衛(wèi)星廣播節(jié)目再復(fù)用平臺(tái)技術(shù)系統(tǒng)

楊娜

（中央廣播電視塔管理中心 北京市 100036）

1 引言

近些年來，隨著廣播電視數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化及新媒體的快速發(fā)展，廣播電視安全播出面臨著新的形勢(shì)、遭遇新的挑戰(zhàn)。根據(jù)總局62 號(hào)令要求，為衛(wèi)星提供信號(hào)源的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、信號(hào)覆蓋全國的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、中央和省級(jí)重要節(jié)目覆蓋的業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到一級(jí)業(yè)務(wù)系統(tǒng)保障要求，對(duì)技術(shù)系統(tǒng)配置、運(yùn)行維護(hù)、預(yù)防突發(fā)事件、應(yīng)急處置等方面應(yīng)提升安全播出保障等級(jí)，為加強(qiáng)廣播電視安全播出管理，保障廣播電視信號(hào)安全優(yōu)質(zhì)傳輸，故而建設(shè)了衛(wèi)星廣播節(jié)目再復(fù)用平臺(tái)技術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及的廣播節(jié)目多、業(yè)務(wù)單位多、地域分布比較廣泛，在核心的再復(fù)用環(huán)節(jié)采用了設(shè)備冗余技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)雙鏈路冗余來保證系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的安全性以及可靠性。

廣播節(jié)目再復(fù)用平臺(tái)包括：節(jié)目源傳輸分配系統(tǒng)、再復(fù)用系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等。總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1：廣播節(jié)目總體設(shè)計(jì)圖

2 廣播節(jié)目再復(fù)用平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 工作內(nèi)容

（1）從節(jié)目源前端分別接收兩套節(jié)目的主、備ASI 信號(hào)廣播節(jié)目并送至我處。

（2）通過OTN 傳輸網(wǎng)絡(luò)將傳來的廣播節(jié)目主、備兩路信號(hào)進(jìn)行再復(fù)用后送至后級(jí)單位。

（3）對(duì)衛(wèi)星廣播節(jié)目再復(fù)用平臺(tái)通過節(jié)目源接收、節(jié)目源切換、ASI 信號(hào)復(fù)用、復(fù)用后信 號(hào)的切換等環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)每一路節(jié)目進(jìn)行節(jié)目音頻的監(jiān)測(cè)。同時(shí)將設(shè)備納入綜合網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。

2.2 設(shè)計(jì)要求

（1）平臺(tái)技術(shù)系統(tǒng)配置、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置、供電配置滿足廣電總局62 號(hào)令及總局相關(guān)文件的實(shí)施細(xì)則和要求。

（2）平臺(tái)專用網(wǎng)管系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)設(shè)備和碼流切換的一鍵操作，操作更便捷，處理性能更強(qiáng)。可以更為直觀的查看設(shè)備狀態(tài)和報(bào)警信息。

（3）平臺(tái)系統(tǒng)網(wǎng)管采用1+1 心跳保護(hù)雙網(wǎng)管配置，可支持節(jié)目直接拖拽式配置。

（4）平臺(tái)系統(tǒng)具有多節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)手段，在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、信號(hào)質(zhì)量、碼流狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)能自動(dòng)進(jìn)行聲光告警，有效的保障了節(jié)目播出的安全。

3 再復(fù)用平臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)成

平臺(tái)負(fù)責(zé)接收傳輸來自兩套節(jié)目碼流分為主、備兩路，平臺(tái)按照主、備兩路各使用兩臺(tái)節(jié)目源分配器、一臺(tái)節(jié)目源碼流切換器、兩臺(tái)復(fù)用器、一臺(tái)輸出碼流切換器配置，其中平臺(tái)復(fù)用器按照主、備1+1 配置，即主路復(fù)用器分為主1、主2，備路復(fù)用器分為備1、備2。

3.1 節(jié)目源傳輸分配系統(tǒng)

由節(jié)目源單位通過編碼復(fù)用打包后生成兩套節(jié)目ASI 碼流，每套節(jié)目碼流分為主、備兩路，分別通過OTN 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦?jié)目調(diào)度中心，由節(jié)目調(diào)度中心對(duì)兩套節(jié)目的主、備路碼流分別進(jìn)行分配，將兩套節(jié)目主路碼流分配后的信號(hào)送入再復(fù)用主路系統(tǒng)的節(jié)目源切換器作為主用輸入同時(shí)送入再復(fù)用備路系統(tǒng)的節(jié)目源切換器作為備用輸入。將兩套節(jié)目備路碼流分配后的信號(hào)送入再復(fù)用備路系統(tǒng)的節(jié)目源切換器作為主用輸入同時(shí)送入再復(fù)用主路系統(tǒng)的節(jié)目源切換器作為備用輸入。

3.2 再復(fù)用系統(tǒng)

主路：節(jié)目源切換輸出兩路信號(hào)，其中一路斷電直通，送入復(fù)用器主1 進(jìn)行復(fù)用，無斷電直通的另一路輸出送入復(fù)用器主2 進(jìn)行復(fù)用。主1、主2 節(jié)目輸出信號(hào)送入輸出碼流切換器進(jìn)行切換保護(hù)后，將輸出信號(hào)作為整個(gè)系統(tǒng)的主路信號(hào)最終輸出。

備路：節(jié)目源切換輸出兩路信號(hào)，其中一路斷電直通，送入復(fù)用器備1 進(jìn)行復(fù)用，無斷電直通的另一路輸出送入復(fù)用器備2 進(jìn)行復(fù)用。備1、備2 節(jié)目輸出信號(hào)送入碼流切換器進(jìn)行切換保護(hù)后，將輸出信號(hào)作為整個(gè)系統(tǒng)的備路信號(hào)最終輸出。

3.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

平臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用先進(jìn)的技術(shù)手段，多角度、多節(jié)點(diǎn)、全方位對(duì)系統(tǒng)從設(shè)備層面及信號(hào)層面進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)。

3.3.1 平臺(tái)設(shè)備監(jiān)測(cè)

對(duì)于核心的碼流復(fù)用環(huán)節(jié)，平臺(tái)設(shè)備采用專業(yè)網(wǎng)管，具有1+1心跳保護(hù)雙網(wǎng)管配置，直觀的節(jié)目及網(wǎng)絡(luò)配置模式，支持拖拽式節(jié)目配置。能夠兼顧系統(tǒng)配置及設(shè)備管理功能，具有聲光告警功能。

對(duì)于分配、切換、適合等其他環(huán)節(jié)的設(shè)備，綜合網(wǎng)管將其設(shè)備的通用SNMP 協(xié)議納入，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其同樣具備聲光告警功能。

3.3.2 節(jié)目信號(hào)監(jiān)測(cè)

對(duì)再復(fù)用平臺(tái)的信號(hào)監(jiān)測(cè)主要從四個(gè)環(huán)節(jié)切入，分別是：節(jié)目源接收；節(jié)目源切換；ASI 信號(hào)復(fù)用；以及復(fù)用后信號(hào)的切換。一共選取了N 碼流監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，并對(duì)其中的主、備源；主、備復(fù)用輸出等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行碼流解碼，對(duì)每一路節(jié)目進(jìn)行節(jié)目音頻的監(jiān)測(cè)。對(duì)碼流的故障及各環(huán)節(jié)節(jié)目音頻丟失等問題，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行聲光告警以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和判斷故障點(diǎn)。同時(shí)系統(tǒng)會(huì)全程錄制節(jié)目源端及輸出端全部碼流，錄制碼流保留不少于十五天。

3.4 電力系統(tǒng)

為滿足廣電總局62 號(hào)令及廣播節(jié)目再復(fù)用平臺(tái)相關(guān)實(shí)施細(xì)則的要求，考慮到再復(fù)用平臺(tái)的供電安全，采用兩路供電方式，設(shè)備主、備采用不同的UPS 系統(tǒng)供電，確保節(jié)目傳輸萬無一失。

4 系統(tǒng)主要技術(shù)特性

4.1 1+1心跳保護(hù)模式

在平臺(tái)中，主服務(wù)器和備份服務(wù)器是對(duì)等的，服務(wù)器之間通過一個(gè)持續(xù)的消息傳遞機(jī)制（心跳消息協(xié)議）相互監(jiān)視。當(dāng)其中一個(gè)服務(wù)器沒有收到心跳消息時(shí)，主、備服務(wù)器會(huì)自動(dòng)連接自己的網(wǎng)關(guān)，以確保它們已經(jīng)連接到網(wǎng)絡(luò)。如果備服務(wù)器已經(jīng)連接到網(wǎng)絡(luò)，并且丟失了來自主服務(wù)器的連續(xù)3 條心跳消息，那么它將通過成為動(dòng)態(tài)服務(wù)器來獲得控制權(quán)。這個(gè)狀態(tài)被認(rèn)為是由故障原因?qū)е碌目刂茩?quán)轉(zhuǎn)移。備份服務(wù)器成為主服務(wù)器。如果主服務(wù)器已經(jīng)連接到網(wǎng)絡(luò)中，并且丟失了備份服務(wù)器的連續(xù)3 條心跳消息，則它將保留控制權(quán)。一旦備份恢復(fù)，它就開始向主服務(wù)器發(fā)送心跳消息，并且檢測(cè)主服務(wù)器可以將備服務(wù)器置于Standby 模式，而無需主服務(wù)器前端的任何干預(yù)。一旦備份服務(wù)器獲得控制，它會(huì)將數(shù)據(jù)庫重新命名并準(zhǔn)備為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫名稱，這些數(shù)據(jù)庫名稱可以最初在主服務(wù)器上為它們命名。所有連接的客戶端應(yīng)用程序都超時(shí)并關(guān)閉，直到重新連接。

當(dāng)備份服務(wù)器在由故障原因?qū)е碌目刂茩?quán)轉(zhuǎn)移后作為動(dòng)態(tài)服務(wù)器接管時(shí)，它會(huì)判斷兩個(gè)報(bào)警條件，一個(gè)表示主動(dòng)態(tài)服務(wù)器失敗，另一個(gè)表示備份服務(wù)器成功接管并成為動(dòng)態(tài)服務(wù)器。

兩臺(tái)服務(wù)器交互心跳信息的頻率設(shè)置為5 秒。

4.2 傳輸業(yè)務(wù)多手段全景監(jiān)測(cè)

廣播節(jié)目再復(fù)用平臺(tái)從信號(hào)前端到傳輸通路，再到復(fù)用系統(tǒng)均采用數(shù)字化技術(shù)，通過OTN 傳送網(wǎng)絡(luò)、再復(fù)用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、節(jié)傳綜合大網(wǎng)管的綜合應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸通路、平臺(tái)狀態(tài)、廣播節(jié)目狀態(tài)的全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4.3 平臺(tái)安全級(jí)別高

平臺(tái)所使用的復(fù)用器支持不同模式的備份功能，設(shè)備首先支持1+1 熱備份，即主、備復(fù)用器均被加電并接收輸入，當(dāng)主復(fù)用器發(fā)生故障時(shí)，備復(fù)用器在線，隨時(shí)準(zhǔn)備代替主復(fù)用器進(jìn)行工作。

同時(shí)復(fù)用器的端口也支持備份功能，即主、備路信號(hào)連接在設(shè)備的兩個(gè)端口上，當(dāng)其中一個(gè)端口出現(xiàn)故障時(shí)，設(shè)備的另一個(gè)端口會(huì)自動(dòng)替換進(jìn)行工作。在復(fù)用器的GbE 模塊具有兩個(gè)SFP 插口，可根據(jù)需要接入RJ45 網(wǎng)口模塊或光纖接口模塊。在端口使用模式中，缺省狀態(tài)下，兩個(gè)物理接口為獨(dú)立使用狀態(tài)，GbE1 與GbE2端口各自輸入或輸出IP 碼流。以下為不同模式下的備份功能：

4.3.1 端口鏡像模式

當(dāng)設(shè)置雙端口為鏡像模式時(shí)，兩個(gè)接口的配置為鏡像狀態(tài)，輸出的IP碼流也完全一致。可將相同的碼流送至不同的下級(jí)處理單元。

4.3.2 端口手動(dòng)備份模式

當(dāng)設(shè)置雙端口為手動(dòng)備份時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行期間主端口出現(xiàn)報(bào)警信息，不會(huì)自動(dòng)倒換到備端口運(yùn)行。需要管理員手動(dòng)確認(rèn)操作后才會(huì)倒換備端口運(yùn)行。

4.3.3 端口單次倒換備份模式

當(dāng)設(shè)置端口為單次倒換備份模式時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行期間主端口出現(xiàn)報(bào)警信息，會(huì)自動(dòng)倒換到備端口運(yùn)行。倒換之后在備端口運(yùn)行狀態(tài)下，如果此時(shí)備端口再出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警，則不會(huì)自動(dòng)倒換回主端口運(yùn)行。需要管理員手動(dòng)確認(rèn)操作后才會(huì)倒換主端口運(yùn)行。

4.3.4 端口自動(dòng)備份模式

當(dāng)設(shè)置端口為自動(dòng)備份模式時(shí)，系統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)行期間主端口出現(xiàn)報(bào)警信息，會(huì)自動(dòng)倒換到備端口運(yùn)行。倒換之后在備端口運(yùn)行狀態(tài)下，如果此時(shí)備端口再出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)倒換回主端口運(yùn)行。無需管理員手動(dòng)干預(yù)操作。

4.3.5 端口自動(dòng)恢復(fù)主用備份模式

當(dāng)設(shè)置端口為自動(dòng)恢復(fù)主用備份模式時(shí)，系統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)行期間主端口出現(xiàn)報(bào)警信息，會(huì)自動(dòng)倒換到備端口運(yùn)行。當(dāng)主端口信號(hào)恢復(fù)正常時(shí)，系統(tǒng)判斷主端口報(bào)警信息狀態(tài)恢復(fù)后，會(huì)自動(dòng)切換回主端口運(yùn)行。

其次復(fù)用器可支持節(jié)目備份，在復(fù)用器中可設(shè)置為某個(gè)節(jié)目或多個(gè)節(jié)目設(shè)置一個(gè)節(jié)目做為該節(jié)目的備份節(jié)目，備份節(jié)目可在任意輸入碼流中選擇與播出節(jié)目相同節(jié)目或不同節(jié)目。當(dāng)播出的廣播節(jié)目因信號(hào)源異常或帶寬為0 時(shí)，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)切換機(jī)制使用備份節(jié)目替換該播出節(jié)目進(jìn)行傳輸。

復(fù)用器支持輸入碼流備份，在復(fù)用器中可為輸入的IP 碼流設(shè)置一個(gè)備份碼流，用于當(dāng)主用碼流因中斷或帶寬過低等因素提示報(bào)警時(shí)，觸發(fā)切換。該備份碼流的使用前提是，該碼流必須為主用碼流的鏡像碼流。

復(fù)用器還可定義PID 優(yōu)先級(jí)設(shè)置，定義輸出碼流溢出時(shí)刪除PID 的優(yōu)先級(jí)。定義為低優(yōu)先級(jí)的PID 首先被刪除，高優(yōu)先級(jí)的PID 最后被刪除。可用的優(yōu)先次序是：As Parent > High > Normal >Medium>Low。

平臺(tái)所使用的切換器可根據(jù)使用需求支持多種切換條件。可以通過易于使用的圖形化用戶界面單獨(dú)選擇和配置這些切換條件。可根據(jù)選擇和設(shè)置錯(cuò)誤嚴(yán)重性標(biāo)準(zhǔn)以及容錯(cuò)時(shí)間，避免發(fā)生因?yàn)榕R時(shí)報(bào)警信息而觸發(fā)不必要的切換。

此外，還支持TR 101 290 監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)（優(yōu)先級(jí)1/2/3），可對(duì)數(shù)字DVB 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行完整的健康狀態(tài)檢查。它還支持為ATSC 環(huán)境提供相同級(jí)別的綜合信息的測(cè)試和監(jiān)視模型。為了提高冗余度，可以對(duì)各類節(jié)目碼流結(jié)構(gòu)及內(nèi)容進(jìn)行分析，包括PSI/SI 信息、PID 信息、碼流速率閾值和節(jié)目加擾狀態(tài)進(jìn)行模板檢測(cè)。

其次，還具有千兆以太網(wǎng)接口或ASI 接口，適合任何類型的前端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括以IP 為主要結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)前端以及廣泛部署的基于ASI 的傳統(tǒng)前端。

為了最大限度地提高設(shè)備安全穩(wěn)定性，還配備了雙電源模塊，并通過千兆以太網(wǎng)和ASI 接口上的智能和可配置的旁路機(jī)制保持無縫切換機(jī)制，即使在斷電的情況下也支持?jǐn)嚯娭蓖ㄝ敵觥?/p>

通過同步分析延遲（從幾毫秒到幾秒）的輸入流提供延遲補(bǔ)償功能。若檢測(cè)到一個(gè)錯(cuò)誤的輸入碼流，切換器會(huì)補(bǔ)償時(shí)間差，并無縫切換到另一路狀態(tài)正常的碼流，而不會(huì)對(duì)安全播出造成任何影響。

設(shè)備還具有一個(gè)嵌入式以太網(wǎng)10/100Base‐T 端口，以及一個(gè)完整的Web 服務(wù)器，可以通過任何標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器遠(yuǎn)程訪問的方式，對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)看。它還提供對(duì)切換配置的完整顯示，以及顯示直觀的碼流輸入/輸出狀態(tài)信息、錯(cuò)誤日志數(shù)據(jù)和碼流帶寬比特率圖形。同時(shí)支持 SNMP 協(xié)議，為接入綜合網(wǎng)管同一管理提供了接口。

此外，本平臺(tái)所有設(shè)備均支持雙電源模式，支持電源熱插拔模式，保證了設(shè)備的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

5 結(jié)論

再復(fù)用平臺(tái)系統(tǒng)的使用使廣播節(jié)目傳輸?shù)陌踩缘玫搅孙@著提高，不僅解決了信號(hào)的安全穩(wěn)定性也提高了運(yùn)維管理水平，是保證廣播節(jié)目平穩(wěn)運(yùn)行的重要手段。