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        一種基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的熱備音視頻集中控制系統(tǒng)

        2019-09-13 06:34:52趙家鳳
        關(guān)鍵詞:熱備分配器音視頻

        ◆武 攀 趙家鳳

        一種基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的熱備音視頻集中控制系統(tǒng)

        ◆武 攀1趙家鳳2

        (1.中國電子科技集團公司第二十八研究所 江蘇 210007;2.北京兆科恒興科技有限公司 北京 100190)

        本文針對會議場所、指揮控制中心的音視頻集中控制系統(tǒng)的建設(shè)需求,在商用中控主機的基礎(chǔ)上,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù),設(shè)計熱備音視頻中控系統(tǒng),以提高音視頻中控系統(tǒng)的可靠性與容災(zāi)性能,并進一步提出改進措施,為會議場所、指揮控制中心的音視頻集中控制系統(tǒng)的設(shè)計與建設(shè)提供參考。

        音視頻控制系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)技術(shù);熱備

        在現(xiàn)代會議場所、指揮控制中心,音視頻系統(tǒng)在多媒體展示、遠程協(xié)商、遠程會議、視頻指揮等應(yīng)用中發(fā)揮的作用越來越重要?;谛畔⒌目梢暬宫F(xiàn)要求,如何在會議中心、指揮控制中心、交通管制中心等場所中展現(xiàn)音視頻信息顯得越來越重要。音視頻系統(tǒng)作為信息展現(xiàn)的重要環(huán)節(jié),向指揮人員、參會人員提供直觀明了的視覺和聽覺信息。大型信息系統(tǒng)中音視頻系統(tǒng)的設(shè)計難點在于使用需求多樣化且需展現(xiàn)的信息量豐富。[1]雖然音視頻設(shè)備都具有控制面板或遙控器,操作人員如果逐個控制設(shè)備,則效率太低、不能實現(xiàn)復(fù)雜操作,且容易出錯。因此,音視頻系統(tǒng)一般都包含集中控制系統(tǒng),方便操作人員在集中控制臺位上統(tǒng)一管控系統(tǒng)中的攝像頭、LED大屏、液晶顯示屏、視頻切換矩陣、拼接處理器、音頻處理器等設(shè)備。在大型指揮信息系統(tǒng)中,音視頻集中控制系統(tǒng)更是不可或缺的部分。

        隨著系統(tǒng)規(guī)模的增加,需要控制的音視頻設(shè)備也越來越多,音視頻系統(tǒng)擔負的保障任務(wù)也越來越重,常常要求7×24小時工作。相應(yīng)地,對集中控制系統(tǒng)的要求也隨之提高。因此,在設(shè)計音視頻控制系統(tǒng)時,不僅要將集中控制系統(tǒng)與各音視頻設(shè)備的有機結(jié)合,還需考慮提高集中控制系統(tǒng)可靠性、抗毀性等問題。

        1 非熱備系統(tǒng)設(shè)計

        音視頻集中控制系統(tǒng)通常以綜合控制主機(也稱中控主機)為核心,連接各個受控設(shè)備。以Crestron的產(chǎn)品為例,綜合控制主機是包括串口(包括RS232、RS422、RS485)、紅外、繼電器、數(shù)字I/O、專用總線接口、網(wǎng)口等多種接口的可編程設(shè)備。構(gòu)建音視頻集中控制系統(tǒng)時,綜合控制主機上的各種接口連接受控設(shè)備上對應(yīng)的控制接口。綜合控制主機運行事先編譯、存儲在其中的程序,操作人員在控制終端上訪問綜合控制主機,控制終端上顯示人機交互界面。綜合控制主機根據(jù)操作人員的動作,通過控制接口向受控的音視頻設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的指令,控制設(shè)備的工作,例如:通過RS422接口控制攝像頭的轉(zhuǎn)動、變焦、預(yù)設(shè)位置、調(diào)用位置;通過紅外接口控制液晶顯示屏的開關(guān)、輸入信號源轉(zhuǎn)換、模式調(diào)用;通過網(wǎng)口控制LED大屏的開關(guān)[2];通過RS232接口控制視頻矩陣的切換、觸控屏開關(guān);通過RS232接口或網(wǎng)口圖像拼接處理器的場景調(diào)用,音頻處理設(shè)備的音頻路由、功能調(diào)用;通過繼電器接口控制燈光調(diào)節(jié)等。這樣,操作人員只需面對控制終端或觸控屏上的按鈕,即可有條不紊地控制整個音視頻系統(tǒng)。通過編寫復(fù)雜的程序,可以使綜合控制主機執(zhí)行一系列復(fù)雜操作,實現(xiàn)操作人員用音視頻設(shè)備自帶的面板或遙控器無法完成的工作。

        典型的,以單臺中控主機為核心構(gòu)建的音視頻集中控制系統(tǒng)如圖1所示:

        圖1 無備份的音視頻集中控制系統(tǒng)

        在圖1中,集中控制臺、中控主機接入音視頻局域網(wǎng)絡(luò),系統(tǒng)中受控制的音視頻設(shè)備直接與綜合控制主機連接或通過網(wǎng)絡(luò)連接。系統(tǒng)中的中控主機為關(guān)鍵設(shè)備,一旦中控主機發(fā)生單點故障,就會影響整個系統(tǒng)的運行。因此,需考慮中控主機的備份,以增強系統(tǒng)可靠性。

        2 冷備系統(tǒng)設(shè)計

        為提高系統(tǒng)可靠性,可增設(shè)一臺中控主機,構(gòu)建冷備份的集中控制系統(tǒng)。

        冷備份中控主機的思路是:主、備中控主機設(shè)置同樣的IP地址,裝載同樣的程序。當主用機發(fā)生故障時,需手動將備用機替換主用機,并將連接至主用機上的線纜均轉(zhuǎn)接至備用機上,花費的時間較多。因此,為了減少系統(tǒng)恢復(fù)時間,需增設(shè)總線分配器,將受控設(shè)備通過總線分配器和接口模塊轉(zhuǎn)接至中控主機。這樣,替換主備機時,只需轉(zhuǎn)接網(wǎng)線、總線,而無需將連接各受控設(shè)備的線纜逐個拔插,大大降低恢復(fù)系統(tǒng)所耗的時間。

        冷備份中控主機的集中控制系統(tǒng)如圖2所示。

        圖2 冷備份中控主機的集中控制系統(tǒng)

        在圖2中,中控主機不再通過串口、紅外口、繼電器口等直接連接受控設(shè)備,而是經(jīng)由總線分配器、接口模塊連接受控設(shè)備。由于總線分配器僅是分配線路的器件,出現(xiàn)故障的概率較低,而接口模塊僅連接部分受控設(shè)備,這樣即使出現(xiàn)故障也不會影響全系統(tǒng)的運行。相比圖1所示的系統(tǒng),冷備份中控主機的系統(tǒng)便于更換出現(xiàn)故障中控主機,可以減少系統(tǒng)的恢復(fù)時間。

        3 熱備系統(tǒng)設(shè)計

        上述圖2所示的冷備份中控主機的音視頻集中控制系統(tǒng)同圖1所示的系統(tǒng)相比,雖然設(shè)法降低了系統(tǒng)的恢復(fù)時間,但是仍需要間斷系統(tǒng)運行,在某些應(yīng)用場合可能會造成巨大的損失。參考信息系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)提高可靠性的設(shè)計方法尋找音視頻集中控制系統(tǒng)的熱備份設(shè)計思路:信息系統(tǒng)中的服務(wù)器通過內(nèi)存換頁同步、雙機故障檢測以及雙機狀態(tài)切換,進而實現(xiàn)主備機的無縫銜接[3],甚至通過安全服務(wù)資源池化、安全服務(wù)器集群化和專用安全資源按需保障等措施,實現(xiàn)高可靠性和高性能的安全服務(wù)平臺[4];音頻系統(tǒng)可采用音頻處理器雙機的方法增強系統(tǒng)可靠性[3];視頻系統(tǒng)采用雙鏈路傳輸提高系統(tǒng)的抗毀性[4]。而音視頻集中控制系統(tǒng)有其自身的特點:中控主機的功能相對簡單,數(shù)據(jù)傳輸速率、吞吐量較低,不具備心跳線,難以實現(xiàn)內(nèi)存同步,也不能像音頻處理器那樣處理心跳詢問數(shù)據(jù)包;通過串口受控的音視頻設(shè)備,不能同時接收和響應(yīng)來自兩條鏈路的控制指令,從控制指令的發(fā)送端到接收端,傳輸控制信號的線路不能像視頻系統(tǒng)那樣采用雙鏈路的方法。因此,設(shè)計的思路是借鑒雙機熱備的做法,避免因單臺中控主機失效而使音視頻控制系統(tǒng)暫停運行,從而提高系統(tǒng)的可用性。

        為系統(tǒng)設(shè)置兩臺中控主機,配置不同的IP地址,裝載相同的程序(配置參數(shù)略有差別),將它們同時接入網(wǎng)絡(luò),構(gòu)成熱備份中控主機的集中控制系統(tǒng),如圖3所示。

        圖3 熱備份中控主機的集中控制系統(tǒng)

        相比圖2所示冷備份中控主機的系統(tǒng),熱備系統(tǒng)中還增加了一臺總線切換器,其功能類似于二選一的多路選擇器,使得在任一時刻兩臺中控主機中只有一臺取得總線控制權(quán),以避免產(chǎn)生沖突。通過串口、紅外口、繼電器口受控制的設(shè)備仍通過接口模塊、總線分配器與中控通信,接收中控發(fā)出的控制指令;通過網(wǎng)絡(luò)受控的設(shè)備仍接入網(wǎng)絡(luò)。兩臺中控主機分別有一根控制線連接總線切換器。在集中控制臺上訪問某一臺中控主機時,被訪問的中控主機發(fā)送一個控制信號將總線切換器的連接通道切換至本機,以獲得總線控制權(quán)。當某一臺中控主機失效時,無須拔插線纜即可使用另一臺中控主機操控音視頻系統(tǒng),保證系統(tǒng)運行的連貫性,使前臺使用者察覺不到故障的發(fā)生,同時給予后臺人員充足的時間維修、更換故障主機。

        采用熱備份和冷備份中控主機的方法對比如表1所示。

        表1 熱備份與冷備份對比

        序號對比項熱備份冷備份 1技術(shù)特點兩臺中控配置不同的IP地址,同時接入網(wǎng)絡(luò),中控發(fā)生故障時自動切換兩臺中控配置相同或不同的IP地址,主用中控發(fā)生故障時手動拔插線纜至備用中控上 2配套設(shè)備總線切換器、總線分配器總線分配器(可選) 3切換時間毫秒級分鐘級

        采用熱備份中控主機的方法,避免了因單臺中控主機故障,造成系統(tǒng)運行間斷而帶來損失,大大提高音視頻集中控制系統(tǒng)的可用性。進一步地,可設(shè)置多個集中控制臺構(gòu)成熱備增強可靠性。此外,在使用中控主機的智能家居、智能樓宇等應(yīng)用場合中也可以采用相似的設(shè)計以提高系統(tǒng)可靠性。

        4 小結(jié)

        音視頻集中控制系統(tǒng)已向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。本文基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)有中控主機自身的特點,構(gòu)建的熱備音視頻集中控制系統(tǒng),提高了系統(tǒng)的可用性、抗毀性。此設(shè)計已用于音視頻系統(tǒng)的工程實踐中,可作為大型會議場所、指揮控制中心的音視頻系統(tǒng)設(shè)計與建設(shè)的參考。

        [1]武攀,許桂明.一種大容量一體化音視頻系統(tǒng)的安全控制方法研究[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用,2015(07).

        [2]武攀,趙振凱.一種基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的LED大屏顯控系統(tǒng)[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用,2018(02).

        [3]陳琛.基于內(nèi)存同步雙機熱備系統(tǒng)[J],指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2012(06).

        [4]金剛,鄭志蓉.面向云計算環(huán)境的安全服務(wù)平臺[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2016(12).

        [5]李光.一種基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的雙機熱備音頻系統(tǒng)[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用,2018(05).

        [6]武攀,趙振凱,趙家鳳.基于光纖和IP流技術(shù)的視頻雙鏈路熱備傳輸系統(tǒng)[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用,2018(10).

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