地面數(shù)字廣播電視自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 巖

（山西廣播電視無(wú)線(xiàn)管理中心，山西 太原 030001）

0 引言

隨著中央廣播電視節(jié)目無(wú)線(xiàn)數(shù)字化覆蓋工程的逐步實(shí)施，各地市開(kāi)始新建地面數(shù)字廣播電視傳輸網(wǎng)。作為無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)闹匾绞街唬诉M(jìn)行發(fā)射臺(tái)站日常運(yùn)維等工作，還需要針對(duì)性完成系統(tǒng)的管理與維護(hù)，有效保障地面數(shù)字廣播電視信號(hào)的穩(wěn)定可靠傳輸，進(jìn)而確保廣播電視節(jié)目的安全播出。但是由于各地市建設(shè)時(shí)間的差異、建設(shè)方案的優(yōu)劣以及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別，導(dǎo)致無(wú)線(xiàn)發(fā)射臺(tái)站對(duì)地面數(shù)字廣播電視的播出要求越來(lái)越高，利用自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成信號(hào)監(jiān)測(cè)、操作規(guī)范以及自主運(yùn)維等需求越來(lái)越迫切[1]。文章依據(jù)《地面數(shù)字電視廣播監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（GB/T 28437—2012）和《數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)通用規(guī)范》（SJ/T 11574—2016），結(jié)合地面數(shù)字廣播電視的建設(shè)現(xiàn)狀，深入分析了自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一套功能齊全、自動(dòng)化程度高的地面數(shù)字廣播電視自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，并從硬件、軟件兩個(gè)層面探討了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員的技術(shù)創(chuàng)新提供參考借鑒。

1 建設(shè)目標(biāo)

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、高清化的廣播電視臺(tái)全臺(tái)網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)得到大規(guī)模的應(yīng)用，有效提高了廣播電視臺(tái)的節(jié)目制作水平和制作效率[2]。為了應(yīng)對(duì)新形勢(shì)下的發(fā)展需要，滿(mǎn)足廣播電視臺(tái)業(yè)務(wù)發(fā)展的各項(xiàng)要求，同時(shí)提高播出系統(tǒng)的安全保障水平，本次自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)主要實(shí)現(xiàn)以下4個(gè)方面的目標(biāo)。

第一，運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，集納、整合和運(yùn)用廣播電視信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程性數(shù)據(jù)資源和生產(chǎn)類(lèi)信息要素，推動(dòng)數(shù)據(jù)互聯(lián)、信息共享、資源融合等監(jiān)控系統(tǒng)共建，建設(shè)集內(nèi)容生產(chǎn)、信息集成和傳輸、管控、運(yùn)維于一體的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，解耦用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度的依賴(lài)，支持在自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)支撐下的多種傳輸模式，完成對(duì)信號(hào)、設(shè)備的監(jiān)視和控制。

第二，提升廣播電視節(jié)目?jī)?nèi)容的傳輸能力，加快地面數(shù)字廣播電視傳輸網(wǎng)建設(shè)，優(yōu)化內(nèi)容制作存儲(chǔ)、傳輸分發(fā)流程，重點(diǎn)通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)提升大數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)狀態(tài)和廣播信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，推動(dòng)內(nèi)容傳輸向?qū)崟r(shí)化、數(shù)據(jù)化、互動(dòng)化轉(zhuǎn)型，提升用戶(hù)服務(wù)體驗(yàn)。

第三，支持廣電地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)，加快數(shù)字電視技術(shù)的推廣，大力開(kāi)發(fā)基于智能終端的設(shè)備遠(yuǎn)程控制與預(yù)警服務(wù)。當(dāng)廣播電視臺(tái)發(fā)射機(jī)工作出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)分析、比對(duì)后，可以根據(jù)實(shí)際需求自動(dòng)切換至備用機(jī)，保證地面數(shù)字廣播電視的安全播出。

第四，加快推進(jìn)地面數(shù)字多媒體廣播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB）的新建和改造[3]，支持物聯(lián)網(wǎng)功能和業(yè)務(wù)的廣播電視寬帶網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)和“1+1”主備模式的自主選擇，拓寬系統(tǒng)工作范圍，適應(yīng)不同實(shí)際需求。

2 地面數(shù)字廣播電視自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

地面數(shù)字廣播電視自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的綜合管理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)DTMB的前端、傳輸、各發(fā)射臺(tái)站和用戶(hù)端信號(hào)以及主要設(shè)備的工作狀態(tài)等，發(fā)現(xiàn)故障能夠?qū)崟r(shí)報(bào)警，極大地提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可維護(hù)性，提高系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量[4]。系統(tǒng)組成主要包括采集服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和客戶(hù)端等，通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)接發(fā)射系統(tǒng)的信號(hào)源，完成對(duì)發(fā)射信號(hào)、設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，如圖1所示。

圖1 地面數(shù)字廣播電視自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)組成

信號(hào)采集主要對(duì)發(fā)射系統(tǒng)前端信號(hào)進(jìn)行不定時(shí)采樣，分析判斷需要自動(dòng)切換主備機(jī)模式的時(shí)機(jī)。采集服務(wù)主要完成對(duì)設(shè)備狀態(tài)的采集與分析，根據(jù)邏輯判斷實(shí)施自動(dòng)指令執(zhí)行的操作。數(shù)據(jù)庫(kù)主要完成實(shí)時(shí)存儲(chǔ)過(guò)程數(shù)據(jù)和操作記錄，便于隨時(shí)調(diào)取。客戶(hù)端主要完成可視化界面的顯示，包括異常狀態(tài)預(yù)警、遠(yuǎn)程操作控制等[5]。自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)運(yùn)用先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)、云服務(wù)技術(shù)、嵌入式技術(shù)，能夠管理和監(jiān)測(cè)地面數(shù)字電視系統(tǒng)的全流程。

3 地面數(shù)字廣播電視自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件部分

自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分主要包括開(kāi)關(guān)切換器、采集監(jiān)控機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和數(shù)據(jù)終端。

3.1.1 開(kāi)關(guān)切換器

開(kāi)關(guān)切換器主要指的是射頻同軸轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)主備發(fā)射機(jī)倒換、主備發(fā)射天線(xiàn)倒換。配合主備機(jī)自動(dòng)切換控制器，可以實(shí)現(xiàn)主備發(fā)射機(jī)的自動(dòng)切換。地面數(shù)字廣播電視的發(fā)射機(jī)基本采用“1+1”主備部署[6]，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)通過(guò)面板接口與發(fā)射機(jī)、假負(fù)載連接，通過(guò)不定時(shí)采集發(fā)射信號(hào)并完成分析、對(duì)比和判斷，利用RJ-45數(shù)據(jù)接口與采集監(jiān)控機(jī)中的系統(tǒng)完成指令下達(dá)和接收。

3.1.2 采集監(jiān)控機(jī)

采集監(jiān)控機(jī)作為采集監(jiān)控軟件的工作載體，通過(guò)數(shù)據(jù)接口和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接至開(kāi)關(guān)切換器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總和處理。將設(shè)備作為信息節(jié)點(diǎn)融入廣播電視信息化管理中，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、自動(dòng)地為整個(gè)信息系統(tǒng)提供及時(shí)、有效、真實(shí)的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)指揮層與執(zhí)行層信息的交流和協(xié)同工作。通過(guò)HiNet智能網(wǎng)采用現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建一個(gè)廣播電視信號(hào)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)綜合數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、報(bào)警推送、遠(yuǎn)程調(diào)試和數(shù)據(jù)報(bào)表等功能，滿(mǎn)足生產(chǎn)、傳輸、管理、運(yùn)維所需的數(shù)據(jù)采集、分析與管控需求，為遠(yuǎn)程自動(dòng)控制夯實(shí)基礎(chǔ)。此外，網(wǎng)關(guān)可以采集可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）數(shù)據(jù)，然后通過(guò)消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）協(xié)議上傳到監(jiān)控系統(tǒng)后實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)等設(shè)備狀態(tài)和傳輸信號(hào)的監(jiān)控。

第一，設(shè)備監(jiān)控。技術(shù)人員可以通過(guò)各種類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備和產(chǎn)品的性能、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全天候檢測(cè)、預(yù)測(cè)和評(píng)估，實(shí)現(xiàn)前端、中臺(tái)和后端設(shè)備的高質(zhì)量運(yùn)行，降低設(shè)備平均故障率，提升地面數(shù)字廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

第二，遠(yuǎn)程編程/調(diào)試。技術(shù)人員使用系統(tǒng)自帶的遠(yuǎn)程連接軟件登陸設(shè)備管理平臺(tái)，即可調(diào)取平臺(tái)中的采集單元。使用PLC編程軟件（STEP-7、GX Developer等）及計(jì)算機(jī)上的虛擬串口/網(wǎng)口，即可遠(yuǎn)程下載對(duì)應(yīng)的PLC程序，查看上傳系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)圖[7]。如果廣播電視臺(tái)的局域網(wǎng)內(nèi)存在多個(gè)PLC，只需使用交換機(jī)將模塊和多個(gè)PLC及觸摸屏組網(wǎng)即可，可以遠(yuǎn)程下載、調(diào)試任何一個(gè)PLC和人機(jī)接口（Human Machine Interface，HMI）。

第三，預(yù)警推送。技術(shù)人員預(yù)設(shè)警告觸發(fā)條件并制定預(yù)警推送機(jī)制，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)、App、報(bào)警燈或短信等多種方式推送到指定端口。

第四，數(shù)據(jù)報(bào)表。采用靈活的報(bào)表設(shè)計(jì)機(jī)制，根據(jù)需要設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足不同需求的報(bào)表樣式，以滿(mǎn)足不同技術(shù)人員對(duì)數(shù)據(jù)分析的需求。

3.1.3 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

作為自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，主要用于連接系統(tǒng)內(nèi)部的各模塊，如發(fā)射機(jī)、切換器、計(jì)算機(jī)等，是完成數(shù)據(jù)交互的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用RGS6150-X匯聚交換機(jī)實(shí)現(xiàn)了云架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合、虛擬化和靈活部署，并可根據(jù)業(yè)務(wù)需求部署在局域網(wǎng)、傳輸網(wǎng)等場(chǎng)景。結(jié)合高性能硬件架構(gòu)和自主模塊化軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)，滿(mǎn)足對(duì)傳輸網(wǎng)高密度接入和高性能匯聚的需求。

3.1.4 數(shù)據(jù)終端

數(shù)據(jù)終端作為軟件運(yùn)行的載體，主要用來(lái)接收自動(dòng)監(jiān)控涉及的各類(lèi)信息，完成遠(yuǎn)程查詢(xún)、調(diào)取監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等功能，并提供可視化界面。

3.2 軟件部分

利用消息堆棧、信息隊(duì)列等中間件完成監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)和內(nèi)部設(shè)備的協(xié)同等代碼開(kāi)發(fā)。以數(shù)據(jù)為核心，鏈接各服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)健康監(jiān)測(cè)

通過(guò)OpManager可以全面監(jiān)控和管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，主要利用簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，SNMP）、命令行界面（Command Line Interface，CLI）、Telnet、安全外殼協(xié)議（Secure Shell，SSH）等協(xié)議監(jiān)控采集器、工控機(jī)、交換機(jī)、防火墻、負(fù)載均衡器以及其他網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，便于技術(shù)人員深入了解監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能，如圖2所示。例如，OpManager使用SNMP對(duì)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，檢測(cè)交換機(jī)接口的流量、丟包率和出錯(cuò)率，同時(shí)監(jiān)控交換機(jī)的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）使用率、內(nèi)存使用率、背板使用率等參數(shù)。當(dāng)檢測(cè)到某個(gè)接口有問(wèn)題時(shí)，可通過(guò)OpManager暫時(shí)關(guān)閉相應(yīng)端口，待問(wèn)題解決之后再開(kāi)啟相應(yīng)的端口[8]。

圖2 網(wǎng)絡(luò)健康監(jiān)測(cè)的技術(shù)協(xié)議

3.2.2 IT工作流自動(dòng)化

在信息技術(shù)（Information Technology，IT）工作流自動(dòng)化模塊，構(gòu)建超過(guò)70個(gè)工作流程檢查和動(dòng)作，分別歸類(lèi)在9個(gè)分類(lèi)下，包括VMware ESX動(dòng)作，通過(guò)設(shè)計(jì)工作流規(guī)則，滿(mǎn)足IT管理需求。對(duì)于按照標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行的IT任務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)故障的一級(jí)檢測(cè)、日常的維護(hù)任務(wù)，均可通過(guò)IT工作流自動(dòng)化模塊自動(dòng)執(zhí)行。

3.2.3 自動(dòng)運(yùn)維

在采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，使用自動(dòng)化的腳本進(jìn)行決策分析，然后利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法做決策分析。根據(jù)Gartner Report，AIOps運(yùn)維軟件實(shí)現(xiàn)全面的自動(dòng)監(jiān)控功能，有助于監(jiān)控地面數(shù)字廣播電視信號(hào)傳輸?shù)娜^(guò)程，確保傳輸網(wǎng)絡(luò)的性能，實(shí)時(shí)檢測(cè)并及時(shí)排除網(wǎng)絡(luò)故障，以防止網(wǎng)絡(luò)中斷。對(duì)于一些嚴(yán)重的故障，如數(shù)據(jù)庫(kù)宕機(jī)、交換鏈路斷開(kāi)等，技術(shù)人員必須第一時(shí)間了解情況。當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，AIOps運(yùn)維軟件的告警模塊可以通過(guò)短信等方式通知技術(shù)人員。

3.2.4 遠(yuǎn)程控制

中心服務(wù)器部署在數(shù)據(jù)中心。當(dāng)分布式服務(wù)器部署在遠(yuǎn)程位置時(shí)，可以通過(guò)防火墻或代理服務(wù)器來(lái)連接中心服務(wù)器，并在網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行發(fā)現(xiàn)、映射、監(jiān)視和檢測(cè)任務(wù)，將結(jié)果報(bào)告給中心服務(wù)器。其中，信息的交互主要通過(guò)超文本傳輸協(xié)議（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）和超文本傳輸安全協(xié)議（Hypertext Transfer Protocol Secure，HTTPS）發(fā)送可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（Extensible Markup Language，XML）來(lái)實(shí)現(xiàn)，并顯示在操控臺(tái)上，本地技術(shù)人員可以訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器的Web控制臺(tái)進(jìn)行相關(guān)操作。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)設(shè)計(jì)一套地面數(shù)字電視自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，全面監(jiān)測(cè)傳輸網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)功能，實(shí)時(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并檢測(cè)故障隱患，保障面數(shù)字電視業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高效運(yùn)行，進(jìn)一步提升了廣播電視的自動(dòng)化播控能力，為智能化建設(shè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。