電視發(fā)射臺集中監(jiān)控系統(tǒng)設計

白小軍，赫 磊，吳夫丹

（西安工業(yè)大學 計算機科學與工程學院，陜西 西安 710032）

電視發(fā)射臺集中監(jiān)控系統(tǒng)設計

白小軍，赫 磊，吳夫丹

（西安工業(yè)大學 計算機科學與工程學院，陜西 西安 710032）

針對電視發(fā)射臺設備監(jiān)控的實際需求，提出了基于Web的監(jiān)控方案，討論了監(jiān)控系統(tǒng)的體系結構及各層的實現(xiàn)方法，解決了多種類型設備的集中監(jiān)控以及細粒度訪問控制等問題。實踐證明，該方案能滿足大型電視發(fā)射臺設備集中監(jiān)控的要求。

電視發(fā)射機；設備監(jiān)控；軟件體系結構；訪問控制

電視發(fā)射機是電視廣播的核心設備，為保證節(jié)目的正常播出，必須提供一種安全的手段，方便監(jiān)視發(fā)射機的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并迅速處理故障。

當前，網(wǎng)絡化的集中控制已成為設備監(jiān)控的主流技術。文獻[1-2]闡述了如何使用串口服務器將電視發(fā)射機接入網(wǎng)絡，并通過CGI編程實現(xiàn)基于Web的遠程控制，該方式只能監(jiān)控單臺發(fā)射機的運行，無法實現(xiàn)集中監(jiān)控。文獻[3-4]提出了發(fā)射臺集中監(jiān)控的技術方案，它引入網(wǎng)絡管理的思想，為發(fā)射機設計SNMP代理，使用SNMP協(xié)議[5-8]采集設備信息，將控制設備當作網(wǎng)絡設備進行管理，進而實現(xiàn)基于Web集中監(jiān)控，但該文獻未充分討論監(jiān)控軟件的體系結構，難以適應大型、復雜系統(tǒng)的監(jiān)控需求。

在大型發(fā)射臺中，往往要監(jiān)控很多不同廠家、型號的發(fā)射機設備，查詢各設備的基本工作狀態(tài)以及碼流、激勵器、功放、冷卻裝置等部件的工作狀態(tài)，在設備發(fā)生故障或告警時能查詢?nèi)罩疽暂o助故障診斷，并能控制設備執(zhí)行開關機、激勵器切換等指定的動作。監(jiān)控系統(tǒng)面臨著數(shù)據(jù)量大、結構復雜、實時性強、權限控制嚴格等一系列問題，必須深入研究系統(tǒng)的體系結構及實現(xiàn)方法。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構

發(fā)射臺集中監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構如圖1所示?？梢钥闯觯@里采用了“管理者—代理”的體系結構，整個系統(tǒng)分為三大部分。

圖1 發(fā)射臺集中監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構

1）設備代理

電視發(fā)射機作為被管設備，通過SNMP代理接入網(wǎng)絡。代理以輪詢的方式采集發(fā)射機的運行參數(shù)，并保存到MIB庫中供管理者訪問；當收到管理端發(fā)送的GET請求時，代理將從MIB中獲取數(shù)據(jù)返回給管理者；而當收到管理端的SET請求時，代理將控制設備執(zhí)行指定的動作。

目前一些新型的電視發(fā)射機，本身已內(nèi)置了網(wǎng)絡接口以及SNMP代理服務，可以直接通過SNMP協(xié)議訪問。而傳統(tǒng)的發(fā)射機一般都配備串口與上位機通信，這樣還需要在設備的前端增加一個串口服務器，將發(fā)射機接入網(wǎng)絡，并在串口服務器中編程實現(xiàn)SNMP代理的功能[3]。

2）監(jiān)控服務器

監(jiān)控服務器是本系統(tǒng)設計的核心。在設備側，它提供了數(shù)據(jù)采集與命令控制的功能，采集到的數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)庫中以備訪問；在用戶側，它提供了基于Web的設備監(jiān)控功能，并實現(xiàn)了用戶身份驗證以及細粒度的訪問控制等功能。

3）監(jiān)控客戶端

用戶通過Web客戶端或者手機客戶端訪問服務器提供的各項服務，監(jiān)視發(fā)射機的運行狀態(tài)，配置發(fā)射機的運行參數(shù)，并控制發(fā)射機執(zhí)行指定的動作。

由于設備代理的設計在相關文獻中已詳細介紹，這里只討論監(jiān)控服務器和監(jiān)控客戶端的設計。

2 設備訪問層的設計

在設備一側，監(jiān)控服務器要和設備代理交互，采集設備運行數(shù)據(jù)并實現(xiàn)命令控制，這通過設備訪問層來實現(xiàn)，總體結構如圖2所示。

圖2 設備訪問層總體結構

SNMP組件提供設備代理的基本訪問功能，在此基礎上，由實時數(shù)據(jù)采集類和日志數(shù)據(jù)采集類采集設備數(shù)據(jù)，并保存這些數(shù)據(jù)以備使用。設備狀態(tài)信息屬于實時數(shù)據(jù)，每隔幾秒鐘就要刷新一次，所以暫存到內(nèi)存數(shù)據(jù)集中以提高訪問速度；而日志屬于歷史數(shù)據(jù)，要保存到數(shù)據(jù)庫中以備檢索。

實時數(shù)據(jù)采集采用定時輪詢的方式實現(xiàn)，輪詢周期一般設置為10 s。考慮到系統(tǒng)中監(jiān)控的設備數(shù)量眾多，每臺設備的數(shù)據(jù)采集都會產(chǎn)生一定延遲，為保證在10 s內(nèi)完成所有設備的輪詢，必須采用多線程的方式來實現(xiàn)。其工作原理如圖3所示。

圖3 實時數(shù)據(jù)采集的工作原理

解釋如下：

1）為Web應用注冊上下文初始化監(jiān)聽器，當Web監(jiān)控系統(tǒng)啟動時觸發(fā)執(zhí)行監(jiān)聽器中的代碼；

2）在監(jiān)聽器中啟動定時服務線程，以后該線程會定時喚醒，反復運行，直到應用程序退出；

3）在定時服務線程中創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集組件，并調(diào)用其dataAcquire()方法采集數(shù)據(jù)；

4）在dataAcquire()方法中，首先獲取監(jiān)控設備列表，然后針對每一個設備，分別創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)采集線程，并調(diào)用SNMP組件的gettxdata()方法采集實時數(shù)據(jù)，并將其保存到內(nèi)存數(shù)據(jù)集中備用；

5）當調(diào)度好本輪的數(shù)據(jù)采集后，定時服務線程進入10 s的休眠，并在定時喚醒后進入下一輪采集。

由于被管設備提供了SNMP接口，所以命令控制功能最終都通過SNMP SET原語來實現(xiàn)。以遠程開關機控制為例，其MIB節(jié)點定義如下：

c-txOnOff OBJECT-TYPE

SYNTAX Integer32

MAX-ACCESS read-write

STATUS current

DESCRIPTION"0—turn off,1—turn on"

∶={ctl 1}

可以看出，設置該節(jié)點的值為1將實現(xiàn)開機控制，設置為0將實現(xiàn)關機控制。其他控制命令的實現(xiàn)方法與此類似。

3 監(jiān)控服務層的設計

為提高監(jiān)控系統(tǒng)的擴展性，為PC客戶端、手機客戶端提供一致的訪問方式，引入了監(jiān)控服務層。該層的服務接口定義如下：

客戶端通過這些監(jiān)控服務，查詢設備的運行狀態(tài)，并控制設備執(zhí)行指定的動作。

對于各種不同型號的發(fā)射機，其監(jiān)控功能基本類似，但監(jiān)控的數(shù)據(jù)項有所不同，數(shù)據(jù)展示和處理方式也不盡相同。為屏蔽設備間的這種差異，采用圖4所示的工廠設計模式：由IDeviceService定義統(tǒng)一的服務接口，然后為所有類型的發(fā)射機分別設計服務實現(xiàn)類，這些類都實現(xiàn)IDeviceService接口；在監(jiān)控某設備時，由服務工廠（ServiceFactory）根據(jù)傳入的設備類型動態(tài)構造設備服務對象，然后依靠多態(tài)的機制，自動調(diào)用該類型設備的服務方法。

圖4 監(jiān)控服務層的類設計

4 Web接口層的設計

從安全的角度考慮，用戶要想訪問監(jiān)控服務，必須經(jīng)過嚴格的身份驗證以及訪問控制，這些輔助功能由Web接口層來實現(xiàn)，其工作原理如圖5所示?？梢钥闯?，該層采用了MVC設計模式：FilterDispatcher作為請求處理的入口，將請求調(diào)度到合適的Action進行處理（調(diào)用其execute方法）；Action作為控制器，調(diào)用模型（監(jiān)控服務層）提供的方法獲取監(jiān)控數(shù)據(jù)或控制設備動作，最后將處理結果反饋給客戶端。

圖5 Web接口層的核心類設計

Web接口層為客戶端提供唯一的訪問入口，所有的請求都必須通過這個入口進行調(diào)度和轉發(fā)，所以很容易在這里部署權限驗證過濾器（AccessControlFil?ter），實現(xiàn)訪問控制功能，基本原理如下：

1）用戶登錄時，獲取該用戶的角色列表以及管理的設備列表，存入該用戶的Session中。

2）用戶請求某項監(jiān)控服務，該請求會被映射到一個Action進行處理。而在請求到達Action之前，會被AccessControlFilter攔截。

3）在該過濾器中，首先驗證用戶是否具有訪問該Action的角色，若驗證通過，則繼續(xù)驗證是否具有管理該設備的權限。只有角色驗證和設備驗證都通過的請求，才會被調(diào)度到Action，否則返回Access Denied信息。

5 客戶層的設計

Web應用的用戶界面一般在服務器端動態(tài)生成，然后將產(chǎn)生的HTML代碼傳遞給客戶端，由瀏覽器展示給用戶。但由于監(jiān)控界面的生成邏輯比較復雜，要根據(jù)設備的配置信息及運行狀態(tài)動態(tài)構造并不斷刷新，大大增加了服務器的處理負荷。為有效降低服務器開銷，可以將傳統(tǒng)的頁面表示邏輯轉移到客戶層來完成，具體方法是：在客戶端使用AJAX技術異步請求監(jiān)控服務，服務器端將生成的數(shù)據(jù)（不是HTML頁面）直接返回給客戶端，然后在客戶端使用JavaScript解析和展示。

客戶端需要的數(shù)據(jù)主要是各監(jiān)控項的ID及數(shù)值，為減少數(shù)據(jù)傳輸量，采用JSON字符串的形式來包裝數(shù)據(jù)，如下：

{“OID1”∶“VALUE1”,“OID2”∶“VALUE2”,“OID3”∶“VAL?UE3”,…,“OIDN”∶“VALUEN”}

這樣，JavaScript可以方便地將JSON字符串轉換為屬性集合，然后根據(jù)屬性名檢索屬性值，以此來調(diào)整頁面顯示，實現(xiàn)頁面局部刷新。

6 總結

結合某電視設備有限公司發(fā)射機監(jiān)控的實際需求，設計了基于Web的遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的總體結構，并重點說明了設備訪問層、監(jiān)控服務層、Web接口層以及客戶層的設計方法。該方案解決了多種設備的整合監(jiān)控以及細粒度的訪問控制等問題，能夠滿足大型電視發(fā)射臺遠程集中監(jiān)控的基本要求。

[1]白小軍，羅鈞旻.基于WEB的發(fā)射機遠程控制系統(tǒng)設計[J].通信技術，2008，41（9）：59-61.

[2]蘇振濤，羅鈞旻，白小軍.基于設備服務器的電視發(fā)射機遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].計算機測量與控制，2009，17（10）：1883-1886.

[3]白小軍，楊軍，喻鈞.基于Web的電視發(fā)射臺遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].電視技術，2012，36（10）：66-72.

[4] 白小軍，楊軍.電視發(fā)射臺短信監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].電視技術，2012，36（18）：89-92.

[5]CASE J，F(xiàn)EDOR M，SCHOFFSTALL M，et al.IETF RFC1157，A simple network management protocol（SNMP）[S].1990.

[6] The SNMP Protocol[EB/OL].[2013-11-20].http：//www.snmp.org/ protocol/.

[7]MCCLOGHRIE K，ROSE M.IETF RFC1156，Management infor?mation base for network management of TCP/IP-based internets [S].1990.

[8] SNMP4J-The object oriented SNMP API for Java managers and agents[EB/OL].[2013-11-20].http：//www.snmp4j.org/.

Design of Centralized M onitoring System for TV Transm itting Station

BAI Xiaojun,HE Lei,WU Fudan
（School of Computer Science and Engineering,Xi’an Technological University,Xi'an 710032,China）

According to the requirements of remote monitoring for TV transmitting station,a Web-based centralized monitoring solution is presented,the total structure and software architecture of this system is discussed,and the problems of integrated monitoring and access control are solved.Practice is proved that this solution can meet the needs of centralized device monitoring for large TV transmitting station.

TV transmitter;device monitoring;software architecture;access control

TN948；TP273.5

A

??健男

2014-01-16

【本文獻信息】白小軍，赫磊，吳夫丹.電視發(fā)射臺集中監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].電視技術，2014，38（16）.