, 可以灵活组建链型、树型、星型等网络。
EPON技术用于无线接入网络可以将多个基站的数据通过光纤汇聚到一起。通常光纤传输距离可达20km, 因此一个EPON网络可以覆盖直径40km的范围。在EPON的无线接入网络中, 光线路终端OLT放置在中心局, 与骨干网络连接;光网络单元ONU放置在移动基站处。无源光分路器PON和光缆构成OLT和ONU之间的无源光纤传输网络。目前, OLT侧每个PON接口最多可以连接64个ONU, 也就是说, 一个EPON网络可以覆盖64个基站。实际的E-PON设备, 一般OLT侧都可以提供多个PON接口, 因此可以提供更多的基站连接。
电信级以太网
在保留传统以太网帧结构的基础上, 通过扩展帧头和引入二层信令, 在以太网上实现与电信网类似的可管理性和高可靠性。
根据ITU-T和MEF (城域以太网论坛) 的定义, 电信级以太网应具备以下特征:其一, 高可靠性, 在环型、双星型和格型拓扑下能够提供50ms以内的自愈能力。其二, 端到端的QoS保障能力, 具备业务区分和识别能力。其三, 完善的OAM (操作、管理、维护) 和可管理性, 基于二层提供对故障和性能的管理功能, 具备灵活的业务管理和提供能力。其四, 支持多业务, 能够满足语音和视频等业务的综合承载需求, 通过伪线或仿真方式实现和现有网络的互通。其五, 标准化, 具备良好的互联互通性, 实现不同厂商和运营商之间的业务互通。
电信级以太网技术之所以备受青睐, 是由于其在IP无线回传方面的优势非常明显。它能够提供端到端电信级的数据传送, 具备类似电路的服务质量和高可靠性。因为直接采用以太网承载IP业务, 所以运营商能节省协议之间的转换和封装带来的开销。
广义的电信级以太网技术的种类比较多, 并无统一的分类标准, 包括直接在以太网上进行扩展的增强型以太网、PBT和PBB-TE技术;以及传送MPLS (T-MPLS) 、VPLS和EoMPLS等。
公共广播系统的IP化发展分析 篇7
关键词：IP公共广播,TCP/IP,Cobra Net
1 系统概述
公共广播系统是智能建筑的一个基本系统, 平时在建筑内播放背景音乐;在发生火灾或紧急事故时, 肩负着自动强行切换音乐源, 并以最大音量向设定好的分区进行广播疏散和警告信息的功能。公共广播系统是保证人们生命财产安全的重要系统, 系统的可靠性是最重要的。
目前, 智能建筑行业产品的数字化技术已趋于成熟, 随之而来的工作就是厂商们逐步将产品传输架构向IP网络移植, 大部分厂商已陆续推出不同深度的, 基于IP架构的产品和解决方案, 并逐渐成为行业应用主流, 在这个大前提下, 建筑智能化系统承载网络走向融合, 已经成为一种必然。
本文从公共广播系统和其他智能化子系统均由统一的网络通信平台承载这一角度进行论述。
2 系统架构发展分析
公共广播系统发展经历了三个阶段:模拟系统阶段、数字系统阶段及IP系统阶段。
模拟系统由公共广播主机将呼叫站、音源设备和消防报警信号通过模拟音频线缆传输到功放上, 由功放推动各回路喇叭进行声音播放。系统各分区只能播放相同的音源, 不能实现个性化播放的要求。公共广播主机与喇叭间通过模拟线路直接连接, 对于超高建筑或超大园区, 采用定压方式传输模拟音频信号需选择线径较粗的线缆, 模拟音频线不能与弱电线缆共用线槽, 需单独布设桥架, 布线施工复杂。因此, 模拟系统适用于分区少、建筑结构简单、功能单一的小型公共广播系统项目, 模拟系统架构如图1所示。当建筑需要在不同分区播放不同音源时, 模拟系统则显得力不从心, 数字系统随之应运而生。
数字系统由数字矩阵主机将呼叫站、音源设备和消防报警信号进行模/数转换, 通过多条广播总线连接到功放上, 由功放推动各回路喇叭进行声音播放。系统采用数字分区管理方式, 各分区可播放不同音源, 满足个性化播放要求。但数字系统的架构与模拟系统类似, 只是采用了总线协议传输, 布线的繁复程度与模拟系统相差无几, 数字网路系统架构如图2所示。
随着网络技术的发展, IP系统以布线简单、功能强大、互通性好及可集成性等优势, 在近几年迅速发展。系统由主控服务器将呼叫MIC、音源设备和消防报警信号进行数字编码, 通过以太网将数据传送给网络解码器等解码设备, 解码设备将数据转换成模拟音频信号后接到功放上, 推动喇叭进行播放。系统结构简单, 只要有以太网信息点的地方就可以安装设备, 扩展性强。适用各类公共广播系统项目。
目前, 基于IP传输架构的公共广播系统还没有一个统一的行业标准, 各厂商推出的IP产品采用的协议多种多样, 如TOA、Peavey公司采用的Cobra Net协议, ITC、ACE公司采用的TCP/IP协议, QSC公司采用的Q-LAN协议, Audinate公司采用的Dante协议等。这些技术都依托以太网进行开发, 为建筑智能化系统实现一网融合提供了基础, 但由于标准化做得还不够规范, 也为融合承载带来了一定的难度。
3 公共广播系统IP网络融合实验分析
融合是建筑智能化系统发展的必然趋势, 作为建筑智能化中重要的公共广播系统, 对网络的可靠性、延迟、丢包及抖动等传输特性有很高的要求。如何保证IP公共广播系统在智能化各系统融合后被可靠承载, 需要通过有效的实验测试、对得到的量化的数据进行分析及制定完善的网络策略来实现。
3.1 典型应用场景
本实验选取了同方股份有限公司在2009年中标的《中石油新疆乌鲁木齐大厦》这个实际工程案例作为网络融合实验的典型应用场景:建筑面积69 343m2, 地上35层, 地下2层。本典型场景中, 地上1~35层每层设置一个广播分区, 地下2层为一个广播分区。共有8个分控室和1个总控室, 每个分控室管理2个楼层。
实验设备选用了国内著名品牌ITC公司基于TCP/IP协议开发的IP公共广播产品。
3.2 网络结构设置
此案例场景的系统架构如图3所示。
1) 前端设备
地上1~35层每层设置一个分区, 每个分区有多个回路, 每个分区在楼层竖井内配置1台网络适配器, 将IP信号转换为模拟信号, 通过多通道功放连接到每个回路的音控器和吸顶喇叭上;地下2层每层设置一个分区, 每个分区只有1个回路, B1F和B2F各配置1台网络解码功放, 将IP信号转换为模拟信号, 连接到各层回路的音控器和吸顶喇叭上。
2) 控制设备
一层消防控制室作为公共广播系统主控中心, 配置有呼叫MIC、CD播放器等外置音源设备, 通过调音台连接到主控服务器上。主控服务器将外置音源信号或本地MP3文件编码, 传输到BINet上;各分控中心也配置有呼叫MIC、CD播放器等外置音源设备, 通过调音台连接到分控服务器上。分控服务器将外置音源信号或本地MP3文件编码, 传输到BINet上。
3) 传输网络
主控服务器、分控服务器、网络适配器和网络解码功放均通过非屏蔽双绞线连接到BINet的交换机上, 通过BINET进行数据传输。
3.3 典型业务的流量分析
表1所示为同方股份有限公司和公共广播厂商共同分析的ITC公共广播系统典型业务流量特性。
表1中从左到右每列的内容就是对系统的分析过程:
注:1) “—”表示无明确要求;2) ITC的公共广播系统背景音乐业务流、播音与通告业务流和消防联动广播业务流的协议和端口号相同 (UDP/15 112�UDP/5 000) , 传输指标也相同;3) COS值从0~6数值越大优先级越高。
1) 分析系统有哪些业务;
2) 分析每个业务产生什么样的数据流;
3) 分析数据流从哪些设备开始, 流向哪些设备;
4) 统计数据流采用的协议和端口号, 用于BINet对每个数据流区分开进行网络策略保障;ITC的IP公共广播系统背景音乐业务流、播音与通告业务流和消防联动广播业务流协议和端口号相同 (UDP/15 112UDP/5 000) , 无法区分, 只能统一保障;
5) 统计数据流所占带宽的理论值, BINet通过网络策略对系统所需带宽进行保障;ITC的IP公共广播系统采用MP3文件编码方式, 对带宽要求不高;
6) 分析数据流的传输特性是BINet网络保障策略中最重要的内容;公共广播系统对时延、抖动和丢包都很敏感, 传输必须得到可靠保证;
7) 分析各业务的优先级, 用于BINet综合各系统优先级后制定优先级队列, 并对数据流进行优先级标记。公共广播系统中的消防联动广播业务肩负着保证人们生命财产安全的重要任务, 其优先级在BINet中应是最高的。
4 实验验证
对系统业务进行流量分析后, 在实验室搭建系统实物模型, 对上述流量进行打压实测, 采集到量化的实验数据。BINet根据各个子系统实测的数据制定Qo S策略, 给公共广播系统最优的传输保证, 并在实验室进行混网融合实测, 验证该Qo S策略是否有效。
ITC的IP公共广播系统混网融合后主要业务流的传输指标实测值如表2所示。
由以上测试结果可以看出, ITC的IP公共广播系统的主要业务在混网融合实测环境下的传输指标完全满足系统正常运行的要求, 系统运行情况良好, 证明通过完善的Qo S保障策略, 该广播系统在网络融合环境中能够可靠运行。
5 结束语
通过实验总结出公共广播系统IP传输特性的分析方法, 任何一种协议的IP公共广播系统都可通过《系统业务流量特性分析表》进行分析, 为混网融合提供依据。本次实验只选取了1个品牌的IP公共广播系统产品进行测试, 但在实验后也将《系统业务流量特性分析表》作为标准文档发给了其他厂商并得到了其他厂商的反馈, 为验证IP公共广播系统在BINet中的可承载结论收集了大量资料。
从厂商的反馈信息来看, 目前IP公共广播系统主流的网络协议主要有Cobra Net协议和TCP/IP协议等。有一小部分采用Cobra Net协议的厂商, 因在实际的融合承载项目中偶尔出现声音质量差和丢包的情况, 出于对BINet的可靠性的考虑, 往往会建议集成商单独组网。其实造成丢包的工程原因很多, 如网络设备的带宽不足、VLAN划分不准确等等, 并非是Cobra Net协议的公共广播系统在BINet上承载不可靠, 而主要是由对Cobra Net协议的公共广播系统分析有漏洞、制定的网络保障策略不完善造成的。
本次实验后, 对Cobra Net协议的公共广播系统做了细致分析, 虽然Cobra Net协议与其他智能化系统采用的TCP/IP协议在传输机制上有冲突, 并且Cobra Net协议通常会采用广播机制, 这对于不做VLAV划分的融合承载网是很可怕的。但采用VLAN隔离技术将Cobra Net协议设备和TCP/IP设备各自划分在不同的VLAN下, 通过完善的Qo S保障机制完全可以保证Cobra Net协议的公共广播系统在BINet中的可靠承载。能够通过本次实验总结的分析方法来解决实际工程问题, 这也是本次实验的另一个价值体现。
从集成商的角度看, 认为TCP/IP协议的公共广播系统, 使用MP3格式的编码方式, 占用的网络带宽很小, 牺牲了音质但减少了BINet的压力, 在信号传输的可靠性和稳定性方面更适用于对声音质量要求不高的公共广播系统;Cobra Net协议的公共广播系统, 采用无压缩的PCM数据, 能更好的保证音质, 但因其数据包很大, 并且必须通过严格的VLAN管理将其数据包与其他TCP/IP数据包分开, 给BINet带来较大的压力, 这种协议更适用于体育场馆、数字会议、剧院、报告厅及电台电视台等对声音质量要求高的专业扩声系统项目。
集成商一直在努力建立“一网到底”的BINet作为智能化系统的通信平台, 希望公共广播系统厂商通过研究这次网络融合实验所给出的一些数据和问题, 开发出更加适用于融合承载的IP化公共广播系统。
附:Cobra Net协议简介
在IP公共广播系统中, 采用Cobra Net协议的厂商比较多, 这是因为Cobra Net协议是一种在计算机网络平台上实时的、稳定的传输专业音频数据的协议, 专利属于美国Peak Audio公司。大部分专业扩声领域厂商购买了美国Peak Audio公司的专利使用权并应用其品牌专业扩声产品。公共广播系统只是专业扩声领域中的一个应用, 因此这些专业扩声厂商推出的公共广播系统直接移植了Cobra Net协议, 这也是为什么Cobra Net协议的公共广播系统比较多的原因。
标准的Cobra Net协议采用与CD唱片同样的无压缩PCM数据, 采样率和量化分辨率却使用了广播级的48k Hz和20Bit, 远远高于CD唱片的数据指标, 高效便捷地满足广播电台直播间的信号传送、录音棚中各录音间之间的信号共享等高质量要求[1]。
Cobra Net协议传输的基本单元称之为Bundle, 每个Bundle包含8个音频通道。每个音频通道数据流大小为48k Hz×20Bit=0.96MBit/s, 再加上控制数据和其他数据, 每个Bundle的实际数据流大小为9Mbit/s。Cobra Net协议中每个以太网交换机的端口最大吞吐量为单向8个Bundle, 也就是72Mbis。这样的带宽对BINet来说压力是非常巨大的。
Cobra Net设备必须采用VLAN隔离技术与其他TCP/IP设备划分在不同的VLAN下。这是因为Cobra Net技术采用了O-Persistent传输机制, 即音频传输需要的是同步传输, 需先在网络中建立同步的时钟才能传输。TCP/IP网络是一个非同步传输的网络。如果网络上同时有同步传输的Cobra Net数据包和非同步传输的TCP/IP数据包, 会造成延迟、丢包和网络中断的情况。因此, 必须通过VLAN隔离技术, 将Cobra Net设备划分在一个独立的VLAN下, 避免Cobra Net数据包和TCP/IP数据包混合。
参考文献