消息中間件技術在數字電視應急廣播中的運用探究

吳正勇

【摘要】互動數字電視屬于現階段重要的應急廣播接收終端，基于雙向的數字電視機頂盒、消息中間件平臺，即可順利完成消息發(fā)布工作?；诖?，本文將圍繞數字電視應急廣播中間件技術的應用路徑開展研究，并深入探討數字電視應急廣播應用場景實踐，希望研究內容能夠為應急廣播應用平臺建設提供支持。

【關鍵詞】消息中間件技術;互動數字電視;應急廣播平臺

中圖分類號：TN94? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1673-0348（2020）020-025-03

Research on the Application of Message Middleware Technology in Digital TV Emergency Broadcasting

Wu Zhengyong

（Jingningrong Media Center， Lishui， Zhejiang 323500）

Abstract： Interactive digital TV is an important emergency broadcast receiving terminal at present. Based on the two-way digital TV set-top box and message middleware platform， the message release can be successfully completed. Based on this， this paper will focus on the application path of digital TV emergency broadcasting middleware technology， and deeply discuss the application scenario practice of digital TV emergency broadcasting， hoping that the research content can provide support for the construction of emergency broadcasting application platform.

Key words： message middleware technology; Interactive digital TV; Emergency broadcast platform

基于互動數字電視的應急廣播系統(tǒng)需滿足《有線數字電視應急廣播技術規(guī)范》的相關要求，包括應急廣播消息的實時接收、處理和播放，以及基于指令的制定頻道跳轉、音視頻節(jié)目方式播放音頻類輔助數據、在有效期內循環(huán)播放應急廣播的文本內容等。在相關探索中，消息中間件技術必須充分發(fā)揮自身作用。

1. 數字電視應急廣播中間件技術應用路徑

1.1 可行性分析

基于應急廣播業(yè)務需求和數字電視傳輸技術特點進行分析可以發(fā)現，應急消息發(fā)布可通過IP網絡實現，這一技術方案無需占用頻點帶寬資源，可實現大量模版化信息數據的承載，具備豐富多樣的展現形式，但對于需要向百萬計用戶終端在短時間內同時下發(fā)消息的應急廣播來說，常規(guī)IP交互方式可能出現承載壓力較大、發(fā)布信息實時性較差等問題，過于集中的系統(tǒng)資源占用也可能出現。因此，可采用消息中間件技術借鑒應急廣播平臺建設時IP網絡應用面臨的信息傳輸發(fā)布問題。消息中間件也被稱作消息隊列或消息代理，作為應用程序間的通信方法，消息中間件技術的應用無需進行專用鏈接建設，應用程序間數據通信可基于程序的寫入和檢索隊列實現。消息隊列中的通信基于發(fā)送和接收消息完成，應用程序間的通信無需調用接口，僅需要利用消息隊列。通過Webservice等技術，可實現通過網絡的應用功能調用，信息交互一般以同步方式完成。消息中間件技術一般基于隊列完成通信，應用程序接收和發(fā)送同時執(zhí)行要求由此去除。應用程序可基于消息隊列獨立執(zhí)行，無需等待處理結果，無需知道彼此的位置，典型的消息中間件由交換器、消息隊列、服務端、發(fā)布客戶端、訂閱客戶端等組成。一般在服務端部署消息中間件，在客戶端部署應用程序接口，客戶端應用程序接口需基于軟硬件平臺實際情況針對性選擇，由此即可基于同樣方式滿足不同架構的平臺的應用程序通信需要。一種消息傳遞規(guī)則的集合被稱為主題，同時存在發(fā)布到一個主題上的消息發(fā)布客戶端，基于客戶端的主題訂閱，即可生成消息隊列，消息中件間平臺基于路由和過濾作用發(fā)送消息到消息隊列中，同樣的消息可基于交換器在多種消息隊列中映射，具體發(fā)送以訂閱者的主題和隊列主題匹配為依據。對于可通過異步或同步方式連接客戶端的消息中間件來說，對于應急廣播等存在較大數量訂閱客戶端的情況，為減小網絡延遲開銷，需采用異步的方式執(zhí)行，輔以QoS機制、監(jiān)控配置和相應的API，即可保證消息傳輸的可靠性與安全性，消息隊列、系統(tǒng)資源消耗情況、中間件運行情況的跟蹤也可同時實現。

1.2 應急廣播體系架構設計

基于上文分析，即可針對性規(guī)劃和設計應急廣播體系架構，應急廣播系統(tǒng)在整體架構上應由各種消息訂閱端平臺、消息中間件集群、消息的發(fā)送部分組成。需通過專門功能模塊實時監(jiān)控管理系統(tǒng)關鍵模塊的運行狀態(tài)，并基于相應應用對消息發(fā)送接收的結果進行數據的收集和呈現，考慮到數字電視平臺的獨特性，需結合實際情況進行設計。在發(fā)布的應急消息由消息發(fā)布平臺組織完成后，即可向消息分發(fā)管理平臺傳遞消息。需基于廣電總局頒布的應急廣播平臺接口規(guī)范要求確定平臺間的接口協(xié)議內容，應急廣播信息文件和消息文件在消息傳遞過程中首先生成屬于最核心內容，由此開展打包和數字簽名。管理分發(fā)平臺接收消息后，驗簽和解析由平臺負責，隨后向消息中間件集群發(fā)布消息，消息接收端可進行訂閱。服務器組成消息中間件平臺，該服務器需要安裝消息隊列中間件應用軟件，消息中間集群的構建是為了提高系統(tǒng)的總體穩(wěn)定性和消息發(fā)布處理的吞吐能力，橫向擴展基礎可同時夯實，而通過設置于不同區(qū)域內的消息中間件，消息發(fā)布的速度及性能可在不同消息發(fā)布區(qū)域進一步提升，消息在不同區(qū)域的協(xié)調也可實現。

中間管理平臺或各類消息的接收處理終端為消息的訂閱端，基于不同的應急消息發(fā)布渠道，存在一定區(qū)別的不同訂閱平臺類型，包括電視終端、戶外大屏、調頻廣播、大喇叭等，不同管理平臺及訂閱終端的特點不同，但消息訂閱可采用相對統(tǒng)一方式。以數字電視系統(tǒng)為例，為管理和監(jiān)視中間件集群及消息發(fā)布管理平臺的運行狀態(tài)，需針對性建設網管系統(tǒng)，監(jiān)控平臺需要實時監(jiān)控消息處理和分發(fā)平臺的應用運行情況及硬件狀態(tài)，同時做好問題的收集，并第一時間想系統(tǒng)管理維護人員傳遞問題信息。消息處理服務器的網絡運行情況、資源存儲和計算屬于監(jiān)控平臺管理的主要對象，監(jiān)控平臺上還需要實時展示消息隊列的長度、消息發(fā)送日志、成功接收消息的終端數量。采集后的應急消息數據需要重點關注原始數據的統(tǒng)計分析，并向大數據平臺傳遞信息，綜合的分析和展示由大數據平臺負責，圖1為應急廣播消息發(fā)布體系架構示意圖。

對于開機上線的終端，機頂盒終端會基于智能卡號或設備編號向認證系統(tǒng)發(fā)送并獲取認證信息，由此定位用戶地址信息，即可找到對應的區(qū)域、消息中間件平臺地址、端口和訂閱主題信息，由此應急廣播消息的訂閱可基于對應消息中間件平臺完成，頻道或主題為訂閱范圍的標識，訂閱范圍內的消息會由終端接收。終端接收應急消息后，需基于需求通過彈出式對話框、滾動字幕、圖標等方式實時呈現應急消息。

2. 數字電視應急廣播應用場景實踐

在具體應用消息中間件技術的過程中，必須保證系統(tǒng)結構的合理設計，同時平臺的實施需結合實際需求。以某地有線應急廣播試點項目為例，在建設和實施數字電視消息發(fā)布平臺的過程中，即可對應急廣播發(fā)布系統(tǒng)中消息中間件技術的應用優(yōu)勢和面臨的問題進行深入探討。基于應用需求，數字電視應急廣播體系需向當地600萬在冊數字電視用戶發(fā)送應急消息，涉及區(qū)縣共計38個，前期以地質災害預警信息和氣象信息及部分通知的發(fā)送為主要需求。消息發(fā)送單位建有完備的編輯平臺和信息收集平臺，系統(tǒng)實施需以消息處理及中間件集群平臺、消息發(fā)布管理平臺的建立為依據，具體以上文設計的體系架構為依據。消息發(fā)布管理平臺需要基于總局標準組織消息文件，同時還需要接收應急消息發(fā)布單位的請求，并負責管控視頻、音頻、圖標、跳轉頻道等資源信息。消息文件主要由信息的名稱、類型、語種、內容、緊急程度、發(fā)送區(qū)域、發(fā)布策略等組成，還需要同時包含應急廣播消息展示方式、處理流程資源鏈接、循環(huán)控制信息等內容。消息文件簽名采用SM2算法，向消息管理平臺的傳遞通過Web服務接口實現。接收需要發(fā)布的信息后，消息管理平臺需要解析處理部分內容，隨后向消息中間件發(fā)布，分析消息類型和消息發(fā)布的區(qū)域屬于其中關鍵，由此結合分析結果組成發(fā)布主題，即可根據區(qū)域將轉換格式后的消息向對應區(qū)域消息中間件服務器發(fā)送。具體的項目實施選擇RabbitMQ開源系統(tǒng)，其屬于較為成熟的消息中間件平臺，在API接口豐富性和平臺可擴展性方面表現優(yōu)秀。選擇MQTT協(xié)議作為消息協(xié)議，未來物聯(lián)網設備上MQTT的應用優(yōu)越性也需要得到重視。按區(qū)域分布部署中間件集群，以30萬左右的同時在線訂閱終端數量作為平均每個節(jié)點最大負擔。為更好服務于消息隊列處理，安裝MQTT客戶端組件于機頂盒終端內部，由此結合設計方案，上線的機頂盒即可基于智能卡ID換取消息中間件主機服務器地址信息和訂閱主題。通過認證平臺完成訂閱后，如接收相應消息，根據消息體的內容和資源路徑，終端可分類展示消息。結合實際測試可以發(fā)現，接收來自服務器平臺推送的內容后，單個消息中間件每秒可實現信息的分發(fā)數量為10000～18000條，10s左右可在多數情況下完成消息分發(fā)，如客戶端暫時未上線，消息會在相應的隊列中放置，接收與展示會在其上線后第一時間進行。

綜上所述，消息中間件技術在數字電視應急廣播中的運用具備較高實用性。在此基礎上，本文涉及的可行性分析、應急廣播體系架構設計、有線應急廣播試點項目實例等內容，則提供了可行性較高的消息中間件技術應用路徑。為更好打造數字電視應急廣播平臺，數字電視網絡全IP化發(fā)展影響、有線電視運營商的新型服務研發(fā)、基于平臺的公共文化服務探索同樣需要得到重視。

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