【论文转载】5G 聚合路由在2023全国两会报道中的应用

TVU多网聚合和实时IP传输编解码方案在SMT节目制作中的应用介绍。

编者按

在国家级核心期刊《现代电视技术》今年5月刊上,上海东方传媒技术有限公司沈宇麟发表了题为《5G聚合路由在2023全国两会报道中的应用》的研究论文。作者深入探讨了5G聚合路由技术在保障重大活动信号稳定传输方面的应用,对TVU Rack Router多网聚合路由器和TVU G-Link实时IP传输编解码器等产品进行了细致的分析介绍。

文章阐释了TVU Rack Router这款基于5G技术的多网聚合路由器如何利用其独特的信号聚合技术,在网络条件较差的外场环境下发挥关键作用,为高品质视频信号回传保驾护航,重点提及了即使单个网络出现故障,也不会影响整体传输质量的业务表现。另一方面,TVU G-Link采用的先进的编码协议,也确保了在弱网络条件下视频传输的流畅性。

本文不仅展示了5G聚合路由技术在保障重大活动直播方面的应用前景,也为业内同行提供了宝贵的实践经验。该研究具有良好的实用性和指导意义,对推动行业新技术应用将起到积极的示范作用。特此转载,与读者共享好文。

5G 聚合路由在2023全国两会报道中的应用

作者 上海东方传媒技术有限公司 沈宇麟

摘要:当前,5G 网络的全覆盖大大提升了时政新闻的安全性与可靠性,本文 5G 传输方案及工作原理, 阐述了基于 5G 聚合路由方案的TVU Router在重大任务中的实际应用。

关键词:全国两会、多网聚合、IS+ 算法、ISSP 协议

在 2023 年全国两会报道中,上海东方传媒技术有限公司根据报道需求,提前设计、论证技术方案可行性,于 2023 年 2 月下旬在代表团驻地组织落实设备进场搭建,配置了传统视音频编辑区以及多台可通过远程接入访问的新闻工作站;完成了代表团驻地、 报道团外围驻地、上视大厦三地间的联合调试;运用光缆(专线)、5G 备份,在最大限度提高传片效率的同时确保信号的安全稳定。在电视端、广播端和新媒体端全媒体联动,精心策划、全力以赴做好全国两会特别报道,全景式呈现全国两会盛况,营造团结奋进的舆论氛围。

一 5G 传输方案及工作原理 

目前,基于5G/4G 技术的网络聚合信号回传系统使得视音频信号的回传在空间和距离上产生突破性拓展,使应急广播回传、电视转播和采访等更加灵活、便捷。同时,由于这种系统不需要昂贵的现场转播车或卫星支持,也节省了所需要的工作人员,极大降低了成本,解放了 节目生产力。完全可以满足随时随地第一时间内将各地重要信号、新闻等呈现给观众,极大地提高了信号回传和转播的时效性。通过近几年的测试,得益于 5G 信号的全面覆盖,此次全国两会,我们采用了 TVU 传输方案, 由 TVU Rack Router 及 Glink 编码器作为北京的前端传输,在上海后端使用 Glink 解码器来接收信号。

1.TVU Rack Router

5G 多网聚合路由器,可聚合多种带宽,包括蜂窝数据、卫星、以太或无线网等,提供高可靠、高速的互联网接入及网络加速。采用 Inverse StatMux Plus (IS +)技术,即使在极具挑战性的传输环境(如移动车辆)中也能实现可靠的网络传输。当出现单一网络连接中断或带宽波动,整体聚合网络带宽链接不受影响,视频流及各种网络应用亦不会中断。同时可使用 IP67 级外部顶置天线,确保良好的信号强度。传输链路如图 1 所示。

"图1

图1 传输链路

(1)工作原理
将用户的数据包进行切片,分成多份通过网络 (4G/5G、卫星等)发送到服务器端,由服务器聚合打包后发送到互联网,达到网络加速的目的。如图 2 所示,一个信号源数据能被切分成多个小的数据包,这些切片能通过所有可用的网络链路来传输。在收发过程中,通过 IS 算法动态调整每个通道的带宽,采用最佳链路传输数据,并在接收端先纠错再组合,进行数据复原。
图2 工作原理

图2 工作原理

(2)主要技术特点

a. 采用 IS+ 聚合算法

IS+ 整合并优化了 3 种算法。单一数据包在传输过程中可能丢包、可能产生部分错误,这就需要单个包的纠错能力和多个包的联合纠错能力,即综合前向纠错算法(FEC)。当网络环境改变,需要适当降低聚合效率,同时又要实时检测链路质量,并根据不同的链路质量分配实际使用的带宽,这就需要各链路的带宽预测和带宽实时检测算法,即 Smart VBR。还有上面刚刚介绍过的,在发送端把数据拆成多个,然后在接收端再进行合并的聚合及解聚合算法(IS)。

聚合效率越高,相当于向多链路尽可能多地发送数据,虽然这样效率很高,但在对抗链路丢包、链路质量突然下降时,会导致浪费大量数据流量,也会在多条链路延时差异很大时导致分配不平均等问题。 通过 IS+ 联合运作以上 3 种算法,能在高聚合效率的同时,还能保证极低的传输流量消耗,并实现部分链路剧烈波动时更灵敏快捷的聚合策略调整响应,以确保给用户带来优异的网络稳定接入体验,达到最佳平衡点,从而使 TVU Router 可以通过同时最大化使用多个信道传输视频及数据以减轻有限带宽的影响,使广播商及用户通过移动互联网络推送大量的数据并得 到更好的画面信号。

b. 提供公网 IP 映射

TVU Router 同时支持将云端聚合网关服务器公网 IP 地址映射给现场设备,可解决外场情况下,接收机、导播台、编码器等网络设备互联网接入的问题。

c. 具有数据包顺序复原能力

TVU Router 多路复用,会在源端把数据分拆,并通过不同的无线通道进行发送,由于不同无线通道的信号质量、路由延时, 因此达到云端服务器的时候可能出现不同的到达顺序,TVU 服务器会精准地进行顺序复原,保证客户的数据还是按照原来的顺序到达。保证与各种视频等应用的无缝对接。

d. 高效的管理界面

在 Router 的 Router Center 云管理平台可以实时监看每个设备的速率,并显示所在位置,也能在地图上展示设备的运动情况,评估出每条无线链路的信号质量,保证最高效的运营管理。

e. 多链路优先级设置

对于核心的多路复用,不仅能自动地侦测每条链路的信号质量,调整数据包的重发效率,也可以由用户自行设置优先级,便于在运维网络时对不同成本的链路流量消耗有个事先的设置和调节。例如有些用户希望优先使用 4G 网络,然后再使用卫星提供的网线链路。

2. G-Link 编码器

G-Link 编码器是基于 IP 的点对点实时视频共享 解决方案。通过普通互联网,就能达到光纤专线传输 质量,可利用全球的互联网接入,提供低至 500 毫秒 时延、单点对多点的高品质视频传输。通过 TVU 的 Smart VBR(动态编码) ,系统能对一个定好的延时 进行动态管理传输码率。

通过 IS+、 FEC 持续观察实时的连接状态并发送足够数量的提前量来保证数据包能被收到而不会产生潜在的丢包,就像在同时预计重传需求。没了重传的需求,使用 IS+ 技术的上行方案能在移动环境中做次秒级的超高清画质实时传输。和其他公网 传输协议相比, ISSP 协议 FEC 的支持和处理更灵活、 对丢包率的容忍度更高, 以及支持多个链路的捆绑。  此外 ISSP 支持先进的 Smart VBR,可以对一个定好的延时进行动态管理传输码率。因此,ISSP 协议在网络条件较差或者移动过程网络条件不断变化的情况下,将有更好的表现效果。此外,通过多个链路的捆绑也可以帮助获取更高的传输速率以及更稳定的传输效果。

TVU Router 在全国两会报道中的应用

鉴于这套设备之前并没有参与过重大特别报道,缺乏大型活动经验,因报道全国两会的重要性,特地在去年 11 月“直击长江口二号古船整体打捞出水”特别报道中,将这套系统投入实战,在全国两会前进行最后的调试、演练。距离打捞口最近的横沙岛长江口生态湿地(图 3),运营商信号覆盖薄弱、有线接入能力受限,离最近的电信基站也要五六百米。堤岸边风大浪急,环境十分恶劣,在两天一夜的打捞直播中,TVU Rack Router系统工作稳定,在 6 张 5G 卡加持下,依靠出色的动态编码,实时向电视平台以及各新媒体端转播,让世人共同见证了这史无前例的打捞过程,园满完成了这次水陆联动的技术保障任务。

图3 横沙岛长江口

图3 横沙岛长江口

TVU Router 开机后,只需通过 Web 页面访问即可管理,操作界面友好,在工作间就能控制。即使有任务外出,手机、Pad 等,只要能连网在异地也可控制, 十分便捷。通过 6 张 5G SIM 卡聚合传送信号,系统会自动按 RTT 值(延时量) 最小的卡走主流量,即使一张信号高质量的 SIM 卡掉线(图 4),只会导致带宽的小幅波动,传输中的视频流不会中断。另外,还可添加固定 Wi-Fi 信号分流,增加冗余,提升安全性、可靠性。
图4 卡槽 1 的 SIM 卡损坏时的状态

图4 卡槽 1 的 SIM 卡损坏时的状态

全国两会北京前方的文稿、粗编系统通过 2 根专线(同时互为备份)直连上海后方系统,操作环境与台里一样。TVU Router 可与台里的服务器互连,通过 Router 的网络(热点 / 有线),就能进入融媒体中心办公网,进行写稿、编辑。传片时可以在接收器端设置延时量,降低误码率,避免画面拉条、马赛克的出现。若外场需要,还能随车使用,搭配一个户外电源就能成为移动专线。

而且, 由于北京市区 5G 信号的全覆盖,TVU Router 并不受天气影响, 时刻保证信号传输稳定、快速(如图5、图6)。

图5 北京前方的 TVU Router

图5 北京前方的 TVU Router

图6 正在传送 2023 全国两会素材

图6 正在传送 2023 全国两会素材

三 总结 
在专业设备轻量化的今天, 基于 5G 聚合路由方案的 TVU Router,为时政新闻提供了高效、稳定、经济的网络传输方案,其便利、灵活的管理方式同样让人称道。目前,SMT 已为上海电视台融媒体中心架设 TVU 服务器、TVU ONE 等直播传输设备, 可以让每个记者变身为新闻“轻骑兵”,在报道实践中打磨出在重大任务中拉得出、打得响的“新闻 铁军”。

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