基于混合架构的全媒体智能化调度平台在江苏省广播电视总台的应用

一、背景

本项目通过建设IP融合信号服务平台，实现信号域资源的统一调度和共享使用，SDI、基带IP、压缩IP、互联网流都可以在平台内统一调度流转，基础服务能力共享使用，时钟 PTP&NTP、同步、转码、台内AI能力等等都可以通过平台进行自由组合，外部的信号域处理能力可以统一接入提供服务，在平台里面还可以实现信号域业务流程灵活编排，传统广播电视业务，赛事远程制作、竖屏直播等等业务需要的资源可以在平台里面按需使用，自由串接信号流程。

项目旨在对江苏卫视4K超高清频道的相关技术系统进行升级与更新,并适应未来系统的发展需要。该项目建设目标是构建一套完整的基于IP混合架构的全媒体智能化调度平台，实现4K超高清信号融合调度分发，以满足江苏卫视超高清频道在内容生产、超高清与高清同播、传输分发方面的需求，并确保整个系统的高质量运行与安全可靠性。

【需求来源】

以"江苏卫视超高清频道制播设备更新"项目为依托，江苏省广播电视总台现有4K超高清频道面临多格式信号交叉调度困难、各品牌设备各自为政、业务流程手工操作效率偏低等现实痛点，亟需建设一套融合信号调度管控系统，统一管理SDI/IP/压缩流等多种信号域资源，实现业务流程的灵活编排与自动化交付。

江苏省广播电视总台"4K超高清播出系统（三期）"招标要求：SDN控制器须统一管控"交换机/路由器"组播网络，支持SMPTE ST 2110/2022-6/2022-7无压缩流及TS over UDP压缩流的多协议调度，支持NAT地址转换、强管控/非强管控双模式、信号保护锁定、定时/模板/联动/批量等多种切换方式。

【目标】

1）信号域资源一张网互联互通，SDI、基带IP、压缩IP、网络流等信号融合监控调度；

2）提供基础服务能力共享使用，信号处理能力、时钟同步能力、转码能力等以服务化方式对外提供服务；

3）外部能力安全可靠互通，通过安全的手段灵活与外部流媒体资源、信号处理资源交互，提供融合服务能力；

4）信号域业务流程灵活编排，通过管理系统可以根据不同类型的业务需要，如赛事制作、综艺直播、新闻连线等灵活编排调度信号域路由和信号域资源，统一下发调度处理指令，灵活交付信号域资源。

在江苏省广播电视总台，日常业务更多侧重大量压缩域的资源管控和信号调度，须实现基带IP和压缩IP的融合管理和信号调度。这就要求在异构网络环境（华为NE系列核心路由器 + CE系列数据中心交换机）下，实现播出域端到端IP信号统一调度。

在上述SDN基础上，构建一套面向江苏卫视4K超高清频道信号域资源的统一管理、灵活编排与自动化调度软件，提升信号调度效率与系统可靠性，为超高清频道的高质量运行提供技术保障。

【实现途径】

整体架构

整体系统构成包：SDN,矩阵控制管理系统,监控系统,链路建模系统,权限管理系统,资源管理系统,任务流程编排系统等等.

SDN首页

上述SDN管理软件通过SSH + Netconf协议统一纳管华为NE路由器和CE交换机。核心突破：华为NE路由器+CE交换机的异构统一纳管；基于流组-7（SMPTE 2022-7）的无缝净切。系统将路由器和交换机的设备能力抽象为统一的"IP调度矩阵"资源模型，路由器和交换机同为L3层转发节点，SDN控制器通过Netconf统一下发配置和路由策略，实现端到端信号路径的编排与切换。核心硬件配置：2台华为NE核心路由器、2台华为CE系列交换机，构成叶脊架构。

流程自动化软件将台内信号设备及端口抽象为统一资源池，通过能力标签对每台设备的处理能力进行标准化赋值，实现矩阵通道、硬件设备等资源的一体化管理与动态调度。业务编排时，系统基于设备模型链路关系和能力匹配计算可达路径，在预约阶段即完成资源确认和链路生成，并支持可视化编辑。

【技术挑战】

华为NE路由器与CE交换机的配置接口和功能模型不同，需要统一的抽象层实现异构纳管；播出域净切要求切换瞬间接收端无感知，但组播流路径切换在网络层存在收敛延迟；覆盖信号调度、资源管理、监控告警、高可用等全维度，幅度广、集成度高。

多品牌设备差异化协议对接:系统存在大量不同品牌和不同年代的信号设备，接口协议（SNMP/HTTP/OpenFlow/Netconf/NMOS等）、参数模型、操作指令各不相同，统一管控难度极大。

端口级时间冲突的精准检测:在数百台设备、数千个端口的规模下，实现多任务并行时的端口级时间冲突检测，避免资源被重复分配。需同时兼顾常态单次任务和周期跨天任务的冲突场景。

信号路径的动态寻优与应急切换:在复杂设备链路中，如何根据设备关系和端口能力快速计算可达路径，并在设备故障时自动替换异常节点并重新打通链路，同时对信号切换过程实现无缝不中断。

全流程操作的实时可靠性与历史可追溯:播出级别的信号调度系统要求指令下发的高可靠性（不能出现漏发或错发），同时对每一次操作和每一条执行指令都需要完整记录，满足运维审计和故障定位要求。

【应对举措】

建立设备能力抽象层，将路由器与交换机统一建模为"调度节点"，通过Netconf统一下发配置，屏蔽底层差异；

华为NE路由器+CE交换机异构统一管控：SDN软件通过设备能力抽象层，将路由器和交换机统一建模为"IP调度矩阵"中的调度节点。SDN控制器通过设备匹配不同协议和控制方式，屏蔽底层厂家和型号差异。在一个操作界面上，用户可以像操作传统SDI矩阵一样完成跨路由器、跨交换机的端到端信号调度，操作体验完全统一。

流组-7（SMPTE 2022-7）双链路冗余架构下，末端设备（接收端）同时接收主备两路流，切换时末端设备自主选择备路输出，不依赖网络层路径切换，实现无黑场净切；SDN内置信号调度引擎、资源管理引擎、监控告警引擎和运维引擎四大核心模块，覆盖招标全维度需求。

设备驱动代理 + 参数模板映射:开发统一的设备驱动代理层，支持SNMP/HTTP/NMOS/OpenFlow/Netconf等多种协议适配。通过"设备参数映射"配置界面，实现同功能不同品牌设备的参数统一映射。采用"公式换算（加/减/乘/除/转换）"解决参数单位差异问题，用户只需填写业务参数，系统自动完成到不同品牌设备指令的转换。

资源池

流程自动化系统根据设备能力将硬件进行资源池化管理,通过建设流处理能力模板+设备类型关联的方式为不同设备类型注册可用的处理能力（延时、变换、接收、编解码等），每种能力定义多参数内容项。再将能力关联到具体设备类型或端口类型，同一个设备可以具有多种能力，实现设备功能复用。

系统通过端口四层管控体系的方式,建立"端口规则→规则条件→校验端口→端口能力"四层管控体系。通过时效能力的标签化管理和任务执行时间片自动追踪，实现常态和周期任务的精准冲突检测。系统在预约阶段即完成端口占用预校验，执行阶段自动写入时效能力占用记录，确保同一端口在同一时间段不会被分配给多个任务。

二、项目主要技术参数、系统指标

异构设备统一管控

华为NE系列核心路由器（L3层）+ 华为CE系列数据中心交换机（L3层），通过SSH + Netconf统一纳管

支持强管控（SDN完全控制信号路径）和非强管控（设备原生协议参与控制）双模式

流组-7净切（Clean Switch）

基于SMPTE 2022-7双链路冗余架构实现无缝净切

发送端同时向主备两条物理路径推送相同组播流，末端设备（接收端）同时接收主备两路

切换时末端设备自主从主路输出切换到备路输出，接收端无黑场、无静帧

支持流组-7模式下的矩阵调度和净切联动

华为NE核心路由器和CE数据中心交换机直接由SDN管控，但配置模型与管理接口极为不同，传统方式和协议难以在一个控制平面内实现端到端编排。

SDN纳管两种异构设备，建立设备能力抽象层，将路由器与交换机统一建模为"IP调度矩阵"中的调度节点。

SDN控制器通过内部适配给两种设备类型下发配置和匹配不同的指令及协议，完全屏蔽底层差异。用户在一个操作界面上即可完成跨路由器、跨交换机的端到端信号调度，操作体验等同于传统SDI矩阵。

支持强管控（SDN完全控制路径，适用于播出直播场景）和非强管控（设备原生协议参与，适用于灵活调度场景）双模式。

IP流调度

SMPTE ST 2110/2022-6/2022-7无压缩4K流调度切换及NAT转换

TS over UDP压缩流调度切换

单核心架构和叶脊架构下的单流/流组/流组-7矩阵调度

NAT：IP地址、组播地址、源地址、端口号全面转换

IP地址池统一规划/自动分配/自动回收，支持IPv6

管控监一体化

设备/端口/PTP/光模块多维度实时监测

空流检测、带宽溢出告警、拓扑图/信号流向图/IP流路径可视化追踪

信号资源全生命周期管理（注册/修改/注销/查看）

高可用

SDN控制器主备集群，倒换后交叉点平滑刷新，浮动地址自动漂移

管理网单溃点防护

国产化全栈：麒麟/Linux服务器 + 国产面板 + 国产数据库

信号域资源一张网互联互通

SDI、基带IP、压缩IP、网络流等信号融合监控调度；相关设备池化管理,资源结合能力分配提供灵活编排能力.

提供基础服务能力共享使用

信号处理能力、时钟同步能力、转码能力等以服务化方式对外提供服务；

外部能力安全可靠互通，通过安全的手段灵活与外部流媒体资源、信号处理资源交互，提供融合服务能力；

信号域业务流程灵活编排

通过管理系统可以根据不同类型的业务需要，如赛事制作、综艺直播、新闻连线等灵活编排调度信号域路由和信号域资源，统一下发调度处理指令，灵活交付信号域资源。

三、项目技术及工艺创新要点

图3-1 网络拓扑图

创新点一：基于SSH + Netconf的华为NE路由器+CE交换机异构统一管控

华为NE路由器和CE交换机虽然同为L3层网络设备，但两者的配置模型和管理接口存在差异——路由器的路由策略、端口模型与交换机的VLAN、组播表项管理方式不同。传统做法是分别用不同工具管理，无法在一个控制平面内实现信号路径的端到端编排。

SDN软件通过设备能力抽象层，将路由器和交换机统一建模为"IP调度矩阵"中的调度节点。SDN控制器通过SSH + Netconf协议统一下发设备配置，屏蔽底层厂家和型号差异。在一个操作界面上，用户可以像操作传统SDI矩阵一样完成跨路由器、跨交换机的端到端信号调度，操作体验完全统一。

创新点二：多格式信号的互联互通

所有设备资源一张网,通过各种定制化协议控制设备功能,并抽象设备能力将设备规划成处理能力资源池,业务编排过程就是从资源池中抽取资源的过程.对多种矩阵统一调度，支持SDI矩阵、SDN IP矩阵、L波段矩阵等统一切换调度。通过信号在设备间的链路编排形成完整的打通逻辑。

通过将多格式信号处理分发设备的功能进行矩阵映射,实现对出入流进行格式转换,打通内外部信号资源转换,进行进一步分发处理.

以一场任务举例:

RTMP信号--》多格式信号处理分发设备—》转为ST2110信号--》SDN矩阵--》延时--》送监看和SDI矩阵--》再送入格式处理分发设备--》转为RTMP格式信号送出。

创新点三：能力共享—资源池

对所有设备资源进行池化管理,根据设备类型能力关联的方式,规划同设备的不同用途和修改内容,最终实现设备的最大化利用.

结合设备端口能力管理的方式,对端口进行时效标签与能力标签标记,实现对同资源的冲突校验与能力端口的保留筛选.

对相同用途的设备,在多品牌,多类型的情况下实现能力共享.用户无需关注设备具体使用方式,只需要对相关能力进行填写,系统会自动通过能力匹配参数的形式,完成对设备能力的下发.

不同设备的同一参数单位可能不同,系统对能力相关参数可统一单位,下发时通过公式计算调整后灵活匹配设备并下发.

业务编排过程就是从资源池中抽取资源的过程.

所有设备资源一张网,通过各种定制化协议控制设备功能,并抽象设备能力将设备规划成处理能力资源池,进行池化管理后,根据设备类型能力关联的方式,规划同设备的不同用途和修改内容,最终实现设备的最大化利用.

创新点四：内外部资源结合转换

通过将多格式信号处理分发设备的功能进行矩阵映射,实现对出入流进行格式转换,打通内外部信号资源转换,可将SRT,HTTP,RTMP等外部资源格式转为UDP,SDI等格式,进行进一步分发处理.

创新点五：业务流程灵活编排

信号源分层管理,可按用途,来源,内容等进行归类,快速定位信号入口.

执行时间可单次,可周期.周期任务可按周跨天进行编排.

结合预定义的信号流向,快速形成可用的信号调用链路.

同信号可在链路中多节点送出,监看,处理,调度,灵活交付信号资源.

端口时效能力赋值排除时间冲突端口,端口永久能力排除无关设备干扰.

任务开始后可应急替换链路异常节点设备,并快速打通应急链路.

系统提供信号源分类管理来定位信源位置,根据信号流向配置提供信号处理资源,快速编排任务链路,实现对信号的复用,分发,监看,延时,变换等等.

创新点六：任务模板复用

在日常编单场景中,会对信号进行多种复杂的处理,信号经过多种处理设备,所填写的参数多种多样,所规划的链路复杂,对于这种程度的信号处理,之后可能会反复出现,但只需要对其中的部分内容进行修改即可实现完成新的任务编排,而不需要从头再编写一遍.以苏超为例,多场比赛信号对于流程上的处理是相同的,只是中间的部分参数需要修改,此时每场比赛都从新编单明显是存在很大重复作业的.

为了应对这种场景,我们创新性地支持任务模板复用，大幅减少重复操作,用户可以将复杂重复的编单内容生成模板,当需要再次预约时从模板快速生成相同任务链路,稍作修改即可快速完成编单。

以苏超为例:日常业务量大，并且信号处理流程固定,需要一键快速生成任务；

对于这种常用的处理流程可以形成任务模板,从模板快速生成处理链路,微调或无需调整即可生成新的任务.

创新点七：SDN-调度流程设计-7，无缝净切

播出域对信号切换有极高要求——切换过程中不能出现黑场、静帧或画面异常。传统网络层路径切换（修改组播表项或路由策略）存在收敛延迟，无法保证切换瞬间的连续性。

SDN-M利用SMPTE 2022-7双链路冗余架构：发送端将同一组播流同时推送至主备两条物理独立的网络路径，末端接收设备同时接收主备两路流。

SDN-7净切利用华为设备采样特性，结合PTP时间下发到华为主备设备，实现-7同时在某时间点进行切换，达到净切效果。

实现零丢包、无黑场的净切换，满足播出域最严格的信号切换要求。

四、项目与当前国内外同类产品或同类技术的比较情况

支持华为NE路由器+CE交换机异构管控（SSH + Netconf统一纳管），并已通过省级广电播出域全功能测试。

支持强管控/非强管控双模式。

国产化全栈适配（华为NE路由器 + CE交换机 + 国产面板），支持融合信号（压缩、无压缩，单播、组播）调度管理。

支持融合信号调度管理,多业务一张网,通过一个终端编排业务将整个信号流程打通。

B/S端架构,对用户支持多终端,多用户的同时访问操作.对外提供API接口进行数据查询,状态监测。

五、项目的配置特点和功能特性

配置特点

主备集群高可用：SDN控制器主备部署，倒换后交叉点平滑刷新，浮动地址自动漂移

华为全栈国产化：NE系列核心路由器 + CE系列数据中心交换机 + PTP分发交换机，SSH + Netconf统一纳管

全栈国产化：国产面板，华为路由器，华为SDN交换机，华为的控制及PTP分发交换机。

B/S架构：Web统一管理入口，支持大屏、桌面多终端

功能特性

华为NE路由器+CE交换机异构统一调度，操作体验等同于传统SDI矩阵

流组-7无缝净切（SMPTE 2022-7双链路 + 末端设备执行，无黑场）

SMPTE 2110/2022-6/2022-7 + TS over UDP 多协议混合调度

支持设备/端口/PTP/光模块/空流/带宽溢出等多维度监测告警

信号流向图、IP流路径可视化追踪、拓扑自动发现

国产化硬件面板：矩阵切换/保护/Action/可视化配置/多实例

功能概述

1.可视化业务编排
快速编排业务流程,实时掌握设备状态.

2.任务预约与模板复用
日常任务模板化,快速生成预约信息.

3.流处理能力灵活配置
对同功能的不同品牌,型号设备进行统一能力管理.对具有多种能力的设备进行功能划分.

4.信号源分层管理
快速定位信号来源,确定任务链路起始点,为后续寻径提供依据

5.端口能力管理
灵活控制冲突校验内容和端口能力规划.

6. 任务应急处理
替换预定任务中的故障链路,并立即进行信号打通与参数下发.

详述

可视化业务编排

应用场景: 任务流程编排

功能: 提供可视化信号链路图，以图形化方式展示信号从信号源到送出的完整处理流程。用户可通过追加信号处理设备（延时器、变换器、接收机等）、增加信号送出端口，直观编排信号流向。链路图中设备状态以颜色区分（蓝色正常、红色异常），支持实时查看设备状态和端口流信息。

作用: 快速编排业务流程,实时掌握设备状态.

任务预约与模板复用

应用场景: 预约内容模板化制作与复用

功能: 支持普通预约和从模板预约两种模式。普通预约全新创建任务，模板预约直接复用信号源和链路配置，大幅减少重复操作。支持按天/按周设置周期任务，自动生成执行时间片段。

作用: 日常任务模板化,快速生成预约信息.

流处理能力灵活配置

应用场景: 任务设备链路编排过程中的设备能力赋值与参数填写.

功能: 支持对信号处理设备（接收机、裁切、编解码、延时器、变换器等）的能力进行灵活配置。每种处理能力可定义多个处理内容项，可设置必填性和校验规则。支持下拉框子选项及附加属性扩展，适应不同设备的差异化参数需求。

作用: 对同功能的不同品牌,型号设备进行统一能力管理.对具有多种能力的设备进行功能划分.

信号源分层管理

应用场景: 编排任务设备链路时快速定位信号来源.

功能: 信号源采用三层管理体系，归属自定义按来源,类型,功能等自定义维度划分。支持将通道绑定到设备或设备端口，实现信号路由的精确定位起始点。提供完善的搜索和级联删除功能。

作用: 快速定位信号来源,确定任务链路起始点,为后续寻径提供依据

端口能力管理

应用场景: 链路编排时提供设备冲突校验依据,或排除无能力设备端口.

功能: 支持对设备端口进行永久能力和时效能力两种标签管理。永久能力标记端口固有属性（如4K能力、NDI通道等），用于筛选任务可用端口。时效能力标记端口的时间维度的占用信息，实现端口级时间冲突检测，防止在同一时间段内资源冲突。通过"端口规则+条件+校验端口+端口能力"的四层配置体系，实现精细化的端口管控。

作用: 灵活控制冲突校验内容和端口能力规划.

任务应急处理

应用场景: 任务开始后设备故障需要更换链路中设备

功能: 已开始的任务支持添加应急信号链路，在链路出现故障时自动切换到应急链路。应急链路立即进行打通，确保信号传输的可靠性。

作用: 替换预定任务中的故障链路,并立即进行信号打通与参数下发.

全流程操作记录

应用场景: 操作记录回看与查询,执行记录回看与查询

功能: 系统自动记录所有历史操作，包括用户在什么时间创建、修改、审核了哪个预约任务。支持按时间范围查询，便于运维审计和责任追溯。执行记录支持查看每条记录的完整执行指令集。

作用: 操作溯源,历史执行记录回看.

六、项目实际应用案例和用户评价意见

该项目在全国省级广电中率先采用SDN+IP架构构建播出域信号调度系统。核心配置：2台华为NE核心路由器（IP调度矩阵）、2台华为CE系列交换机，构成叶脊架构，承载江苏台4K超高清频道播出信号的全IP调度。

系统已完成全功能测试验证，进入试运行。系统通过异构统一调度和流组-7无缝净切技术，实现了播出域IP信号调度的关键突破。

项目有多信号转换设备和卫星接收机对接外部信号,将外部SRT,RTMP,卫星信号等信源转换成内部可处理的SDI/IP信号,进行分发和处理,处理内容包含延时,变换,复用,分发,监看等操作.

系统已完成全功能测试验证，进入试运行。整个过程通过流程自动化完成信号处理与打通.实现了整体设备一张网,信号全域的端到端调度.

七、项目经济评价分析：

硬件成本优势:华为NE核心路由器功能强大，性能高但成本也高，CE交换机端口密度高，便宜。SDN软件通过异构统一纳管，将NE路由器作为调度核心承担关键路由和NAT任务，CE交换机作为接入扩展承载大量信号端口，形成叶脊架构的层次化的一张网，两者无缝协同。这一"路由器核心+交换机扩展"的架构，在保证核心性能的同时大幅降低了整体硬件成本，极具性价比。

异构兼容降低锁定风险：同时支持华为NE路由器和CE交换机的统一纳管，用户可根据实际需求和预算灵活选择设备组合，避免单一设备类型锁定。

播出域SDN化降本增效：通过自动化资源管理、可视化拓扑监控和智能巡检，减少对高技能网络运维人员的依赖，提升日常运维效率。

规模化复制潜力：江苏台作为全国首个省级播出域SDN+IP项目，为全国30余个省级广电播出域的IP化改造提供了可复用的技术方案和实施经验。

全流程闭环降低沟通成本、人力成本:流程自动化系统实现了从"预约→审核→资源分配→链路打通→参数下发→监控→应急→结束"的全流程闭环管理。核心改进在于将资源的实际分配从执行阶段提前到预约编排阶段——预约时即可确认实际分配的设备、通道、能力和链路资源，并生成完整链路图；

可视化编辑结合资源池降低执行风险:用户可通过可视化编辑链路，系统实时校验资源可用性和端口冲突。审核确认后，执行阶段仅保留硬件控制指令下发功能，不再做资源分配，大幅降低执行风险。做到了安全播出，优质播出。

应急链路保障播出安全:任务进行中支持应急链路独立创建和故障设备替换，确保播出信号不中断。

八、综述

"基于混合架构的全媒体智能化调度平台在江苏省广播电视总台的应用"项目，通过路由器+交换机的混合架构方式，实现构建了一套完整的无缝统一控制的基于SDN+IP架构的播出域信号智能调度平台，实现了SDI、基带IP、压缩IP、互联网流等多协议全媒体信号资源在同一平台内的融合监控、灵活调度和流转，结合流组2022-7无缝净切技术等，实现了播出域IP信号调度的关键突破。路由器和交换机形成的叶脊层次化架构，既便于系统的灵活扩展，也在保证核心性能的同时大幅降低了整体硬件成本，极具性价比。

通过系统配备的多信号转换和卫星接收机设备对接外部信号,便捷将外部SRT,RTMP,卫星信号等信源转换成内部可处理的SDI/IP信号,进行统一分发和处理,系统通过对硬件设备能力资源池化管理的方式,实现对信号的延时,变换,复用,分发,监看等操作的灵活编排，再结合模板化复用信号处理链路的形式,简化日常业务编排流程，可以很好满足广电行业广播电视业务，赛事远程制作、融媒体制播等业务多场景需要，推荐此项目。

九、规范

本方案严格遵循：GY/T 367-2023《IP网络播出系统技术要求和测量方法》、SMPTE ST 2110系列、SMPTE ST 2022-6/7、GY/T 337-2020《广播电视网络安全等级保护基本要求》、NMOS IS-04/IS-05等国家和行业标准。