文/張謙

隨著技術(shù)的革新，受眾的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)媒體與現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合已經(jīng)是無可爭議的要求。傳統(tǒng)媒體的內(nèi)容與新媒體的技術(shù)進行有效的結(jié)合，可以實現(xiàn)資源通融、傳播互融、利益共融。通過研究網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)，就會發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)中一直都是以技術(shù)為引領(lǐng)，所以以技術(shù)為引領(lǐng)也是我們廣電發(fā)展的必然之路。而在專業(yè)廣播電視轉(zhuǎn)向基于IP架構(gòu)的過程中，始終存在一個主要的障礙，就是網(wǎng)絡(luò)控制。本質(zhì)上講，IP網(wǎng)絡(luò)缺乏真實的實時廣播環(huán)境所需要的預(yù)測性和服務(wù)質(zhì)量（QoS）。網(wǎng)絡(luò)阻塞、帶寬管理、網(wǎng)絡(luò)配置以及新設(shè)備加入或舊設(shè)備移除導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的動態(tài)變化的識別和計算，以及新技術(shù)帶來的故障排除時效性問題等等都會讓現(xiàn)有的廣播工作變得更加復(fù)雜。為了實現(xiàn)這個目標，我們除了要規(guī)定好傳輸信號的規(guī)范以外，信號/設(shè)備的時間基準是另一個大問題。

1.時間基準技術(shù)介紹

隨著AES67標準的提出，信號傳輸?shù)囊?guī)范已經(jīng)有了基本協(xié)議?，F(xiàn)在的各種AOIP 方案都是以AES67為基礎(chǔ)來實現(xiàn)互聯(lián)互通。但是不管是RANVENA、Dante還是LiveWire+都是把實時的音視頻轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)流，而為了適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)分組打包傳輸?shù)睦砟?，整個系統(tǒng)需要一個統(tǒng)一的基準時鐘。因為時間的偏差會導(dǎo)致IP網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)成包和數(shù)據(jù)交換產(chǎn)生錯誤并最終導(dǎo)致丟包錯序。盡管使用IGMP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以保證數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的優(yōu)先性，但是隨著錯誤的累加，會造成數(shù)據(jù)交換的延時，當(dāng)該延時超過512個采樣值后，對端解碼出來的的實時音視頻就會中斷，這對廣電的實時業(yè)務(wù)要求是致命的。

所以在IP環(huán)境下，我們同樣需要為廣播應(yīng)用提供一個等同于原先傳統(tǒng)同步機制的時間基準。為了在以IP為基礎(chǔ)的分組傳送網(wǎng)絡(luò)中承載實時的視音頻數(shù)據(jù)流，業(yè)界先后提出了幾種分組時鐘技術(shù)用于網(wǎng)絡(luò)同步。分別有：TOP（TimingoverPacket）、以太網(wǎng)物理層同步、IEEE1588V1/IEEE1588V2、NTP（Network Time Protocol）。

TOP（TimingoverPacket）技術(shù)就是通過算法和封裝格式將本地時鐘信息放入數(shù)據(jù)包（packet）中發(fā)送，在接收端從包中恢復(fù)時鐘，盡量避免網(wǎng)絡(luò)傳送過程中帶來的損失。使用TOP技術(shù)可以實現(xiàn)全網(wǎng)的同步。優(yōu)點是：支持網(wǎng)絡(luò)透傳，不要求中間設(shè)備支持TOP，運用靈活，實現(xiàn)技術(shù)成熟。缺點是：時鐘的質(zhì)量依賴于網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，受網(wǎng)絡(luò)延時抖動、丟包、錯序的影響非常大；沒有標準化協(xié)議，不能支持時間同步。

以太網(wǎng)物理層同步就是徹底改造異步網(wǎng)絡(luò)，是網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點都實現(xiàn)同步。采用了類似SDH的方式，直接利用以太網(wǎng)物理層面的提醒，從串行數(shù)據(jù)碼流恢復(fù)時鐘，與TOP技術(shù)利用數(shù)據(jù)包進行同步不同，與業(yè)務(wù)中數(shù)據(jù)無關(guān)。采用專用的數(shù)據(jù)包實現(xiàn)時鐘信息的傳遞。優(yōu)點是時鐘同步質(zhì)量優(yōu)良，接近于SDH網(wǎng)絡(luò)；不受網(wǎng)絡(luò)影響；目前SDH網(wǎng)絡(luò)方案比較成熟。缺點是：不是所有的以太接口都可以恢復(fù)時鐘；需要全網(wǎng)部署。

IEEE1588是網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精密時鐘同步協(xié)議標準，采用PTP(精確時鐘同步)協(xié)議，精度可以達到微秒級。IEEE1588是采用了時戳技術(shù)來保證達到這么高的精度，時戳（TS-Time stamp）是用于標記傳輸數(shù)據(jù)包的時間。當(dāng)使用以太網(wǎng)報文傳送PTP消息時，1588V2協(xié)議將時間戳的點插入到以太網(wǎng)幀的前導(dǎo)碼后面的第一個比特位中，位于網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包之前。將時戳處理下到了數(shù)據(jù)鏈路層以下，利用硬件來記錄報文到達和離開的時間，極大提高了時戳的精確性[1]。IEEE1588標準于2002年底由IEEE標準委員會支持并通過，并與2007年完成V2的修訂。優(yōu)點是：時間和頻率同步；同步精度高；是業(yè)界統(tǒng)一的標準。缺點是：不支持非對稱網(wǎng)絡(luò)；需要軟硬件升級。

NTP（Network Time Protocol，網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議）用來在分布式服務(wù)器和客戶端之間進行時間同步，是由RFC 1305定義的時間同步協(xié)議。NTP基于UDP報文進行傳輸，使用的UDP端口號為123。NTP技術(shù)與IEEE1588類似，IEEE1588的時間戳處理在數(shù)據(jù)鏈路層，NTP的時間戳處理在網(wǎng)絡(luò)層，由于從網(wǎng)絡(luò)層到鏈路層封裝和鏈路層到網(wǎng)絡(luò)層解包的不確定延時，會導(dǎo)致NTP的誤差達到十幾個毫秒，嚴重影響時間恢復(fù)的精度。

2.關(guān)鍵技術(shù)分析

雖然整個AOIP網(wǎng)絡(luò)可以建設(shè)成為比較簡單的局域網(wǎng)，但是考慮到隨著技術(shù)的發(fā)展，未來應(yīng)用到廣域網(wǎng)的需要，我臺在項目建設(shè)中選用了IEEE1588V2作為我們整個AOIP網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一基準時鐘技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)示意圖如下：

在IEEE1588協(xié)議中有一個很重要的技術(shù)是BMC（Best Master Clock）算法。該算法能夠保證在時鐘網(wǎng)絡(luò)中每個設(shè)備都可以作為主時鐘，大大提高了時鐘網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性。BMC（Best Master Clock）算法由數(shù)據(jù)集比較算法和狀態(tài)決策算法2個部分組成。其中的狀態(tài)決策算法是采用數(shù)據(jù)集比較算法來界定本地時鐘的端口狀態(tài)，因此狀態(tài)決策算法實際上是進行多次數(shù)據(jù)集比較算法的合集[2]。具體到IEEE1588協(xié)議中，數(shù)據(jù)集比較算法比較的信息是自身的時鐘信息和主時鐘的時鐘信息。具體是按照以下3個步驟來進行。

（1）對參與比較的2個主時鐘的UUID域進行比較，如果兩者的主時鐘是同一個，則轉(zhuǎn)到第2步，若不是同一個，則通過比較主時鐘的時鐘特性來決定使用哪一個作為主時鐘。

（2）若參與比較的主時鐘是同一系統(tǒng)或地位等效，則對本地時鐘到主時鐘的路徑長短進行比較。路徑長度最短的時鐘決定使用為主時鐘。

（3）若以上第2個步驟比較結(jié)果也相同，則對比對的兩個時鐘的接收端口號進行比較，選擇其中端口號小的選為主時鐘。若接收端口號仍相同，則比較時鐘的sequence的ID值，值大的則選擇為主時鐘[3]。

3.網(wǎng)絡(luò)化改造注意問題

按照n=c/v，其中真空中光速為c=299，792，458米/秒，n代表光纖折射率，一般采用安捷倫OTDR測試儀中給出的推薦值1.458，那么：v=c/n=299，792，458/1.458=205618969m/s；計算1米光纖的延時：1/v=4.86e-9s/m=4.86ns/m。也就是說1米光纖的傳輸延時約5ns，根據(jù)1588V2時間同步計算公式，大概由400米的光纖不對稱就會引入1us的時間同步誤差，1米的不對稱將引入2.5ns的時間同步誤差。IEEE1588協(xié)議對光纖的非對稱性要求很高，所以我臺在部署AOIP網(wǎng)絡(luò)時分別采用以下兩種措施來避免光纖的不對稱：一是注意減少光纖的使用量；二是每個通路都采用兩根光纖，一根負責(zé)上行，一根負責(zé)下行。在實際使用中AOIP信號的延時基本在0.1us以下，對數(shù)據(jù)的傳輸沒有造成影響。

為了能夠在提供穩(wěn)定的IEEE1588時鐘的同時與GPS校時，我臺選擇了sonifex公司的AVN-GMCS系列產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品自帶GPS接收器、鎖相環(huán)和專用車載時鐘設(shè)備來保證在與GPS信號同步的同時產(chǎn)生精確、低抖動的時鐘信號。能夠提供PTPv2和WordClock兩種格式的同步信號，即可以作為AES67的PTP主時鐘，也可以兼容現(xiàn)有的設(shè)備。根據(jù)我臺實際情況，我們選用了內(nèi)置芯片級銫原子鐘的型號，在GPS信號丟失的情況下，也可以保證最壞情況下每11.5天正負1秒的損耗。

結(jié)語

隨著SMPTE 2110標準中把IEEE1588V2時鐘列為的支持，更進一步證明了，IEEE1588是一個廣義的標準，是一個覆蓋范圍、應(yīng)用領(lǐng)域極廣的PTP標準。在我臺部署使用該PTP標準系統(tǒng)，可以方便現(xiàn)有的音頻網(wǎng)絡(luò)與未來的視頻網(wǎng)絡(luò)對接，實現(xiàn)完美融合，為以后IP數(shù)據(jù)流在更廣闊的網(wǎng)絡(luò)中使用提供穩(wěn)固的基礎(chǔ)。