王 巖

（山西廣播電視無線管理中心，山西 太原 030001）

0 引言

隨著中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程的逐步實施，各地市開始新建地面數(shù)字廣播電視傳輸網(wǎng)。作為無線信號傳輸?shù)闹匾绞街唬诉M行發(fā)射臺站日常運維等工作，還需要針對性完成系統(tǒng)的管理與維護，有效保障地面數(shù)字廣播電視信號的穩(wěn)定可靠傳輸，進而確保廣播電視節(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)致無線發(fā)射臺站對地面數(shù)字廣播電視的播出要求越來越高，利用自動化系統(tǒng)設(shè)計完成信號監(jiān)測、操作規(guī)范以及自主運維等需求越來越迫切[1]。文章依據(jù)《地面數(shù)字電視廣播監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》（GB/T 28437—2012）和《數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機通用規(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，深入分析了自動監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)，設(shè)計實現(xiàn)一套功能齊全、自動化程度高的地面數(shù)字廣播電視自動監(jiān)控系統(tǒng)，并從硬件、軟件兩個層面探討了系統(tǒng)實現(xiàn)方法，以期能夠為相關(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全臺網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)在全國范圍內(nèi)得到大規(guī)模的應(yīng)用，有效提高了廣播電視臺的節(jié)目制作水平和制作效率[2]。為了應(yīng)對新形勢下的發(fā)展需要，滿足廣播電視臺業(yè)務(wù)發(fā)展的各項要求，同時提高播出系統(tǒng)的安全保障水平，本次自動監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)主要實現(xiàn)以下4個方面的目標(biāo)。

第一，運用云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，集納、整合和運用廣播電視信號傳輸?shù)倪^程性數(shù)據(jù)資源和生產(chǎn)類信息要素，推動數(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、運維于一體的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，解耦用戶對網(wǎng)絡(luò)速度的依賴，支持在自動監(jiān)控系統(tǒng)支撐下的多種傳輸模式，完成對信號、設(shè)備的監(jiān)視和控制。

第二，提升廣播電視節(jié)目內(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、傳輸分發(fā)流程，重點通過監(jiān)控系統(tǒng)提升大數(shù)據(jù)處理能力，實現(xiàn)對發(fā)射機狀態(tài)和廣播信號的實時監(jiān)測，推動內(nèi)容傳輸向?qū)崟r化、數(shù)據(jù)化、互動化轉(zhuǎn)型，提升用戶服務(wù)體驗。

第三，支持廣電地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)運營，加快數(shù)字電視技術(shù)的推廣，大力開發(fā)基于智能終端的設(shè)備遠程控制與預(yù)警服務(wù)。當(dāng)廣播電視臺發(fā)射機工作出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)經(jīng)過分析、比對后，可以根據(jù)實際需求自動切換至備用機，保證地面數(shù)字廣播電視的安全播出。

第四，加快推進地面數(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)，通過自動監(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)不同實際需求。

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

地面數(shù)字廣播電視自動監(jiān)控系統(tǒng)是一個數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的綜合管理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測DTMB的前端、傳輸、各發(fā)射臺站和用戶端信號以及主要設(shè)備的工作狀態(tài)等，發(fā)現(xiàn)故障能夠?qū)崟r報警，極大地提升系統(tǒng)運行的安全性、可維護性，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)庫和客戶端等，通過實時對接發(fā)射系統(tǒng)的信號源，完成對發(fā)射信號、設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測和控制，如圖1所示。

圖1 地面數(shù)字廣播電視自動監(jiān)控系統(tǒng)組成

信號采集主要對發(fā)射系統(tǒng)前端信號進行不定時采樣，分析判斷需要自動切換主備機模式的時機。采集服務(wù)主要完成對設(shè)備狀態(tài)的采集與分析，根據(jù)邏輯判斷實施自動指令執(zhí)行的操作。數(shù)據(jù)庫主要完成實時存儲過程數(shù)據(jù)和操作記錄，便于隨時調(diào)取?？蛻舳酥饕瓿煽梢暬缑娴娘@示，包括異常狀態(tài)預(yù)警、遠程操作控制等[5]。自動監(jiān)測系統(tǒng)平臺運用先進的測量技術(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)字廣播電視自動監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 硬件部分

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

3.1.1 開關(guān)切換器

開關(guān)切換器主要指的是射頻同軸轉(zhuǎn)換開關(guān)，可以實現(xiàn)手動/自動主備發(fā)射機倒換、主備發(fā)射天線倒換。配合主備機自動切換控制器，可以實現(xiàn)主備發(fā)射機的自動切換。地面數(shù)字廣播電視的發(fā)射機基本采用“1+1”主備部署[6]，轉(zhuǎn)換開關(guān)通過面板接口與發(fā)射機、假負載連接，通過不定時采集發(fā)射信號并完成分析、對比和判斷，利用RJ-45數(shù)據(jù)接口與采集監(jiān)控機中的系統(tǒng)完成指令下達和接收。

3.1.2 采集監(jiān)控機

采集監(jiān)控機作為采集監(jiān)控軟件的工作載體，通過數(shù)據(jù)接口和網(wǎng)絡(luò)交換機連接至開關(guān)切換器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總和處理。將設(shè)備作為信息節(jié)點融入廣播電視信息化管理中，實時、準(zhǔn)確、自動地為整個信息系統(tǒng)提供及時、有效、真實的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)指揮層與執(zhí)行層信息的交流和協(xié)同工作。通過HiNet智能網(wǎng)采用現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)進行生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建一個廣播電視信號生產(chǎn)現(xiàn)場綜合數(shù)據(jù)交換平臺，包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、報警推送、遠程調(diào)試和數(shù)據(jù)報表等功能，滿足生產(chǎn)、傳輸、管理、運維所需的數(shù)據(jù)采集、分析與管控需求，為遠程自動控制夯實基礎(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)，然后通過消息隊列遙測傳輸（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）協(xié)議上傳到監(jiān)控系統(tǒng)后實現(xiàn)對發(fā)射機等設(shè)備狀態(tài)和傳輸信號的監(jiān)控。

第一，設(shè)備監(jiān)控。技術(shù)人員可以通過各種類型網(wǎng)絡(luò)遠程對設(shè)備和產(chǎn)品的性能、運行狀態(tài)進行全天候檢測、預(yù)測和評估，實現(xiàn)前端、中臺和后端設(shè)備的高質(zhì)量運行，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，遠程編程/調(diào)試。技術(shù)人員使用系統(tǒng)自帶的遠程連接軟件登陸設(shè)備管理平臺，即可調(diào)取平臺中的采集單元。使用PLC編程軟件（STEP-7、GX Developer等）及計算機上的虛擬串口/網(wǎng)口，即可遠程下載對應(yīng)的PLC程序，查看上傳系統(tǒng)運行狀態(tài)圖[7]。如果廣播電視臺的局域網(wǎng)內(nèi)存在多個PLC，只需使用交換機將模塊和多個PLC及觸摸屏組網(wǎng)即可，可以遠程下載、調(diào)試任何一個PLC和人機接口（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)警推送機制，通過網(wǎng)頁、App、報警燈或短信等多種方式推送到指定端口。

第四，數(shù)據(jù)報表。采用靈活的報表設(shè)計機制，根據(jù)需要設(shè)計出滿足不同需求的報表樣式，以滿足不同技術(shù)人員對數(shù)據(jù)分析的需求。

3.1.3 網(wǎng)絡(luò)交換機

作為自動監(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、切換器、計算機等，是完成數(shù)據(jù)交互的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用RGS6150-X匯聚交換機實現(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)等場景。結(jié)合高性能硬件架構(gòu)和自主模塊化軟件平臺開發(fā)，滿足對傳輸網(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)終端作為軟件運行的載體，主要用來接收自動監(jiān)控涉及的各類信息，完成遠程查詢、調(diào)取監(jiān)控數(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)同等代碼開發(fā)。以數(shù)據(jù)為核心，鏈接各服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)健康監(jiān)測

通過OpManager可以全面監(jiān)控和管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，主要利用簡單網(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、交換機、防火墻、負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對網(wǎng)絡(luò)交換機進行監(jiān)控，檢測交換機接口的流量、丟包率和出錯率，同時監(jiān)控交換機的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）使用率、內(nèi)存使用率、背板使用率等參數(shù)。當(dāng)檢測到某個接口有問題時，可通過OpManager暫時關(guān)閉相應(yīng)端口，待問題解決之后再開啟相應(yīng)的端口[8]。

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

3.2.2 IT工作流自動化

在信息技術(shù)（Information Technology，IT）工作流自動化模塊，構(gòu)建超過70個工作流程檢查和動作，分別歸類在9個分類下，包括VMware ESX動作，通過設(shè)計工作流規(guī)則，滿足IT管理需求。對于按照標(biāo)準(zhǔn)流程進行的IT任務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)故障的一級檢測、日常的維護任務(wù)，均可通過IT工作流自動化模塊自動執(zhí)行。

3.2.3 自動運維

在采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，使用自動化的腳本進行決策分析，然后利用機器學(xué)習(xí)方法做決策分析。根據(jù)Gartner Report，AIOps運維軟件實現(xiàn)全面的自動監(jiān)控功能，有助于監(jiān)控地面數(shù)字廣播電視信號傳輸?shù)娜^程，確保傳輸網(wǎng)絡(luò)的性能，實時檢測并及時排除網(wǎng)絡(luò)故障，以防止網(wǎng)絡(luò)中斷。對于一些嚴(yán)重的故障，如數(shù)據(jù)庫宕機、交換鏈路斷開等，技術(shù)人員必須第一時間了解情況。當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)故障時，AIOps運維軟件的告警模塊可以通過短信等方式通知技術(shù)人員。

3.2.4 遠程控制

中心服務(wù)器部署在數(shù)據(jù)中心。當(dāng)分布式服務(wù)器部署在遠程位置時，可以通過防火墻或代理服務(wù)器來連接中心服務(wù)器，并在網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行發(fā)現(xiàn)、映射、監(jiān)視和檢測任務(wù)，將結(jié)果報告給中心服務(wù)器。其中，信息的交互主要通過超文本傳輸協(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)送可擴展標(biāo)記語言（Extensible Markup Language，XML）來實現(xiàn)，并顯示在操控臺上，本地技術(shù)人員可以訪問服務(wù)器的Web控制臺進行相關(guān)操作。

4 結(jié)語

通過設(shè)計一套地面數(shù)字電視自動監(jiān)控系統(tǒng)，全面監(jiān)測傳輸網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)功能，實時掌握網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并檢測故障隱患，保障面數(shù)字電視業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高效運行，進一步提升了廣播電視的自動化播控能力，為智能化建設(shè)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。