緊急廣播應(yīng)用示范系統(tǒng)接口設(shè)計

+ 杜國柱 李玉環(huán) 任鶴義 國家廣播電影電視總局監(jiān)管中心

目前，美國、日本、英國、德國、以色列等國家，都把廣播電視作為政府應(yīng)急系統(tǒng)中的重要信息發(fā)布通道，將廣播電視相關(guān)單位納入緊急報警系統(tǒng)成員單位，建立了緊急廣播警告系統(tǒng)。

美國早在1963年就開始建設(shè)緊急廣播系統(tǒng)。最初的設(shè)計目的是，國家處于緊急狀況時給總統(tǒng)提供一個能迅速通告全民的通信方式。后來在美國聯(lián)邦通訊委員會（FCC），聯(lián)邦應(yīng)急管理局（FEMA）和國家氣象服務(wù)局（NWS）三個部門共同努力下，緊急廣播系統(tǒng)逐步完善，更名為緊急警告系統(tǒng)（EAS）。EAS由廣播電臺、電視臺、無線網(wǎng)、有線網(wǎng)、衛(wèi)星廣播等組成,除了能實現(xiàn)全國范圍的緊急警告之外，州或當(dāng)?shù)匕l(fā)生緊急情況時也可以使用。

日本緊急警報系統(tǒng)由緊急預(yù)警廣播系統(tǒng)（EWBS）和緊急地震速報系統(tǒng)（EEW）這兩套獨立的系統(tǒng)組成。緊急預(yù)警廣播系統(tǒng)將提前預(yù)測到的地震、海嘯等災(zāi)害預(yù)警信息通過廣播電視系統(tǒng)發(fā)布，其原理是通過一個高優(yōu)先級的控制指令，控制廣播、電視接收機(jī)自動切換接收緊急警報信息。緊急地震速報系統(tǒng)則在發(fā)生大地震后第一時間（在幾秒到幾十秒內(nèi)）將地震信息播報給公眾，其原理是利用地震波P波、S波傳輸速度存在差異的特點，在地震儀已經(jīng)監(jiān)測到烈度5級以上地震后，快速、自動通過廣播電視系統(tǒng)將地震信息進(jìn)行播報。

歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)（ETSI）針對緊急通信，于2002年4月成立緊急通信（EMTEL）工作組，負(fù)責(zé)制定歐洲的緊急通信標(biāo)準(zhǔn)。EMTEL主要由廣播電視系統(tǒng)組成，如AM/FM廣播，有線/無線電視等，還有固話網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、因特網(wǎng)、業(yè)務(wù)廣播電臺等通信系統(tǒng)作為重要的補(bǔ)充。

這些國家的緊急廣播系統(tǒng)的主要特點有：系統(tǒng)自動運行、信息獲取冗余、定期測試、多種語言、分級分區(qū)發(fā)送。

中國的緊急廣播體系建設(shè)正處于起步階段，相關(guān)科研工作逐步推進(jìn)的步伐正在加快。2009年，在廣電總局科技司的推動下，監(jiān)管中心承擔(dān)了國家科技支撐計劃項目“廣播電視監(jiān)管關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”（項目編號2009BAH40B00），相關(guān)緊急廣播關(guān)鍵技術(shù)研究、緊急廣播消息生成發(fā)布系統(tǒng)的研究陸續(xù)展開，并取得了豐碩的科研成果。該項目研究內(nèi)容包括緊急廣播消息生成發(fā)布系統(tǒng)技術(shù)框架、業(yè)務(wù)流程，消息生成與系統(tǒng)聯(lián)動技術(shù)、資源管理與資源調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)以及應(yīng)用示范等，并基本完成了對系統(tǒng)接口的設(shè)計，實現(xiàn)緊急廣播通過廣電網(wǎng)絡(luò)傳輸覆蓋網(wǎng)的分級分區(qū)發(fā)送。為了充分驗證課題科研成果，課題組在現(xiàn)有科研成果的基礎(chǔ)上，組織開展了緊急廣播應(yīng)用示范工作。

通過應(yīng)用示范，完成緊急廣播消息生成與發(fā)布系統(tǒng)及相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備的集成，建立了1個中央平臺和2個省級分平臺，開展地面數(shù)字電視、移動多媒體廣播（CMMB）、有線數(shù)字電視、調(diào)頻廣播、直播衛(wèi)星緊急廣播應(yīng)用示范，實現(xiàn)緊急廣播從信息源接收分析，到消息生成、發(fā)布、接收的全流程處理應(yīng)用示范以及發(fā)布效果評估，完善了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化了系統(tǒng)功能，為建立緊急廣播系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

一、緊急廣播應(yīng)用示范系統(tǒng)架構(gòu)和接口設(shè)計的基本思路

1.系統(tǒng)架構(gòu)

基于緊急廣播應(yīng)用示范研究成果，按照“一個中央平臺、兩個省平臺、五種發(fā)布渠道”的架構(gòu)體系，搭建了緊急廣播應(yīng)用示范系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示。

2.工作流程

國家相關(guān)應(yīng)急部門向中央平臺發(fā)布緊急廣播信息，中央平臺接收到緊急廣播信息后，通過調(diào)度系統(tǒng)對其進(jìn)行處理，加入控制指令之后，有條件、可選擇地進(jìn)行緊急廣播消息下發(fā)。緊急廣播應(yīng)用示范的工作流程就是模擬上述流程的。其目的是，在緊急廣播消息中正確加入發(fā)布信息，包含發(fā)布區(qū)域、發(fā)布方式、發(fā)布資源類型等關(guān)鍵信息的控制指令，并通過多種方式安全可靠地發(fā)送到廣播電視傳輸覆蓋系統(tǒng)的各類前端和臺站的目的。播出前端、臺站的緊急廣播消息接收處理設(shè)備接收到緊急廣播消息后，解析出控制指令后進(jìn)行緊急廣播消息的適配封裝與播出插入。各類接收終端接收后能夠及時播放相應(yīng)的緊急廣播消息。在2012年的應(yīng)用示范中，已實現(xiàn)在地面數(shù)字電視、移動多媒體廣播（CMMB）、有線數(shù)字電視、調(diào)頻廣播、直播衛(wèi)星五類播出前端進(jìn)行緊急廣播消息的適配、封裝和插入。同時，通過發(fā)布效果采集系統(tǒng)，利用服務(wù)端對消息接收處理設(shè)備以及采集終端接收到的信息狀態(tài)反饋進(jìn)行綜合分析，能夠給出發(fā)布效果綜合評價，實現(xiàn)緊急廣播消息發(fā)布效果指標(biāo)（發(fā)布率、覆蓋率、時效性、準(zhǔn)確率）的實時評估。

3.設(shè)計思路

基于緊急廣播應(yīng)用示范技術(shù)架構(gòu)，在接口設(shè)計時，重點考慮了四類接口如下。

一是平臺外聯(lián)類接口，重點解決緊急廣播調(diào)度控制平臺與信息源單位緊急廣播信息的聯(lián)動問題，以及中央調(diào)度控制平臺與省級調(diào)度控制平臺之間的信息交互問題。

二是衛(wèi)星傳輸類接口，重點解決緊急廣播音頻文件、文本信息以及緊急廣播指令的衛(wèi)星傳輸格式問題，同時，解決緊急廣播信息在基于衛(wèi)星開路信道傳輸中的安全問題。

圖1 緊急廣播應(yīng)用示范系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

三是適配封裝類接口，重點解決各類廣播電視前端臺站接收到緊急廣播信息后，如何將緊急廣播信息適配封裝至傳輸覆蓋通道的問題。

四是效果評估類接口，重點解決緊急廣播接收處理設(shè)備以及緊急廣播采集設(shè)備向緊急廣播發(fā)布平臺反饋效果采集數(shù)據(jù)的問題。

二、緊急廣播應(yīng)用示范體系接口設(shè)計

1.平臺外聯(lián)類接口

平臺外聯(lián)類接口有：緊急廣播信息源聯(lián)動接口、中央平臺和地方平臺接口、緊急廣播中央平臺與消息發(fā)送設(shè)備接口。

（1）緊急廣播信息源聯(lián)動接口

當(dāng)發(fā)生緊急事件時，作為緊急廣播消息來源單位，應(yīng)急部門通過信息源發(fā)布平臺向緊急廣播中央平臺提出緊急廣播消息申請，中央平臺對提請的消息做出解析、驗證、解密之后，再生成、發(fā)布緊急廣播消息，通過傳輸覆蓋系統(tǒng)播出。緊急廣播信息源聯(lián)動接口關(guān)系如圖2所示。

中央平臺與信息源之間數(shù)據(jù)發(fā)送與接收使用專網(wǎng)進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)傳輸方式采用TCP/IP方式，應(yīng)用層采用Http協(xié)議。由于緊急廣播中央平臺要支持多條通路，對數(shù)據(jù)格式的規(guī)范統(tǒng)一要求比較高，因此系統(tǒng)選擇了XML數(shù)據(jù)格式。

（2）中央平臺和地方平臺接口

根據(jù)緊急廣播框架方案的設(shè)計，緊急廣播平臺體系為中央平臺與地方平臺二級平臺體系。在應(yīng)用示范過程中，依據(jù)屬地響應(yīng)原則，中央平臺可通過衛(wèi)星傳輸鏈路傳送緊急廣播消息到調(diào)頻發(fā)射、有線前端等各類傳輸覆蓋前端/臺站；地方省級平臺直接向?qū)俚氐母髑岸?臺站發(fā)布緊急廣播消息；當(dāng)?shù)胤狡脚_需要使用衛(wèi)星通道時，可將發(fā)布信息上傳至中央平臺，由中央平臺統(tǒng)一調(diào)度代為發(fā)布。

中央平臺與地方平臺間需要通過聯(lián)動接口實現(xiàn)互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)雙向交互，如圖2所示。兩個平臺的聯(lián)動接口基于廣電專網(wǎng)進(jìn)行連接。在進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時，對數(shù)據(jù)交互節(jié)點的身份和口令進(jìn)行認(rèn)證，并對上傳節(jié)點進(jìn)行權(quán)限識別。只有通過安全驗證的數(shù)據(jù)交互節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，才會被中央平臺或地方平臺接收并處理。通過聯(lián)動接口傳遞的緊急廣播信息必須符合相關(guān)緊急廣播信息生成技術(shù)規(guī)范，發(fā)布效果評估數(shù)據(jù)必須符合相關(guān)效果評估系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式，接口能夠支持視音頻、文本、圖片等數(shù)據(jù)的傳輸。

（3）緊急廣播中央平臺與消息發(fā)送設(shè)備接口

圖2 緊急廣播消息源聯(lián)動及平臺關(guān)系結(jié)構(gòu)圖

中央平臺與消息發(fā)送設(shè)備間需要通過聯(lián)動接口實現(xiàn)互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)雙向交互。緊急廣播中央平臺作為緊急廣播信息的生成和控制中心，可以生成統(tǒng)一格式規(guī)范的緊急廣播信息，并控制消息發(fā)送設(shè)備進(jìn)行緊急廣播消息發(fā)送。中央平臺與消息發(fā)送設(shè)備之間的接口協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，消息發(fā)送的格式采用xml字符串的格式。

2.衛(wèi)星傳輸類接口

（1）衛(wèi)星傳輸格式

在緊急廣播系統(tǒng)中，緊急廣播消息通過衛(wèi)星傳輸，傳輸前緊急廣播消息應(yīng)封裝為能夠在衛(wèi)星信道上傳輸?shù)母袷剑庋b由緊急廣播消息發(fā)送設(shè)備完成，如圖3所示。

緊急廣播傳輸流中包含緊急廣播文本內(nèi)容、音頻節(jié)目以及緊急廣播控制指令。文本內(nèi)容包含緊急廣播調(diào)度控制信息和文本信息；音頻節(jié)目包含多個語種。

通過衛(wèi)星信道傳輸緊急廣播文本信息、指令和音頻節(jié)目，需要將其封裝到符合DVB標(biāo)準(zhǔn)的TS流內(nèi)。文本信息和指令使用符合DVB標(biāo)準(zhǔn)的私有段格式的專用緊急廣播表來封裝，采用固定PID傳輸緊急廣播專用表，封裝入TS流。音頻節(jié)目作為普通廣播業(yè)務(wù)一同封裝入TS流中，通過衛(wèi)星信道傳輸。

緊急廣播傳輸流采用TS包來承載，TS包的長度為188字節(jié)。傳輸流應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn) 《GB/T 17975.1-2010信息技術(shù) 運動圖像及其伴音信息的通用編碼 第1部分：系統(tǒng)》中定義的傳輸流和傳輸流分組層，應(yīng)包含標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 17975.1-2010 信息技術(shù) 運動圖像及其伴音信息的通用編碼 第1部分：系統(tǒng)》中定義的節(jié)目相關(guān)表和節(jié)目映射表。

（2）衛(wèi)星傳輸安全認(rèn)證

在緊急廣播系統(tǒng)中，廣播消息可通過有線、地面、衛(wèi)星等各種不同的傳輸方式。在衛(wèi)星傳輸方面，由于衛(wèi)星傳輸信道的開放性，需要保護(hù)廣播消息的合法性、真實性和有效性。因此，通過相關(guān)緊急廣播衛(wèi)星傳輸安全認(rèn)證技術(shù)規(guī)范，規(guī)定應(yīng)用示范中廣播消息在衛(wèi)星傳輸中的安全認(rèn)證技術(shù)體系。安全認(rèn)證系統(tǒng)內(nèi)置在消息發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備中，包括安全認(rèn)證信息生成設(shè)備和驗證設(shè)備，如圖4所示。其中前端實現(xiàn)安全認(rèn)證信息的生成和發(fā)送，終端實現(xiàn)接收和處理。

前端設(shè)備對緊急廣播消息進(jìn)行數(shù)字簽名，生成安全認(rèn)證信息，經(jīng)緊急廣播消息發(fā)送模塊復(fù)用為一路傳輸流后，傳送給衛(wèi)星地球站上行系統(tǒng)。

安全認(rèn)證終端接收傳輸流并對安全認(rèn)證信息進(jìn)行驗證，將驗證結(jié)果傳給緊急廣播消息接收模塊，只有驗證通過的數(shù)據(jù)才會傳給適配封裝設(shè)備。

3.適配封裝類接口

緊急廣播消息接收設(shè)備與適配封裝設(shè)備接口。

在緊急廣播系統(tǒng)中，中央平臺通過衛(wèi)星鏈路傳送緊急廣播消息到調(diào)頻廣播、有線前端、地面數(shù)字電視前端及CMMB省平臺等等，因此在傳送至衛(wèi)星傳輸信道前，廣播消息封裝為能夠在衛(wèi)星信道上傳輸?shù)母袷健?/p>

圖3 緊急廣播消息衛(wèi)星信道傳輸流程

圖4 緊急廣播衛(wèi)星傳輸安全認(rèn)證總體構(gòu)成

圖5 緊急廣播效果評估系統(tǒng)示意圖

緊急廣播消息接收設(shè)備負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星信號，根據(jù)緊急廣播消息中的調(diào)用播出系統(tǒng)類型和覆蓋區(qū)域信息等控制指令判斷是否響應(yīng)該消息。如需響應(yīng)，則將緊急廣播消息發(fā)送給緊急廣播適配封裝設(shè)備。緊急廣播消息接收設(shè)備與適配封裝設(shè)備之間采用以太網(wǎng)連接。指令信息通過UDP協(xié)議傳輸；音頻節(jié)目通過TS over UDP方式傳輸。適配封裝設(shè)備在接收到消息后采用TCP協(xié)議將狀態(tài)反饋信息傳輸給接收設(shè)備。

4.效果評估類接口

緊急廣播效果評估系統(tǒng)如圖5所示，其中涉及接收設(shè)備與效果評估系統(tǒng)接口和終端采集設(shè)備與效果評估系統(tǒng)接口。

（1）緊急廣播消息接收設(shè)備與效果評估系統(tǒng)接口

在緊急廣播生成與發(fā)布系統(tǒng)中，接收設(shè)備同時還各設(shè)備的處理結(jié)果反饋回緊急廣播發(fā)布效果評估系統(tǒng)。

狀態(tài)數(shù)據(jù)的回傳需要通過緊急廣播消息接收設(shè)備與效果評估系統(tǒng)接口聯(lián)動來實現(xiàn)。接收設(shè)備具備數(shù)據(jù)回傳模塊，將消息接收設(shè)備、適配封裝設(shè)備、播出插入設(shè)備的接收狀態(tài)通過GPRS通道反饋至效果評估系統(tǒng)?；貍鲾?shù)據(jù)主要包括發(fā)布渠道、緊急廣播消息ID、設(shè)備編號、接收時間等，中心平臺系統(tǒng)可以通過這些數(shù)據(jù)的回傳情況判斷消息發(fā)布過程中，接收處理設(shè)備的運行狀態(tài)。

（2）終端采集設(shè)備與發(fā)布效果評估系統(tǒng)接口

發(fā)布效果采集數(shù)據(jù)的回傳，則需要通過發(fā)布效果采集終端和發(fā)布效果評估子系統(tǒng)回傳接口模塊間的聯(lián)動接口實現(xiàn)?；貍鹘涌诨贕PRS建立網(wǎng)絡(luò)通道，在進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，將終端采集到的數(shù)據(jù)通過對稱密鑰和非對稱密鑰相結(jié)合的形式加密，以保證數(shù)據(jù)的安全性。在數(shù)據(jù)上傳至回傳接口時采用數(shù)字簽名技術(shù)，以防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中被篡改或偽造。

發(fā)布效果采集終端利用緊急廣播消息發(fā)布效果信息采集和回傳技術(shù)，將消息發(fā)布通道類型、消息內(nèi)容、終端接收時間等數(shù)據(jù)傳送至中央平臺的緊急廣播發(fā)布效果綜合分析子系統(tǒng)的專用回傳設(shè)備，通過收集、分析發(fā)布效果采集終端回傳的數(shù)據(jù)，緊急廣播中央平臺可以對緊急廣播消息的發(fā)布效果進(jìn)行綜合評估。