閆濤 奚曉軼 江蘇省廣播電視總臺(tái)

1. 引言

廣播電視播出系統(tǒng)的仿真目前通常的做法是將設(shè)備類型、系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等固化在仿真系統(tǒng)的程序中。這種做法的優(yōu)點(diǎn)是可以完全按照某套播出系統(tǒng)，提供用戶模擬操作和演練功能。但是這種仿真系統(tǒng)缺乏靈活性，一旦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或使用設(shè)備發(fā)生改變，就必須對(duì)仿真系統(tǒng)的邏輯、模型等都進(jìn)行調(diào)整，其工作量可能達(dá)到新建一套仿真演練系統(tǒng)[1]。針對(duì)上述缺點(diǎn)，本文通過對(duì)目前廣播電視仿真系統(tǒng)的分析，設(shè)計(jì)了基于可擴(kuò)展建模的仿真系統(tǒng)。

2.可擴(kuò)展建模概述

可擴(kuò)展建模與仿真框架（XMSF）定義為一組基于Web的建模與仿真標(biāo)準(zhǔn)、描述以及推薦準(zhǔn)則的集合[2]， XMSF確定了元建模和模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)、可擴(kuò)展三維圖形、Web服務(wù)等一系列標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于廣播電視播出系統(tǒng)的仿真，可擴(kuò)展建模技術(shù)提供了開放的標(biāo)準(zhǔn)，靈活的應(yīng)用平臺(tái)，可以解決跨平臺(tái)跨系統(tǒng)的互連和互操作。

3.廣播電視播出仿真系統(tǒng)功能分析

廣播電視播出仿真系統(tǒng)主要目標(biāo)是在播出系統(tǒng)正常運(yùn)行，無法提供操作演練的情況下，為值班和運(yùn)行維護(hù)人員提供可模擬實(shí)際設(shè)備和鏈路的系統(tǒng)，學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行設(shè)備操作訓(xùn)練和應(yīng)急演練訓(xùn)練。仿真系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：

（1）能夠?qū)Σコ鱿到y(tǒng)不同品牌不同型號(hào)不同功能的設(shè)備進(jìn)行仿真，并根據(jù)用戶需求組成不同播出鏈路；

（2）能夠?qū)崿F(xiàn)播出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真，實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作、故障模擬、應(yīng)急處置等要求；

（3）為用戶提供友好仿真界面，用戶可以方便地對(duì)仿真系統(tǒng)進(jìn)行操作。

圖 1 仿真系統(tǒng)架構(gòu)

4.基于可擴(kuò)展建模的仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 總體框架

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，本文提出基于 XMSF 可擴(kuò)展建模與仿真框架如圖1所示，包括應(yīng)用層、服務(wù)層和資源層三層。應(yīng)用層為基于Web端的客戶端軟件，提供用戶操作服務(wù)；服務(wù)層通過響應(yīng)用戶的界面服務(wù)請(qǐng)求，為用戶提供各項(xiàng)仿真服務(wù)；資源層主要包括各類仿真三維模型庫，系統(tǒng)的每一個(gè)設(shè)備、連線、節(jié)點(diǎn)均采用模塊化設(shè)計(jì)，便于靈活調(diào)用和組合。應(yīng)用層和仿真平臺(tái)層之間建立標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備通信接口，規(guī)范了模塊間的信息交換，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需求、規(guī)范和復(fù)雜程度增減相應(yīng)的模塊，極大提高了系統(tǒng)開發(fā)的靈活性及效率。

4.2 仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.2.1 系統(tǒng)模型庫設(shè)計(jì)

廣播電視播出系統(tǒng)包括信號(hào)處理設(shè)備、信號(hào)傳輸設(shè)備、監(jiān)聽監(jiān)測(cè)設(shè)備等，播出信號(hào)通過SDI、ASI等各種格式進(jìn)行傳輸。設(shè)備和信號(hào)的差異性，使得仿真系統(tǒng)差異性非常大。通過對(duì)各類播出設(shè)備進(jìn)行綜合分析，將設(shè)備的信號(hào)和接口特性提煉出來，歸結(jié)為信號(hào)模型和接口模型，描述各類被仿真對(duì)象的行為和屬性等方面信息，具體內(nèi)容包括：

（1）設(shè)備屬性：包括接口類型及相關(guān)參數(shù)，如編碼器的碼率、高功放的輸出功率；

（2）事件響應(yīng)：描述設(shè)備對(duì)輸入信號(hào)丟失、故障等響應(yīng)；

（3）設(shè)備狀態(tài)信息：仿真設(shè)備所有的自身狀態(tài)信息，并易于修改；模型庫以可擴(kuò)展通用描述文檔（XML）的形式來定義，便于在應(yīng)用層和資源層進(jìn)行靈活調(diào)用。

4.2.2仿真接口設(shè)計(jì)

仿真接口將仿真模型庫和應(yīng)用層相結(jié)合，根據(jù)用戶需求，調(diào)用模型文件，根據(jù)系統(tǒng)之間邏輯關(guān)系，搭建各類播出鏈路，構(gòu)造實(shí)際的仿真運(yùn)行系統(tǒng)。仿真接口包括：

（1）數(shù)據(jù)加載算法，在仿真應(yīng)用平臺(tái)中加載三維設(shè)備模型；

（2）交互算法，實(shí)現(xiàn)用戶和仿真模型的交互，響應(yīng)用戶操作；

仿真系統(tǒng)的開發(fā)及操作人員無需了解設(shè)備的仿真過程，具體設(shè)備仿真人員也無需了解平臺(tái)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程，設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化接口如圖2所示，平臺(tái)及仿真設(shè)備的開發(fā)人員只要同時(shí)根據(jù)接口規(guī)范進(jìn)行編程，就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)仿真系統(tǒng)的并行推進(jìn)，縮短項(xiàng)目研發(fā)周期。

圖 2 設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化接口

5.平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

5.1 仿真工作流程

仿真系統(tǒng)響應(yīng)用戶操作請(qǐng)求，從仿真應(yīng)用平臺(tái)調(diào)用仿真模型庫數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)仿真設(shè)備操作和仿真鏈路搭建，具體工作流程見圖3。

5.2 仿真設(shè)備操作

仿真系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備外觀、操作、參數(shù)設(shè)置等仿真操作。如圖4的COMTECH 的UT4505的上變頻器，表示層為非常接近真實(shí)的設(shè)備外觀，用戶可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、菜單查詢、故障信息查詢等操作，可輸出包括頻率、衰減等數(shù)據(jù)至下一級(jí)設(shè)備。

圖 3 仿真工作流程

圖 4 上變頻器設(shè)備仿真

5.3 鏈路仿真

用戶可根據(jù)實(shí)際鏈路進(jìn)行仿真鏈路的設(shè)計(jì)和操作?；诳蓴U(kuò)展建模框架，用戶在應(yīng)用平臺(tái)設(shè)計(jì)播出系統(tǒng)鏈路后，調(diào)用仿真系統(tǒng)接口，在仿真模型庫中分別加載各類設(shè)備模型、接口模型，構(gòu)建仿真鏈路，進(jìn)行真實(shí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行、故障以及操作模擬。某播出系統(tǒng)鏈路如圖5所示。

圖 5 播出系統(tǒng)鏈路

圖 6 系統(tǒng)仿真

用戶通過點(diǎn)擊框圖中的設(shè)備，可以在設(shè)備庫中映射所需品牌和型號(hào)的設(shè)備并加載到平臺(tái)中，可實(shí)現(xiàn)自定義系統(tǒng)仿真，如圖6所示。

6.結(jié)論

本文介紹了一種基于可擴(kuò)展建模架構(gòu)的廣播電視系統(tǒng)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法。這種設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于抽象設(shè)備模型和接口特點(diǎn)，利用規(guī)范通信接口及仿真設(shè)備數(shù)據(jù)庫，仿真系統(tǒng)可以靈活調(diào)用組合各類設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同播出系統(tǒng)播出鏈路仿真，使仿真系統(tǒng)具有很強(qiáng)的通用性和很高的靈活性。該仿真系統(tǒng)在實(shí)際使用中取得了良好的效果，有效提高了技術(shù)人員操作水平。