廣播電視無線發(fā)射臺站遠程監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

（廣西廣播電視無線傳播樞紐臺）

1 引言

隨著近年廣播電視無線發(fā)射事業(yè)不斷發(fā)展，每年都有大量的站點建成使用，需要監(jiān)控設(shè)備數(shù)量和規(guī)模與日倍增。一些舊監(jiān)控系統(tǒng)由于建設(shè)時期技術(shù)落后，往往會產(chǎn)生各種問題，如：集中控制系統(tǒng)過度依賴中控單元，一旦中控單元異常，站內(nèi)設(shè)備無法自主進行管理；系統(tǒng)數(shù)據(jù)利用率較低，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不合理；監(jiān)控中心服務(wù)器使用的集群技術(shù)落后，業(yè)務(wù)切換時間過長、可靠性較低、利用率低下等等。這些舊監(jiān)控系統(tǒng)難以滿足業(yè)務(wù)高速發(fā)展下的監(jiān)控需求。

此外，近幾年國內(nèi)掀起了一股云技術(shù)在各行業(yè)應(yīng)用的熱潮。云技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的第三次技術(shù)革命，廣電行業(yè)要想在這個新時期取得更大發(fā)展，必須緊跟技術(shù)發(fā)展的步伐，盡快實現(xiàn)新技術(shù)在廣電業(yè)內(nèi)的應(yīng)用。將監(jiān)控平臺構(gòu)建與云技術(shù)相結(jié)合，勢在必行。

2 主要設(shè)計原則

為使系統(tǒng)能易于維護、長久發(fā)展，設(shè)計過程中應(yīng)遵循以下原則：

2.1 先進性

盡可能使用先進、成熟可靠的技術(shù)進行搭建，避免使用落后且即將淘汰的技術(shù)。可建立監(jiān)控系統(tǒng)私有云平臺，充分利用硬件資源、將業(yè)務(wù)從垂直走向水平、快速滿足業(yè)務(wù)增長的需求。具有監(jiān)控數(shù)字調(diào)頻、數(shù)字電視、應(yīng)急廣播乃至未來無線雙向系統(tǒng)的能力。

2.2 可靠性

系統(tǒng)中須避免出現(xiàn)全局故障點，盡量降低系統(tǒng)中各軟硬件之間的依賴性。站內(nèi)設(shè)備高度自主管理，系統(tǒng)需具有更長的平均無故障時間和更短的平均修復(fù)時間。

2.3 智能性

系統(tǒng)應(yīng)能更廣泛地收集設(shè)備數(shù)據(jù)、維護知識，并能根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)與知識，為技術(shù)維護人員提供解決問題的方法或相關(guān)思路，為領(lǐng)導(dǎo)做決策提供數(shù)據(jù)及報表。

2.4 安全性

系統(tǒng)應(yīng)能有效防護網(wǎng)絡(luò)攻擊，人員操作權(quán)限分明，達到相應(yīng)的信息安全等級保護要求。

2.5 擴展性

擴展性包括數(shù)量擴展和功能擴展。

數(shù)量擴展即在今后站點增加、設(shè)備數(shù)量增加時，系統(tǒng)仍能不斷滿足監(jiān)控發(fā)展的需求。這要求系統(tǒng)設(shè)計之初，預(yù)留有足夠的余量或升級空間。

功能擴展即今后新的監(jiān)控功能需求提出后，新功能可以按模塊的方式添加到現(xiàn)有系統(tǒng)中，而無需對整個軟件系統(tǒng)進行重編譯或?qū)φ麄€硬件系統(tǒng)進行調(diào)整。

3 技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，以下將從站內(nèi)監(jiān)控架構(gòu)、站外網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、監(jiān)控總平臺硬件架構(gòu)和軟件架構(gòu)等幾個方面進行探討。

3.1 站內(nèi)監(jiān)控架構(gòu)

站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式扁平化監(jiān)測控制技術(shù)，進一步提高站內(nèi)自動化水平。切實避免設(shè)備控制邏輯過分集中在中控或總控單元（如唯一一臺工控計算機），應(yīng)將控制邏輯充分下放至各子控制單元，如發(fā)射機1+1系統(tǒng)控制器、環(huán)境采集控制器、電力采集控制器等等。設(shè)計理念可參考工業(yè)控制中常見的集散控制系統(tǒng)（DCS），即以微處理器為基礎(chǔ)，采用控制功能分散、顯示操作集中、兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則。子控制單元范圍不可過大，如每套電視發(fā)射機主備機使用一個邏輯控制器，全臺電視發(fā)射機系統(tǒng)使用一個上層邏輯控制器，有效縮小邏輯控制器發(fā)生故障時產(chǎn)生影響的范圍。此外，各底層控制設(shè)備盡可能直接與被控單元相連，不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，徹底消除網(wǎng)絡(luò)設(shè)備異常造成控制癱瘓的隱患。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

站內(nèi)配置一臺計算機作為前置采集機，加工處理各設(shè)備狀態(tài)、告警信息后再上報總監(jiān)控平臺，減小網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量，減輕總監(jiān)控平臺處理壓力；同時該機還可作為站內(nèi)運維平臺供遠程調(diào)測使用。總監(jiān)控僅當(dāng)該前置采集機異常時，才直接主動對站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)進行查詢與分析。

3.2 站外網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

目前主流監(jiān)控系統(tǒng)均基于TCP/IP通信協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)通信。站外通信的可靠性直接影響監(jiān)控效果和監(jiān)控安全。可靠性方面，可使用多種不同路徑的網(wǎng)絡(luò)確保傳輸暢通，如專線私網(wǎng)、自建數(shù)字微波網(wǎng)和公共網(wǎng)絡(luò)（3G、4G、5G或家庭寬帶等）；出站時通過路由器根據(jù)優(yōu)先級高低選擇一條可用鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)報文。安全性方面，專線私網(wǎng)安全性最高，不易受外界因素干擾、穩(wěn)定可靠，應(yīng)作為監(jiān)控數(shù)據(jù)通道首選通信方式；公共網(wǎng)絡(luò)具有不確定性和面臨著較高的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險，只宜作為備用通信手段，僅在專有網(wǎng)絡(luò)不可達的地方使用，且在使用過程中建議采用VPN進行加密傳輸以保障數(shù)據(jù)安全。此外，站外網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)注意配置好路由規(guī)則和訪問控制，禁止站點間互訪，保障網(wǎng)絡(luò)安全。

3.3 監(jiān)控總平臺硬件架構(gòu)

充分利用云技術(shù)是監(jiān)控平臺建設(shè)的重要指導(dǎo)思想。云技術(shù)是指在廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)內(nèi)透過硬件的虛擬化將大量硬件抽象成為一個巨大的資源池，將硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)等系列資源統(tǒng)一起來，通過資源共享實現(xiàn)數(shù)據(jù)的計算、儲存、處理的一種托管技術(shù)。監(jiān)控總平臺首要服務(wù)的對象是安全播出，考慮業(yè)務(wù)上的可靠性、安全性、可控性要求，建立私有云是目前最佳的選擇。云監(jiān)控平臺建立后，技術(shù)人員和管理層等使用的資源不再只是在個人終端中，而是完完全全地存在于網(wǎng)絡(luò)中，可隨時隨地進行監(jiān)視、控制、調(diào)閱分析等等，極大程度提高了監(jiān)控資源的利用率，降低運維工作的復(fù)雜度。此外，目前主流云平臺都支持災(zāi)備，十分易于在后期建設(shè)異地災(zāi)備平臺。

根據(jù)硬件功能，總平臺硬件分為虛擬服務(wù)器資源池、物理服務(wù)器資源池、存儲虛擬化資源池和網(wǎng)絡(luò)資源池。服務(wù)器資源池劃分為兩大部分（虛擬、物理）是由于在此類大型監(jiān)控平臺中，并非所有的應(yīng)用都適合進行虛擬化。如果某個應(yīng)用程序在單臺的服務(wù)器上能夠充分利用服務(wù)器物理資源（如大規(guī)模視頻處理、占用資源較高的數(shù)據(jù)庫服務(wù)，若將此類應(yīng)用遷移到虛擬機中，則其運行效率會大大降低），它們更適合部署在物理服務(wù)器上；而對于標(biāo)準(zhǔn)三層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用層、訪問層則非常適合部署在虛擬化環(huán)境中。在存儲方面，主要選用支持異構(gòu)和雙活特性的磁盤陣列構(gòu)建存儲虛擬化資源池。選擇磁盤陣列則是由于在總平臺中存儲的主要是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，即設(shè)備狀態(tài)、告警等適合在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫以二維表方式存儲的數(shù)據(jù)信息；對這類信息數(shù)據(jù)體，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與磁盤陣列相配合可發(fā)揮優(yōu)良性能。站點信號源以及播出的音視頻數(shù)據(jù)以分布式方式存儲在各發(fā)射臺內(nèi)的音視頻服務(wù)器中，降低總平臺存儲與網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膲毫Γ粌H在發(fā)生異態(tài)時回傳相關(guān)時段的音視頻至總平臺進行存檔。

3.4 軟件架構(gòu)

舊監(jiān)控系統(tǒng)多采用C/S架構(gòu)，其主要考量是C/S架構(gòu)相較于B/S架構(gòu)一般面向相對固定的用戶群, 且具有對信息安全的控制能力強，延時小等特點。但近幾年得益于服務(wù)器、交換機等硬件設(shè)備能力提升與軟件技術(shù)發(fā)展，B/S架構(gòu)監(jiān)控平臺日益普遍，其維護管理成本低、終端使用便利、且安全性也比C/S架構(gòu)有所提高，因此B/S架構(gòu)成為目前設(shè)計首選。

其次，軟件設(shè)計方面還應(yīng)考慮開發(fā)移動客戶端。目前，智能手機在人群中的普及范圍遠遠高于其他電子設(shè)備，人人手中均有一個。充分利用手機，監(jiān)控云與移動客戶端相配合，將打破現(xiàn)有運維管理方面許多困難，改變運維模式。維護人員可從移動客戶端通過監(jiān)控云實時了解站點設(shè)備狀態(tài)，并可以收到自己所負責(zé)相關(guān)站點的告警自動推送，做到“人人監(jiān)控、隨處監(jiān)控”，減小總平臺人員監(jiān)控壓力，獲得維護工作主動權(quán)。此外，在設(shè)備維護過程中，人員可以通過移動終端了解故障設(shè)備相關(guān)信息，得到云平臺中專家系統(tǒng)自動給出建議，甚至進一步通過網(wǎng)絡(luò)向值班專家尋求解決方案，最后將維護過程上傳至云平臺，作為專家系統(tǒng)知識獲取的來源，為知識庫添磚加瓦，長期積累能有效地提高全體技術(shù)人員的維護水平。

4 結(jié)束語

監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)多種多樣，只有選擇先進的、與廣播電視播出業(yè)務(wù)相適應(yīng)的架構(gòu)才能更好促進安全播出工作的開展以及實現(xiàn)“有人留守、無人值班”的目標(biāo)要求。

[1]趙姍姍.廣播電視無線發(fā)射監(jiān)控系統(tǒng)的分析實現(xiàn)[J].黑龍江科技信息, 2015, 19 (4).

[2]弓艷青.廣播電視無線發(fā)射監(jiān)控系統(tǒng)探究[J].中國有線電視,2015(04).

[3]侯兆金.遠程監(jiān)控技術(shù)在廣播電視發(fā)射中的應(yīng)用[J].西部廣播電視,2017(11).

圖2 站外網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖