Falha Sistêmica em Rede SFN por Instabilidade STP/IGMP em Radiodifusão Digital Terrestre
Description
Este trabalho analisa e comprova a causa raiz de falhas cíclicas em uma rede de radiodifusão digital terrestre operando em arquitetura Single Frequency Network (SFN) no padrão ISDB-Tb. O problema manifestou-se inicialmente no transmissor principal Rohde & Schwarz TCE900 e evoluiu para falhas síncronas em toda a rede. A investigação identificou a geração recorrente de eventos de Topology Change (TC) pelo Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) a partir de portas não configuradas como borda, provocando a perda do estado de IGMP Snooping e interrupções do fluxo de Transport Stream (TS) de até 40 s. Propõe-se um modelo de primeira ordem, baseado na razão de saturação ρ = T_rec/T_tc, que explica a transição entre os regimes esporádico, periódico e de colapso e é calibrado com as taxas de TC medidas. A hipótese de margem insuficiente de SFN Delay foi testada em um ensaio controlado de dez dias e descartada. A correção, aplicada remotamente via CLI/SSH com portas de borda, root guard, Root Bridge determinística, TCN guard e poda de VLANs, levou a taxa de TC a zero durante a janela de observação. Estudo de caso na rede SFN do Canal 22 da TV Gazeta ES, Vitória, Espírito Santo, Brasil, entre abril e maio de 2026.
Abstract (English)
This work analyzes and validates the root cause of cyclical failures in a terrestrial digital broadcasting network operating as an ISDB-Tb Single Frequency Network (SFN). The issue first affected the main Rohde & Schwarz TCE900 transmitter and later evolved into synchronous failures across the whole network. Recurring RSTP Topology Change (TC) events originating from ports not configured as edge ports caused the loss of IGMP Snooping state and Transport Stream interruptions of up to 40 s. A first-order model based on the saturation ratio ρ = T_rec/T_tc is proposed; it explains the transition between sporadic, periodic and collapse regimes and is calibrated against measured TC rates. The competing SFN Delay margin hypothesis was tested in a ten-day controlled experiment and discarded. The fix, applied remotely via CLI/SSH using edge ports, root guard, deterministic Root Bridge placement, TCN guard and VLAN pruning, brought the TC rate to zero during the observation window. Case study on the Channel 22 SFN of TV Gazeta ES, Vitória, Brazil, April–May 2026.
Notes (Portuguese)
Versão 2: correção da derivação dos parâmetros OFDM e da taxa BTS, revisão da temporização RSTP, novo modelo de saturação ρ calibrado com dados de campo e correção das tabelas de inventário e de solução.
Files
Santos_2026_SFN_STP_IGMP_v2.pdf
Additional details
Additional titles
- Translated title (English)
- Systemic Failure in a Single Frequency Network due to STP/IGMP Instability in Terrestrial Digital Broadcasting