随着广电技术的发展与变革，4K 全流程转播成为现实，4K 转播车亦成为其中的重要环节。在以往的高清转播车的设计中，大多数采用了SDI （串行数字接口）来完成制作过程中的视频流数据传输，但是此类方案中线缆与视频矩阵连接的硬件连接方式成本过于高昂。在进入到4K 领域后，伴随着分辨率等技术指标的提升，视频信号传输的码流也更大，如果采用现有的4×3G 基带解决方案，必然需要大量线缆，挤占转关键词 4K-IP 转播车
中央广播电视总台B5超高清4K-IP
转播车网络架构详解
摘要
● 作者 中央广播电视台总台 李铿播车空间，为后续的工作区域规划及技术维护带来难题；并且在系统的灵活性、可扩展性、信号长线缆远距离传输稳定性等方面都造成诸多不便。 伴随着各大厂商IP 类产品的研发和IP 净切换、IP 同步等技术问题的解决，广播电视正值高清到超高清的
技术转型阶段，技术创新和新技术试验都是必要的尝试，但是在B-5车筹备之初，现有的SMPTE2110的行业标准也并未发布，进入讨论的以TICO 和NMI 两种符合SMPTE2022-6协议标准且接近无损的4K 视频浅压缩协议为代表，出于系统安全性及周边设备等因素考量，最终以NMI 为主的B5转播车4K-IP 架构方案实现了视频制作全链路的IP 化。 一 系统架构
在中央广播电视总台投入运行的第一辆B5超高清转播车上，所采用的IP 架构是基于IT 行业的商用货架产品（COTS）作为核心交换机来打造的平台。在系统内主要分为视频信号链路和控制信号链路两大部分，采用Sony 的NMI 网络媒体接口进行系统内设备之间的信号传输。IP 化的系统架构让转播车拥有了许多优势，比如优化系统结构减少了线缆的使用数量，IP 网络中的格式自由，扩展更加便利，在多系统间的数据共享和信号共享也更加具有可能性。
B5超高清转播车在网络架构上采用了两层网络结构，在拓扑结构上
也类似脊叶(Spine-leaf)网络结构，这种架构相比三层架构缺少了汇聚层。在设计初期，考虑到转播车空间、电路等资源有限，数据交换需要高带宽、低延时、各服务器之间的横向通信高效率等需求，因此借鉴了这种在数据中心运用较为成熟的架构理念，设计了B5转播车的网络架构。
在设备型号上选用了CISCO C9272Q，CISCO 3850，CISCO 2960X 三型通用交换机。
1. CISCO C9272Q
核心交换机，主备各1台，具有72个40Gbps 的QSFP+端口，最多配备了35个端口，每个端口通过MTP 连接线将端口分离为4个10G 子端口。连接CCU、切换台、录像服务器、网关卡、SDN 交换机等。因为SDN 控制管理系统的信号管控需求，而且LSM 服务器的网卡数量有限，所以核心交换机与下层SDN 主备交换机连接，并未做到完全独立，
中央广播电视总台B5超高清4K-IP 转播车，立项恰逢制作系统从高清到4K、从基带到IP 的过渡阶段，作为总台第一辆4K 超高清转播车及国内最早的IP 转播车之一，其系统结构和网络架构的设计理念对后续总台4K-IP 转播车的技术路线具有重要的参考意义。本文以中央广播电视总台B5超高清4K-IP 转播车为例，主要从网络架构、PTP 同步、SDN 管理系统及网络安全几方面来分析解读。
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2. CISCO 3850
具有48个千兆以太网端口，以及4个10Gbps的SFP+端口，具备
堆叠功能。
◆SDN交换机2台，以堆叠方式连接，连接慢动作服务器、KVM
服务器、视频监看矩阵、Tally控制器等；
◆VE分区交换机和导演分区交换机各1台，连接全车各工位KVM
面板、通话和控制面板等；
◆音频交换机主备各1台。
3. CISCO 2960X
具备POE供电能力的千兆级交换机，具有24个千兆以太网端口，
以及2个SFP+上行链路端口。共2台，分别连接CCU、RCP控制面
板和切换台控制接口。2
连接，暂未与上层连接，作为独立的控制分区，但有预留接口，具备上行链路能力。
在整个网络中通过划分虚拟网络（VLAN）的形式，将核心交换机划分出NMI 视频业务、素材Share play、车外接口、音频和码等子网，将控制域内的SDN 和分区交换机划分出音视频周边服务器、格非SDN、KVM、交换机调试、通话等子网，将机控制和切换台控制，通过这几类VLAN 布在不同广播域下，
相互隔离，有效避免了网络拥堵和广播风暴，使得整个网络更有策略，也更加安全、高效。
二 系统同步方式介绍
4K-IP 转播车系统中所采用的同步方式是以案，系统内所有IP 类设备采用PTP 同步方式，除此以外的设备主要仍然是以BB 同步方式为主。
本系统主要采用的同步设备有两台动倒换器，Sony 切换台以及一块Sony PTP TEK 同步发生器产生BB 同步信号，经过同步自动倒换器下发到下游的
上SDN 集中控制平台下所有具备网络服务功能以及有控制需求的设备，服务器。在这里实施汇聚，管理和集中控制，减少核心层的业务量。两台SDN 交换机通过堆叠方式连接，在连接意义上也可看作一台交换机。两台SDN 交换机分组下联了各类服务器、KVM、Tally 控制器、交换机调试端口等，通过下联设备分组的方式，合理分配连接在两台SDN 交换机下，确保当某一台SDN 交换机无法工作的情况下保证部分设备工作和转播车的主要工作仍可部分正常运行。
在分区交换机中分为导演分区和VE 分区两台3850交换机，这两台交换机所连接的都是面向转播车终端工位上所使用的控制面板、通话设备、KVM 等等。两3
核心交换机IP 视频链路流程图
4
同步示意图
5
一定的限制，大多是视频业务系统中视频流的管理者角，无法实现同一平台的综合集中管控，还需要进一步的行业标准规范和深层次的三方技术合作才能实现。
四 网络安全和维护
在设计初期，考虑到转播领域，特别是外场转播工作中，存在转播车频繁转场，设备频繁加断电，以及户外转播现场环境恶劣的情况，这些客观的外部环境及使用环境都会在一定程度上影响交换机的使用寿命，特别是交换机电源、风扇、光纤接口模块等。所以选用COTS类的交换机产品，其设计是能够支持设备稳定持续运行数万小时，并且广泛运用在IT领域，经过了市场检验，设备的稳定性具有相当程度的保障。在系统网络架构设计上，我们也充分考虑实际情况和系统安全需求，规划主备链路、设备分组、划分VLAN等方案，在底层设计上打好基础，尽可能地做好安全性规划和应急保障。
由于转播车使用环境的特殊性，在日常的使用过程中，做好
硬件设备的日常巡检是
很重要的。需要每次转
播车加电时都观察交换
机和各服务器的工作状
态，定期检查服务器硬
件，定期登录交换机查
询运行情况、工作日志
等，做好记录与数据备
份。做好全车的周检、
月检以及大型活动前的
安全检查和稳定性测试。
发现硬件故障及时上报维修。
转播车的网络环境是一个相对隔离的局域网，所以在日常的使用中，我们也要求不与外部网络环境连接，保障其独立运行。如工作需要与外
界进行文件传输时，应做好硬盘的病毒查杀，再接入系统。并定期对转
播车安全防护软件进行更新。
在投入运行的两年多时间中，我们进行了一系列的系统安全性测试，通过模拟在工作过程中可能出现的设备故障或意外断电、服务器宕机等
各类突发情况，进行了长期的技术安全验证，最终转播车的各类设备的
备份机制和应急机制均运转良好，保障了系统的正常运行。且经过春晚、
一带一路会议、国庆70周年阅兵活动等大型直播活动和高温、雨季高
湿度等各类气候的考验，均表明当前B5超高清转播车的系统及网络安
全性能良好。经过日常运行的总结与积累，为总台转播部后续4K-IP系
统的运行保障提供了有效的意见。同时以B5超高清转播车为平台，联
合多方积极开展相关技术规范的探索及制定工作，对后续转播车的设计
起到了很好的技术验证作用。
五 结语
B5超高清4K-IP转播车作为中央广播电视总台乃至全国第一台投入使用的全4K-IP转播车，它所采用的网络、同步、监看等设计方案和
多数周边设备都是技术过渡时期的产物，其中的许多在现在看来都不是
最优解，但是它对转播系统的IP化却起到了重要的引领作用，完整地
体现了在技术革新的历史阶段中一次勇敢的技术尝试。
随着4K-IP转播系统的深入使用，不管是电视台、制作公司等用户端，还是各大设备厂商，对IP系统的需求与研发投入都将日益增长。
诸如系统内全链路综合管控、故障可溯源、网络安全实时监控等辅助安
全手段都会慢慢落地实施，更加有利于转播工作的优质、高效和保障系
统的播出安全。并且随着行业发展以及互联网资源的涌入，相信未来各
品类设备间的互联互通也会得到更好的解决方案。
Sony IP-LIVE
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