衛(wèi)星廣播節(jié)目再復用平臺技術系統(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、遭遇新的挑戰(zhàn)。根據(jù)總局62 號令要求，為衛(wèi)星提供信號源的業(yè)務系統(tǒng)、信號覆蓋全國的業(yè)務系統(tǒng)、中央和省級重要節(jié)目覆蓋的業(yè)務系統(tǒng)應達到一級業(yè)務系統(tǒng)保障要求，對技術系統(tǒng)配置、運行維護、預防突發(fā)事件、應急處置等方面應提升安全播出保障等級，為加強廣播電視安全播出管理，保障廣播電視信號安全優(yōu)質(zhì)傳輸，故而建設了衛(wèi)星廣播節(jié)目再復用平臺技術系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及的廣播節(jié)目多、業(yè)務單位多、地域分布比較廣泛，在核心的再復用環(huán)節(jié)采用了設備冗余技術、網(wǎng)絡雙鏈路冗余來保證系統(tǒng)節(jié)點的安全性以及可靠性。

廣播節(jié)目再復用平臺包括：節(jié)目源傳輸分配系統(tǒng)、再復用系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等?？傮w設計如圖1所示。

圖1：廣播節(jié)目總體設計圖

2 廣播節(jié)目再復用平臺系統(tǒng)設計方案

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 信號廣播節(jié)目并送至我處。

（2）通過OTN 傳輸網(wǎng)絡將傳來的廣播節(jié)目主、備兩路信號進行再復用后送至后級單位。

（3）對衛(wèi)星廣播節(jié)目再復用平臺通過節(jié)目源接收、節(jié)目源切換、ASI 信號復用、復用后信 號的切換等環(huán)節(jié)進行監(jiān)測，并對每一路節(jié)目進行節(jié)目音頻的監(jiān)測。同時將設備納入綜合網(wǎng)管系統(tǒng)進行全面監(jiān)測。

2.2 設計要求

（1）平臺技術系統(tǒng)配置、監(jiān)測系統(tǒng)配置、供電配置滿足廣電總局62 號令及總局相關文件的實施細則和要求。

（2）平臺專用網(wǎng)管系統(tǒng)可實現(xiàn)設備和碼流切換的一鍵操作，操作更便捷，處理性能更強?？梢愿鼮橹庇^的查看設備狀態(tài)和報警信息。

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

（4）平臺系統(tǒng)具有多節(jié)點監(jiān)測手段，在設備運行狀態(tài)、信號質(zhì)量、碼流狀態(tài)出現(xiàn)異常時能自動進行聲光告警，有效的保障了節(jié)目播出的安全。

3 再復用平臺系統(tǒng)構成

平臺負責接收傳輸來自兩套節(jié)目碼流分為主、備兩路，平臺按照主、備兩路各使用兩臺節(jié)目源分配器、一臺節(jié)目源碼流切換器、兩臺復用器、一臺輸出碼流切換器配置，其中平臺復用器按照主、備1+1 配置，即主路復用器分為主1、主2，備路復用器分為備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)絡傳輸?shù)焦?jié)目調(diào)度中心，由節(jié)目調(diào)度中心對兩套節(jié)目的主、備路碼流分別進行分配，將兩套節(jié)目主路碼流分配后的信號送入再復用主路系統(tǒng)的節(jié)目源切換器作為主用輸入同時送入再復用備路系統(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送入再復用備路系統(tǒng)的節(jié)目源切換器作為主用輸入同時送入再復用主路系統(tǒng)的節(jié)目源切換器作為備用輸入。

3.2 再復用系統(tǒng)

主路：節(jié)目源切換輸出兩路信號，其中一路斷電直通，送入復用器主1 進行復用，無斷電直通的另一路輸出送入復用器主2 進行復用。主1、主2 節(jié)目輸出信號送入輸出碼流切換器進行切換保護后，將輸出信號作為整個系統(tǒng)的主路信號最終輸出。

備路：節(jié)目源切換輸出兩路信號，其中一路斷電直通，送入復用器備1 進行復用，無斷電直通的另一路輸出送入復用器備2 進行復用。備1、備2 節(jié)目輸出信號送入碼流切換器進行切換保護后，將輸出信號作為整個系統(tǒng)的備路信號最終輸出。

3.3 監(jiān)測系統(tǒng)

平臺監(jiān)測系統(tǒng)采用先進的技術手段，多角度、多節(jié)點、全方位對系統(tǒng)從設備層面及信號層面進行全面的監(jiān)測。

3.3.1 平臺設備監(jiān)測

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

對于分配、切換、適合等其他環(huán)節(jié)的設備，綜合網(wǎng)管將其設備的通用SNMP 協(xié)議納入，對設備的運行狀況進行實時監(jiān)測，其同樣具備聲光告警功能。

3.3.2 節(jié)目信號監(jiān)測

對再復用平臺的信號監(jiān)測主要從四個環(huán)節(jié)切入，分別是：節(jié)目源接收；節(jié)目源切換；ASI 信號復用；以及復用后信號的切換。一共選取了N 碼流監(jiān)測節(jié)點，并對其中的主、備源；主、備復用輸出等節(jié)點進行碼流解碼，對每一路節(jié)目進行節(jié)目音頻的監(jiān)測。對碼流的故障及各環(huán)節(jié)節(jié)目音頻丟失等問題，系統(tǒng)會自動進行聲光告警以便及時發(fā)現(xiàn)和判斷故障點。同時系統(tǒng)會全程錄制節(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 號令及廣播節(jié)目再復用平臺相關實施細則的要求，考慮到再復用平臺的供電安全，采用兩路供電方式，設備主、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)主要技術特性

4.1 1+1心跳保護模式

在平臺中，主服務器和備份服務器是對等的，服務器之間通過一個持續(xù)的消息傳遞機制（心跳消息協(xié)議）相互監(jiān)視。當其中一個服務器沒有收到心跳消息時，主、備服務器會自動連接自己的網(wǎng)關，以確保它們已經(jīng)連接到網(wǎng)絡。如果備服務器已經(jīng)連接到網(wǎng)絡，并且丟失了來自主服務器的連續(xù)3 條心跳消息，那么它將通過成為動態(tài)服務器來獲得控制權。這個狀態(tài)被認為是由故障原因?qū)е碌目刂茩噢D(zhuǎn)移。備份服務器成為主服務器。如果主服務器已經(jīng)連接到網(wǎng)絡中，并且丟失了備份服務器的連續(xù)3 條心跳消息，則它將保留控制權。一旦備份恢復，它就開始向主服務器發(fā)送心跳消息，并且檢測主服務器可以將備服務器置于Standby 模式，而無需主服務器前端的任何干預。一旦備份服務器獲得控制，它會將數(shù)據(jù)庫重新命名并準備為標準數(shù)據(jù)庫名稱，這些數(shù)據(jù)庫名稱可以最初在主服務器上為它們命名。所有連接的客戶端應用程序都超時并關閉，直到重新連接。

當備份服務器在由故障原因?qū)е碌目刂茩噢D(zhuǎn)移后作為動態(tài)服務器接管時，它會判斷兩個報警條件，一個表示主動態(tài)服務器失敗，另一個表示備份服務器成功接管并成為動態(tài)服務器。

兩臺服務器交互心跳信息的頻率設置為5 秒。

4.2 傳輸業(yè)務多手段全景監(jiān)測

廣播節(jié)目再復用平臺從信號前端到傳輸通路，再到復用系統(tǒng)均采用數(shù)字化技術，通過OTN 傳送網(wǎng)絡、再復用監(jiān)測系統(tǒng)、節(jié)傳綜合大網(wǎng)管的綜合應用實現(xiàn)對傳輸通路、平臺狀態(tài)、廣播節(jié)目狀態(tài)的全程實時監(jiān)測。

4.3 平臺安全級別高

平臺所使用的復用器支持不同模式的備份功能，設備首先支持1+1 熱備份，即主、備復用器均被加電并接收輸入，當主復用器發(fā)生故障時，備復用器在線，隨時準備代替主復用器進行工作。

同時復用器的端口也支持備份功能，即主、備路信號連接在設備的兩個端口上，當其中一個端口出現(xiàn)故障時，設備的另一個端口會自動替換進行工作。在復用器的GbE 模塊具有兩個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，兩個物理接口為獨立使用狀態(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

當設置雙端口為鏡像模式時，兩個接口的配置為鏡像狀態(tài)，輸出的IP碼流也完全一致?？蓪⑾嗤拇a流送至不同的下級處理單元。

4.3.2 端口手動備份模式

當設置雙端口為手動備份時，系統(tǒng)運行期間主端口出現(xiàn)報警信息，不會自動倒換到備端口運行。需要管理員手動確認操作后才會倒換備端口運行。

4.3.3 端口單次倒換備份模式

當設置端口為單次倒換備份模式時，系統(tǒng)運行期間主端口出現(xiàn)報警信息，會自動倒換到備端口運行。倒換之后在備端口運行狀態(tài)下，如果此時備端口再出現(xiàn)錯誤報警，則不會自動倒換回主端口運行。需要管理員手動確認操作后才會倒換主端口運行。

4.3.4 端口自動備份模式

當設置端口為自動備份模式時，系統(tǒng)系統(tǒng)運行期間主端口出現(xiàn)報警信息，會自動倒換到備端口運行。倒換之后在備端口運行狀態(tài)下，如果此時備端口再出現(xiàn)錯誤報警，系統(tǒng)會自動倒換回主端口運行。無需管理員手動干預操作。

4.3.5 端口自動恢復主用備份模式

當設置端口為自動恢復主用備份模式時，系統(tǒng)系統(tǒng)運行期間主端口出現(xiàn)報警信息，會自動倒換到備端口運行。當主端口信號恢復正常時，系統(tǒng)判斷主端口報警信息狀態(tài)恢復后，會自動切換回主端口運行。

其次復用器可支持節(jié)目備份，在復用器中可設置為某個節(jié)目或多個節(jié)目設置一個節(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。當播出的廣播節(jié)目因信號源異?；驇挒? 時，系統(tǒng)會觸發(fā)切換機制使用備份節(jié)目替換該播出節(jié)目進行傳輸。

復用器支持輸入碼流備份，在復用器中可為輸入的IP 碼流設置一個備份碼流，用于當主用碼流因中斷或帶寬過低等因素提示報警時，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。

復用器還可定義PID 優(yōu)先級設置，定義輸出碼流溢出時刪除PID 的優(yōu)先級。定義為低優(yōu)先級的PID 首先被刪除，高優(yōu)先級的PID 最后被刪除?？捎玫膬?yōu)先次序是：As Parent > High > Normal >Medium>Low。

平臺所使用的切換器可根據(jù)使用需求支持多種切換條件?？梢酝ㄟ^易于使用的圖形化用戶界面單獨選擇和配置這些切換條件。可根據(jù)選擇和設置錯誤嚴重性標準以及容錯時間，避免發(fā)生因為臨時報警信息而觸發(fā)不必要的切換。

此外，還支持TR 101 290 監(jiān)測標準（優(yōu)先級1/2/3），可對數(shù)字DVB 網(wǎng)絡進行完整的健康狀態(tài)檢查。它還支持為ATSC 環(huán)境提供相同級別的綜合信息的測試和監(jiān)視模型。為了提高冗余度，可以對各類節(jié)目碼流結構及內(nèi)容進行分析，包括PSI/SI 信息、PID 信息、碼流速率閾值和節(jié)目加擾狀態(tài)進行模板檢測。

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)結構，包括以IP 為主要結構的網(wǎng)絡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制保持無縫切換機制，即使在斷電的情況下也支持斷電直通輸出。

通過同步分析延遲（從幾毫秒到幾秒）的輸入流提供延遲補償功能。若檢測到一個錯誤的輸入碼流，切換器會補償時間差，并無縫切換到另一路狀態(tài)正常的碼流，而不會對安全播出造成任何影響。

設備還具有一個嵌入式以太網(wǎng)10/100Base‐T 端口，以及一個完整的Web 服務器，可以通過任何標準瀏覽器遠程訪問的方式，對設備進行控制和監(jiān)看。它還提供對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、錯誤日志數(shù)據(jù)和碼流帶寬比特率圖形。同時支持 SNMP 協(xié)議，為接入綜合網(wǎng)管同一管理提供了接口。

此外，本平臺所有設備均支持雙電源模式，支持電源熱插拔模式，保證了設備的安全平穩(wěn)運行。

5 結論

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