隨著2022年北京冬奧會圓滿落下帷幕，中央廣播電視總檯總控系統利用“5G+4K/8K+AI”技術，為電視觀眾提供了精彩絕倫的冬奧會賽事節目。隨著4K、8K超高畫質電視快速普及，5G、AI等資訊科技得到廣泛應用，廣電行業已經進入了一個媒體深度融合、新技術應用層出不窮的高速發展階段。
但是廣電業務的高速發展，傳統的SDI線纜，從頻寬容量、拓展性、便捷性上都已經無法支撐業務的高速增長，IP 架構具有可利用現有IT 成熟技術、格式無關、靈活彈性等優勢，行業標準化組織如EBU、SMPTE、AMWA、NOMS 等都在推動媒體訊號域架構IP 化的發展，一系列標準，如ST 2110、ST2059、IS04、IS05 等協議標準，也取得了較為廣泛的共識與支援。
廣電IP化被視為實現廣電行業數字化轉型的關鍵技術，2021年11月，《廣播電視和網路視聽“十四五”科技發展規劃》正式印發，規劃提出要“建設新平臺，‘新’體現在廣電媒體平臺的IP化、雲化、融合化、智慧化“，標誌著廣電行業從傳統技術佈局向全面向IP化戰略格局轉變。
與傳統資料中心IP網路不同，廣電行業IP網路具有很強的行業屬性，對網路有非常嚴苛的要求，主要體現在如下方面：
01
超高頻寬
一路4K訊號流，在無壓縮的情況下，需要佔用12G頻寬，而8K訊號流，對頻寬要求更高，需要用到64G頻寬；
02
低延遲、無阻塞
音影片訊號在傳輸的過程中，對於延遲和丟包非常敏感，如果網路傳輸質量不佳，會直接影響到使用者體驗；
03
高精度時間同步
IP網路中傳輸的是基帶訊號和其它實時訊號，需要透過PTP時間同步協議，恢復出訊號的相位以進行合成；
04
組播流量負載均衡
傳統的資料中心網路中，採用ECMP協議進行負載分擔，但該協議對於廣電場景來說是不適用的，在以大流量為主的廣電IP網路中，容易造成大象流“踩踏“，從而丟包；
05
訊號靈活排程
廣電IP網路中，訊號流的傳送源和接收端是不固定的，訊號傳送源有可能是來自制作網或者現場轉播車，訊號接收端的有可能是送往演播室或者其它站點，需要根據業務需求實現流量的靈活排程；
綜上，採用傳統IP構建的系統無法滿足4K/8K影片業務的處理；同時為了與播控等系統整合，需採用軟體定義方式來排程整個矩陣。具體排程方式分為強控和弱控方式：
強控，即將流量排程、擁塞避免等功能，全部移到控制器上進行計算，控制器再透過Openflow協議下發流表，交換機只負責根據流表進行轉發；由於強控要求矩陣內所有交換機都必須實現流表同步更新，故不適合大型矩陣網路，通常部署在兩臺網路裝置的應用場景。
弱控，即將流量排程、擁塞避免等功能，從控制器上解除安裝至交換機上實現，無需控制器全程干預，控制器只需要對訊號源目端下發指令，同步收發地址等資訊即可；
浪潮網路IPFM（IP Fabric For Media）方案，是典型的基於弱控實現的方案，方案主要優勢如下：
01
大規模、高品質IP Fabric網路構建
基於Spine-Leaf的CLOS架構，採用浪潮網路CN12900系列、CN9300系列交換機完成高品質IP網路的構建，既可以實現25G接入-100G骨幹，也可以實現接入和骨幹網路全100G。CN12900系列交換機，出色的機框無中板設計，能夠有效提升背板頻寬和機箱散熱，其中CN93240YC-FX2交換機是業界極少數支援上下行1：1收斂比的25G TOR裝置，共享快取達64M。當然也可以採用兩臺組網滿足小規模應用場景。
02
無阻塞的組播轉發
與強控方案不同，IPFM方案將流量轉發、擁塞避免等功能，解除安裝到交換機上實現，流量轉發是透過PIM、IGMP等組播相關協議來實現的，接收端透過加入特定的組播組來接受需要的訊號流；另外，透過獨有的NBM（non-blocking multicast）特性，可以實現基於頻寬的組播流量負載均衡，將大象流（影片）、老鼠流（音訊、字幕）均衡的分攤到每條鏈路上，避免大象流扎堆、踩踏；對於跨域之間的流量排程，可以透過交換機內建的組播NAT特性實現；
03
靈活的流量排程
在流量轉發功能解除安裝後，控制器的負載壓力得到極大緩解，從而可以專注於業務控制，而非流表計算；控制流量也得到極大“瘦身”，透過NMOS IS-04/05 等通用協議與終端同步控制訊號即可；
04
視覺化監控和管理
為了便於廣電行業使用者從SDI快速過渡和適應IP方案，方案還支援專為廣電行業打造，具有豐富的視覺化監控和管理功能的軟體，如：下發underlay配置、檢視PTP時間同步狀態，跟蹤訊號流途經鏈路等，還支援與播出控制器的對接。
與基於Openflow的強控方案相比，IPFM方案具有如下優勢：
01
可拓展性
十四五期間，廣電行業將全面向IP化轉型，無論是播控網路還是總控網路，IP Fabric規模將會進一步的擴大，傳統的強控模型，過渡依賴於控制器，在網路規模擴大的情況下，控制器的計算負載將非常大，限制組網規模的進一步拓展；
02
高可靠性
強控模型下，控制器很容易成為故障點，由於交換機不具備獨立的路由計算能力，完全依賴控制器下發流表，在控制器、或控制平面發生故障時，整個IP矩陣的流量轉發和排程將完全陷入停擺，對於大規模生產網路，這種故障造成的損失幾乎是不可接受的；而IPFM方案，由於採用了弱控模型，對流量轉發和控制排程實行了分離，避免了對控制器的強依賴而導致的問題；
03
成本優勢
IPFM方案創新的將NBM（non-blocking multicast）、組播NAT技術，整合進通用交換機平臺，使得僅透過交換機，即可完成廣電IP Fabric網路構建。當前市面上多數交換機並不支援NAT/組播NAT，需要透過高檔路由器或專用NAT裝置實現，會增加組網成本和複雜度。IPFM方案採用通用交換機平臺，同埠速率和埠密度下，具有非常顯著的成本優勢。
04
相容性
IPFM方案與國內外多家播控軟體完成整合，並且實現無縫整合。
綜上，浪潮網路IPFM（IP Fabric For Media）方案具有技術領先、開放融合的特性，為使用者提供成套的完整解決方案，包括“組播+NBM+組播NAT”、控制軟體介面、管理軟體、與現有組播網路系統無縫整合。IPFM方案順應了廣電IP化技術發展趨勢，可以完美匹配廣電行業業務需求，支撐廣電IP矩陣向大規模、複雜場景演進，助力廣電行業向IP化轉型。
分享嘉賓: 浪潮網路高階工程師 戴超
