Redundanz: was wovor schützt

Die Übertragung eines Kanals beruht auf fünf Gliedern: Quelle, Übertragungsstrecke, Netz, Knoten und, bei OTT, die Verbindung des Zuschauers mit dem Knoten. Jedes Glied hat seinen eigenen Schutzmechanismus, und jeder Mechanismus deckt nur sein Glied ab. Unten steht zuerst, welches Schema Sie für welche Aufgabe wählen, dann jede Stufe: was sie schützt, was sie kostet und wie sich die Stufen kombinieren.

Die Einstellungen stehen auf den verlinkten Referenzseiten.

Fünf Redundanzstufen. Die Stufen 3–5 sind Funktionen der Version 2.1 (Beta).

Auswahl eines Schemas für die Aufgabe

Aufgabe	Das Schema
Übertragung eines Kanals über das Internet zwischen eigenen Knoten	SRT oder PS1 mit einem Puffer passend zur RTT der Strecke; zweiter Eingang — derselbe Kanal über einen anderen Weg oder von einer anderen Quelle.
Kopfstation → Multicast-Empfänger (IPTV eines Betreibers, Hotel)	Reserveeingänge auf jedem Stream und Hot-Standby-Reserve der Multicast-Ausgänge auf zwei Knoten; ein dritter Knoten, der nur abstimmt, wenn es zwei Knoten gibt.
Verwaltetes Sendenetz mit Empfängern von Drittanbietern	RTP oder Pro-MPEG FEC; bei zwei unabhängigen Netzen ST 2022-7. Den sendenden Knoten schützt die Reserve der Multicast-Ausgänge.
OTT für Zuschauer im Internet	Reserveeingänge und OTT/DVR-Reserve auf zwei und mehr Knoten mit öffentlichen HTTPS-Adressen; Cache oder CDN — gemäß 8.1. OTT/DVR-Reserve und CDN.
Hotel	Hotelfernsehen: Leitfaden für Integratoren.

Vergleich

Stufe	Unterbrechung bei Ausfall	Bandbreite	Was sonst nötig ist	Latenz
Reserveeingänge	Stream-Timeout	Ohne Aufpreis	Zweite Quelle	Wächst nicht
ARQ (PS1, SRT, RIST)	Nein, solange die Verluste im Rahmen des Puffers bleiben	Reserve für Wiederholungen	Rückkanal	Empfängerpuffer, einige RTT
Pro-MPEG FEC	Nein, bei kleinen Verlusten	+10–30 % und mehr	—	Warten auf die FEC-Matrix
ST 2022-7	Nein	× 2	Zweites unabhängiges Netz	Fenster des nachlaufenden Wegs
Reserve der Multicast-Ausgänge	Nein	Quelle für jeden Knoten	Zweiter Knoten, Meshwork-Domäne	„Ausgangsverzögerung“, ab 500 ms
OTT/DVR-Reserve	Pause, bis der Player den Ausfall bemerkt	Ohne Aufpreis, solange die Knoten intakt sind	Zweiter Knoten mit Spielraum, öffentliche Adressen	Wächst nicht

1. Quelle: Reserveeingänge

Ein Stream kann mehrere Eingänge haben — zum Beispiel einen Kanal vom Satelliten und denselben Kanal aus dem Internet. Aktiv ist einer. Gilt er als gestört (keine Daten länger als das Stream-Timeout oder der Stream besteht die Prüfung nicht), wechselt der Stream auf den nächsten Eingang in der Liste und kehrt danach zum Haupteingang zurück (Quellenredundanz).

• Schützt vor dem Ausfall der Quelle: Satellit, Provider, Encoder, Leitung bis zum Knoten.

• Kosten. Eine zweite Quelle desselben Kanals. Die Umschaltung ist nicht nahtlos: Vorher verstreicht das Stream-Timeout, und die Empfänger sehen eine kurze Unterbrechung.

• Überwachung. Den Betrieb über einen Reserveeingang meldet ein Alarm mit Code 27 (input-fallback), einen fehlerhaften Reserveeingang Code 65 (backup-input-error), einen Stream ohne einen einzigen funktionierenden Eingang Code 60 (stream-no-source) (Liste der Alarme). Jeder Wechsel wird im Ereignisprotokoll des Streams festgehalten (Ereignisse in den Diagrammen).

2. Übertragungsstrecke: Neuübertragung und FEC

Verluste und Jitter auf der Strecke zwischen Knoten oder von Fremdgeräten gleicht das Transportprotokoll aus (Übertragungsprotokolle):

• ARQ (PS1, SRT, RIST) — Neuübertragung verlorener Pakete. Ein Rückkanal ist nötig. Die Kosten sind ein Empfängerpuffer von einigen RTT (Latenz) und Bandbreitenreserve für Wiederholungen.

• FEC (Pro-MPEG) — ständige Redundanz ohne Rückkanal. Die Kosten sind 10–30 % und mehr über der Bitrate (je nach Matrix) und Latenz durch das Warten auf FEC. Es stellt nur kleine Verluste wieder her.

Das Protokoll schützt vor Verlusten, aber nicht vor einem Abriss der Strecke: Fällt die Strecke ganz weg, hilft nur ein Reserveeingang mit einem anderen Übertragungsweg (Stufe 1).

3. Netz: zwei Wege nach SMPTE ST 2022-7

Wichtig

Betaversion 2.1. Das hier Beschriebene gibt es nur in der Betaversion 2.1: Sie wird aus dem Beta-Repository und nur mit einer Lizenz installiert; die stabile Version 2.0.2 und die Demoversion enthalten es nicht. Die Betaversion wird ohne Gewähr ausgeliefert, Support gibt es nach Möglichkeit (Betatestprogramm).

Derselbe RTP- oder Pro-MPEG-Stream erreicht den Empfänger über zwei unabhängige Netze, und der Empfänger setzt ihn anhand der Paketnummern zusammen. Ein Paket, das in einem Netz verloren geht, wird aus dem anderen genommen (Netzanforderungen für ST 2022-7).

• Schützt vor dem Ausfall eines ganzen Netzes — Switch, Leitung, Stromversorgung — und vor Verlusten darin, ohne Umschaltung und ohne Unterbrechung.

• Kosten. Zwei getrennte Netze, je eine Netzwerkkarte pro Netz, doppelte Bandbreite. Die Empfangslatenz wächst um das Wartefenster für den nachlaufenden Weg (standardmäßig 450 ms, weniger möglich, wenn die Wege ähnlich sind).

• Schützt nicht vor dem Ausfall des sendenden Knotens selbst: Beide Wege sendet er.

• Überwachung. Ein weggefallener Weg — Alarm mit Code 75 (input-path-down), Wege mit unterschiedlichen Streams — Code 76 (input-paths-differ).

4. Knoten: Hot-Standby-Reserve der Multicast-Ausgänge

Wichtig

Betaversion 2.1. Das hier Beschriebene gibt es nur in der Betaversion 2.1: Sie wird aus dem Beta-Repository und nur mit einer Lizenz installiert; die stabile Version 2.0.2 und die Demoversion enthalten es nicht. Die Betaversion wird ohne Gewähr ausgeliefert, Support gibt es nach Möglichkeit (Betatestprogramm).

Mehrere Knoten derselben Meshwork-Domäne empfangen dieselbe Quelle und führen gleiche UDP-, RTP- oder Pro-MPEG-Ausgänge auf dieselbe Multicast-Adresse. Einer sendet. Fällt er, sein Ausgang oder sein Eingang aus, übernimmt ein anderer Knoten die Gruppe ohne Unterbrechung und ohne Wiederholungen, und die Empfänger bleiben auf derselben Adresse (Hot-Standby-Reserve der Multicast-Ausgänge).

• Schützt vor dem Ausfall eines Servers, seines Ausgangs oder Eingangs. Die Server lassen sich nacheinander warten: Ein Knoten, der regulär angehalten wird, gibt zuerst seine Gruppen ab.

• Kosten. Jeder Knoten empfängt die Quelle und verarbeitet den Stream genauso wie der Sender: Ressourcen und eingehende Bandbreite fallen auf jedem Knoten vollständig an. Die Ausgabelatenz wächst um die „Ausgangsverzögerung“ der Gruppe — von 500 bis 2500 ms, standardmäßig 500.

• Anforderungen. Eine Meshwork-Domäne, ein zwischen den Knoten offener UDP-Port des Steuerkanals (standardmäßig 43975), synchronisierte Uhren, gleiche Adressen der Ausgänge.

• Überwachung. Bildschirm „Reserven“ (Reserven), Spur „Reserve“ der Stream-Statistik (Die Spur „Reserve“), Alarme mit den Codes 66–74 (Stream-Redundanz).

5. OTT-Zuschauer: OTT/DVR-Reserve

Wichtig

Betaversion 2.1. Das hier Beschriebene gibt es nur in der Betaversion 2.1: Sie wird aus dem Beta-Repository und nur mit einer Lizenz installiert; die stabile Version 2.0.2 und die Demoversion enthalten es nicht. Die Betaversion wird ohne Gewähr ausgeliefert, Support gibt es nach Möglichkeit (Betatestprogramm).

Knoten, die denselben Kanal per HLS, LL-HLS oder DASH ausliefern, werden zu einer OTT-Gruppe zusammengefasst. Die Master-Playlist nennt dem Player die Reserveknoten, und fällt der Knoten aus, setzt der Player die Wiedergabe von einem anderen fort. Ein Knoten, der einen neuen Zuschauer oder eine Archivanfrage nicht bedienen kann, leitet sie auf einen Knoten um, der es kann (OTT/DVR-Reserve).

• Schützt OTT-Zuschauer vor dem Ausfall eines Knotens oder eines Streams auf ihm; das Archiv vergangener Sendungen liefert der Knoten, der es hat.

• Preis. Die Zuschauer eines ausgefallenen Knotens verteilen sich auf die übrigen geeigneten Knoten: Von N Knoten muss jeder das 1 + 1/(N−1)-Fache der normalen Last tragen. Jeder Knoten braucht eine Adresse, die Zuschauer direkt erreichen.

• Einschränkungen der Beta. Den Wechsel während der Wiedergabe gibt es nur bei einzelnen HLS-Streams und nur bei Playern, die ihn unterstützen (Player und OTT/DVR-Reserve).

• Überwachung. Bildschirm „Reserven“, Alarme mit den Codes 70, 78 und 79.

Wie sich die Stufen kombinieren

• Reserveeingänge innerhalb einer Reservegruppe. Ist der Eingang des Senders verstummt oder auf einen Reserveeingang gewechselt und hat ein anderes Mitglied einen besseren Stream, wechselt die Gruppe zu diesem.

• ST 2022-7 am Eingang und Reserve der Ausgänge. Die „Ausgangsverzögerung“ der Gruppe hängt vom Fenster des zweiten Wegs des Eingangs ab (Wer sendet, und die Verzögerung).

• Pro-MPEG FEC und Reserve der Ausgänge. Das Warten auf FEC am Eingang verzögert den Stream; die nahtlose Umschaltung der Gruppe deckt es höchstens bis 2100 ms ab (FEC-Wartegrenze).

• Multicast- und OTT-Reserve auf denselben Knoten. Beide Reserven arbeiten unabhängig: Multicast-Gruppen wählen den Sender, OTT-Gruppen die Reserven für die Zuschauer. Berechnen Sie den Ressourcenspielraum für beide Lasten gleichzeitig.

Überwachung

Redundanz nützt nur, wenn jemand von der Umschaltung erfährt. Den Zustand aller Gruppen dieses Knotens, die Mitglieder, das Ergebnis des Quellenvergleichs und die Probleme zeigt der Bildschirm „Reserven“ (Bildschirm „Reserven“); Umschaltungen die Spur „Reserve“ der Statistikdiagramme. Richten Sie die Zustellung von Alarmen an den Bereitschaftsdienst ein (Externe Alarmzustellung) und die Ausgabe von Metriken an ein externes Monitoringsystem (Anbindung externer Überwachungssysteme).