郭譯群

（中國(guó)人民解放軍海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東 青島 266041）

0 引言

光纖傳輸視頻信號(hào)相比同軸電纜、非屏蔽雙絞線、無(wú)線等其他傳輸介質(zhì)，有著帶寬高、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)等較多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，隨著光纖價(jià)格的逐步降低，視頻光端機(jī)在平安城市、道路監(jiān)控、高速公路、軌道交通、軍隊(duì)、石油石化等需要遠(yuǎn)距離傳輸視頻的行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于光端機(jī)的生產(chǎn)和使用受地理位置的局限，當(dāng)光端機(jī)所處的地理位置偏僻，并出現(xiàn)業(yè)務(wù)不通、配置失效或者軟件故障時(shí)，研制生產(chǎn)單位都需要派遣技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障定位和排查，大大增加了光端機(jī)的維護(hù)成本。由于我國(guó)電話網(wǎng)絡(luò)具有高覆蓋率的特點(diǎn)，基于電話網(wǎng)的遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)在光端機(jī)中的應(yīng)用，不僅能及時(shí)對(duì)光端機(jī)的非硬件故障進(jìn)行定位和排除，還能在最大程度上減少研制生產(chǎn)單位的維護(hù)成本[1]。

1 光端機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程及趨勢(shì)

1.1 光端機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程

光端機(jī)是一個(gè)延長(zhǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w通信設(shè)備，它主要是通過(guò)信號(hào)調(diào)制、光電轉(zhuǎn)化等技術(shù)，利用光傳輸特性來(lái)達(dá)到遠(yuǎn)程傳輸?shù)哪康摹９舛藱C(jī)一般成對(duì)使用，分為光發(fā)射機(jī)（如圖1所示）和光接收機(jī)（如圖2所示），光發(fā)射機(jī)完成電/光轉(zhuǎn)換，并把光信號(hào)發(fā)射出去用于光纖傳輸；光接收機(jī)主要是把從光纖接收的光信號(hào)再還原為電信號(hào)，完成光/電轉(zhuǎn)換。

早期的視頻光端機(jī)是采用調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等模擬調(diào)制方式，視頻傳輸路數(shù)少，易受到外界環(huán)境干擾和通道之間相互串?dāng)_，視頻傳輸質(zhì)量不能滿足使用要求，從本世紀(jì)初開(kāi)始就逐漸被數(shù)字非壓縮視頻光端機(jī)取代。數(shù)字非壓縮視頻光端機(jī)采用脈沖編碼調(diào)制方式（PCM）對(duì)模擬視頻進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)數(shù)字化編碼后的視頻碼流就可以借助成熟的時(shí)分復(fù)用（TDM）、波分復(fù)用（WDM）等通信技術(shù)，把1路或多路視頻信號(hào)以及其他輔助信號(hào)一起通過(guò)光纖傳輸。目前市場(chǎng)上的光端機(jī)使用單波長(zhǎng)就可以傳輸16～18路視頻，加上粗波分復(fù)用（CWDM）技術(shù)，可以單纖傳輸100多路視頻。在組網(wǎng)方式上可以支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)鏈型、節(jié)點(diǎn)環(huán)型、多點(diǎn)匯聚型等多種拓?fù)浞绞?，在業(yè)務(wù)接入方面，除了視頻還可以支持低速異步數(shù)據(jù)、音頻、以太網(wǎng)、開(kāi)關(guān)量、電話、E1等信號(hào)。

數(shù)字非壓縮視頻光端機(jī)作為傳輸設(shè)備，最重要的是要保證視頻的傳輸質(zhì)量，而衡量視頻質(zhì)量一般采用視頻測(cè)試儀表對(duì)視頻進(jìn)行相關(guān)的指標(biāo)測(cè)試，視頻指標(biāo)通常包括視頻電平、微分增益、微分相位、幅頻特性、信噪比等。因此，要保證較高的傳輸質(zhì)量，采樣位數(shù)至少要使用8bit或10bit，這樣才能保證視頻信號(hào)有足夠的信噪比；采樣頻率要在13.5MHz以上，這樣才能保證模擬視頻的帶寬和幅頻特性。

除了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光端機(jī)外，還有通過(guò)光纖組成節(jié)點(diǎn)鏈型或環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)。多個(gè)節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)可以分段共用一根光纖，這種方式能節(jié)省大量的光纖資源，比較適合道路監(jiān)控應(yīng)用。節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)在設(shè)計(jì)上需要采用同步方式，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)復(fù)接和傳輸?shù)臅r(shí)鐘都是同源的，這樣才能完成多點(diǎn)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)復(fù)用。由于多級(jí)傳輸會(huì)造成信號(hào)劣化和抖動(dòng)增加，所以每個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘電路精度和抖動(dòng)參數(shù)很關(guān)鍵，一般會(huì)選用壓控晶振或者專(zhuān)用時(shí)鐘芯片電路來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘同步。

1.2 光端機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

視頻網(wǎng)絡(luò)化、高清化是未來(lái)視頻監(jiān)控的發(fā)展方向。視頻信號(hào)在前端進(jìn)行壓縮降低了傳輸帶寬，使傳輸?shù)某杀窘档?，以太網(wǎng)的組網(wǎng)、交換十分靈活，同時(shí)壓縮數(shù)據(jù)還可以直接存儲(chǔ)，這些都是網(wǎng)絡(luò)視頻的優(yōu)勢(shì)。正是由于這些優(yōu)勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（IPC）近年來(lái)迅速普及，給傳統(tǒng)的視頻光端機(jī)廠家?guī)?lái)了巨大沖擊。由于IP監(jiān)控方案與非壓縮視頻方案在技術(shù)上差別過(guò)大，不可能很方便地把非壓縮視頻系統(tǒng)升級(jí)為壓縮視頻系統(tǒng)，因此，未來(lái)產(chǎn)品只有向IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，才能滿足市場(chǎng)發(fā)展需求。在目前的過(guò)渡階段，可以在光端機(jī)業(yè)務(wù)接口上加大對(duì)網(wǎng)絡(luò)的支持，包括增加多端口的百兆以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)，這樣可以同時(shí)兼容模擬視頻傳輸和網(wǎng)絡(luò)視頻的傳輸。

2 光端機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 光端機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)模塊的系統(tǒng)組成

光端機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)模塊主要由一個(gè)內(nèi)置的調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)管通道、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、各類(lèi)業(yè)務(wù)、各類(lèi)性能統(tǒng)計(jì)、各類(lèi)告警、CPU、FPGA和存儲(chǔ)器組成。其中嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行在CPU上負(fù)責(zé)對(duì)低速綜合業(yè)務(wù)、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和光口業(yè)務(wù)進(jìn)行配置，F(xiàn)PGA專(zhuān)門(mén)用來(lái)收集光端機(jī)的性能和告警，SDRAM負(fù)責(zé)存儲(chǔ)設(shè)備的運(yùn)行信息，ROM存儲(chǔ)設(shè)備的歷史告警。其系統(tǒng)組成如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)工作原理

計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)管終端通過(guò)外接的調(diào)制解調(diào)器與處在電話網(wǎng)遠(yuǎn)端的光端機(jī)內(nèi)置調(diào)制解調(diào)器建立了一條基于電話網(wǎng)的通信通道，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)管終端向遠(yuǎn)端的光端機(jī)發(fā)送各類(lèi)指令，指令經(jīng)過(guò)網(wǎng)管通道進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議層，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議對(duì)指令包進(jìn)行解析，運(yùn)行在CPU上的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)始執(zhí)行指令包中的指令。如果是配置指令就直接對(duì)設(shè)備各相關(guān)芯片進(jìn)行配置，如果是收集告警信息就需要通過(guò)FPGA將收集到的歷史告警和當(dāng)前告警傳送到SDRAM中。然后，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議對(duì)告警信息進(jìn)行打包封裝傳輸，數(shù)據(jù)信息仍通過(guò)調(diào)制解調(diào)器建立的電話網(wǎng)通道將數(shù)據(jù)傳送回遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)管終端。

計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)管終端通過(guò)傳回的設(shè)備告警信息可以判斷設(shè)備中的低速綜合業(yè)務(wù)、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和光口業(yè)務(wù)是否工作正常，處于遠(yuǎn)端的維護(hù)人員可以通過(guò)當(dāng)前告警和歷史告警信息定位光端機(jī)故障，并通過(guò)配置來(lái)排除光端機(jī)故障。在基于電話網(wǎng)的遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)中，采用了目前比較通用的一種網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(簡(jiǎn)單網(wǎng)管協(xié)議SNMP)，SNMP提供了從網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備中收集定義的數(shù)據(jù)信息，它主要包含三個(gè)部分：管理信息結(jié)構(gòu)SMI、管理信息庫(kù)MIB和簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP。為了有效地對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行管理，讀取數(shù)據(jù)采用批量數(shù)據(jù)操作(GetBukl-Reques)t，對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置采用Set-Request，對(duì)設(shè)備的性能統(tǒng)計(jì)和告警信息收集采用Trap機(jī)制，整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議采用SNMP完成[2]。

2.3 計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)管終端模塊的設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)管終端模塊由遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)撥號(hào)、數(shù)據(jù)處理、圖形化界面顯示、業(yè)務(wù)配置、性能統(tǒng)計(jì)和告警信息等模塊組成，如圖3所示。

計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)管終端通過(guò)遠(yuǎn)程撥號(hào)模塊與遠(yuǎn)端的光端機(jī)建立通信通道，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)管終端從光端機(jī)中讀取所需的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊，按預(yù)先定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析保存。業(yè)務(wù)配置、性能統(tǒng)計(jì)和告警信息分別從數(shù)據(jù)處理模塊中讀取與之相關(guān)的設(shè)備數(shù)據(jù)信息，并將配置狀態(tài)、性能統(tǒng)計(jì)結(jié)果和告警詳細(xì)信息顯示在圖形化界面中。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)管終端接收到來(lái)自遠(yuǎn)端設(shè)備的告警Trap數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議解析后發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊。操作人員可通過(guò)接收到的告警信息定位故障，并通過(guò)圖形化界面對(duì)相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行配置來(lái)排除故障，達(dá)到遠(yuǎn)程故障排除[3]。

對(duì)于光端機(jī)而言,業(yè)務(wù)模塊主要分低速綜合業(yè)務(wù)、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、PDH電口業(yè)務(wù)和光口業(yè)務(wù)等，需要統(tǒng)計(jì)的信息包括告警信息和性能。在計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)管終端中，主要是對(duì)各類(lèi)業(yè)務(wù)配置、性能統(tǒng)計(jì)和告警信息進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義。在計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)管終端中采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，將所有業(yè)務(wù)按業(yè)務(wù)類(lèi)別不同定義成相應(yīng)的類(lèi)，該類(lèi)中包含了各自的性能信息和告警信息，然后使用鏈表對(duì)定義的各種類(lèi)型的類(lèi)對(duì)象進(jìn)行存儲(chǔ)，在使用過(guò)程中，只需要遍歷數(shù)據(jù)鏈表即能完成對(duì)各類(lèi)業(yè)務(wù)的配置、性能和告警的顯示和操作。

告警模塊作為光端機(jī)運(yùn)行不可或缺的故障診斷大師，在整個(gè)遠(yuǎn)程故障定位和排除過(guò)程中都起著至關(guān)重要的作用。遠(yuǎn)端光端機(jī)通過(guò)FPGA實(shí)時(shí)的收集設(shè)備的性能信息和告警信息，并將收集到的信息儲(chǔ)存在設(shè)備的存儲(chǔ)器中，方便管理者實(shí)時(shí)查看設(shè)備狀態(tài)。告警信息分為當(dāng)前告警和歷史告警，當(dāng)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)管終端通過(guò)電話網(wǎng)與光端機(jī)建立連接后，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)管終端就會(huì)向遠(yuǎn)端設(shè)備發(fā)送讀取當(dāng)前告警指令，遠(yuǎn)端設(shè)備響應(yīng)后，返回當(dāng)前告警信息數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)管終端通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議解析收到的數(shù)據(jù)包，并存儲(chǔ)到定義好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，然后通過(guò)可視化界面顯示當(dāng)前告警信息。當(dāng)前告警傳輸完成后才對(duì)歷史告警信息進(jìn)行讀取，由于電話網(wǎng)傳輸帶寬有限，歷史告警設(shè)置了篩選條件(如按時(shí)間、按業(yè)務(wù)、按告警類(lèi)型等)以便更直接、更快地定位遠(yuǎn)光端機(jī)的故障。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著光纖覆蓋范圍的不斷擴(kuò)大，作為光信號(hào)傳輸中轉(zhuǎn)設(shè)備的光端機(jī)應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，基于電話網(wǎng)的遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)在光端機(jī)中的應(yīng)用，使得光端機(jī)生產(chǎn)廠家可以不受地域限制對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行故障定位和維護(hù)，大大節(jié)省了維護(hù)成本。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在光端機(jī)中得到穩(wěn)定的應(yīng)用，電話網(wǎng)覆蓋的地域都能使用具有遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)的光端機(jī)，而且在實(shí)際應(yīng)用中以其便捷的故障排除功能獲得了用戶的好評(píng)。

［1］吳克軍,沈瑞松,奚旭鏞.本地電話網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J].軍事通信技術(shù),2003,24(2):24-26.

［2］謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].5版.北京:電子工業(yè)出版社,2008.

［3］楊世平,張引發(fā),鄧大鵬,等.SDH光同步數(shù)字傳輸設(shè)備與工程應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2001.