廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

韋德全

（西疇縣縣委宣傳部無線發(fā)射臺，云南 文山 663500）

0 引 言

隨著近年來我國廣播電視無線產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步，國內(nèi)每年有大體量站點(diǎn)建成并投入使用，所需的監(jiān)控設(shè)備數(shù)量和建設(shè)規(guī)模與日俱增，部分舊的建設(shè)系統(tǒng)由于建設(shè)運(yùn)行時技術(shù)較為落后，往往在與新廣播電視無線發(fā)射系統(tǒng)匹配使用時存在諸多問題，包含過度依賴中控單元而無法進(jìn)行自主化管理、系統(tǒng)實踐利用性較差、系統(tǒng)數(shù)據(jù)利用效率較低、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)置不合理、監(jiān)控中心服務(wù)器集群技術(shù)落后以及業(yè)務(wù)操作切換時間過長等諸多難題，嚴(yán)重影響了廣播電視無線發(fā)射臺監(jiān)控水平的快速提升[1]。另外，近年來隨著國內(nèi)云技術(shù)產(chǎn)業(yè)在各行各業(yè)的不斷發(fā)展，云技術(shù)作為前沿技術(shù)，在廣播電視無線發(fā)射過程中也有較為廣泛的應(yīng)用。因此，本文對廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計的探討和研究，具備重要的理論意義和現(xiàn)實價值。

1 廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原則

廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計過程，應(yīng)嚴(yán)格秉持先進(jìn)性、可靠性、智能化、可擴(kuò)展性以及安全性等諸多原則。

先進(jìn)性是指引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)工藝、設(shè)備和管理體系，采取先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)將內(nèi)網(wǎng)與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)連接，確保廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)使用效率的最大化提升。同時，可建立監(jiān)控系統(tǒng)的私有云管理平臺，利用硬件資源優(yōu)化、軟件架構(gòu)優(yōu)化等轉(zhuǎn)變整個廣播電視無線發(fā)射臺站監(jiān)控系統(tǒng)的管理機(jī)制，優(yōu)化傳統(tǒng)模式下垂直業(yè)務(wù)管理方式帶來的效率不高的弊端[2]，以水平集成化的業(yè)務(wù)管理機(jī)制滿足業(yè)務(wù)快速增長的需要。

可靠性是指在整個網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控體系的架構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)避免出現(xiàn)影響系統(tǒng)整體運(yùn)轉(zhuǎn)的事故點(diǎn)，盡可能地降低系統(tǒng)中不同軟件或硬件之間的相互依賴性，避免不同模塊之間連接性過于緊密而導(dǎo)致全局故障。

智能性是指整個系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)更廣泛地收集設(shè)備數(shù)據(jù)、維護(hù)知識甚至是相關(guān)管理思路等，為技術(shù)維護(hù)人員提供決策管理辦法。

安全性是指廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有效遠(yuǎn)離病毒攻擊或其他黑客攻擊，人員操作權(quán)限應(yīng)獨(dú)立、分明，達(dá)到信息安全等級保護(hù)需要?？蓴U(kuò)展性是指在未來的快速發(fā)展過程中，監(jiān)控系統(tǒng)具備獲得數(shù)量上的擴(kuò)展和功能上的擴(kuò)充潛力和發(fā)展空間。

2 廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

2.1 站內(nèi)監(jiān)控架構(gòu)

站內(nèi)監(jiān)控架構(gòu)主要應(yīng)用分布式的扁平化監(jiān)控管理技術(shù)，進(jìn)一步提高整個監(jiān)控站內(nèi)的自動化管理水平。設(shè)計的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。為最大限度地避免遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部不同設(shè)備之間邏輯結(jié)構(gòu)過分集中于某一中控單元或總控單元，從而出現(xiàn)工控計算機(jī)出現(xiàn)故障而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰等問題，應(yīng)將控制邏輯盡可能地下放至不同子控制單元。例如，將發(fā)射機(jī)的“1+1系統(tǒng)”或電力采集控制器系統(tǒng)等下放至不同模塊結(jié)構(gòu)中，保證相互之間依賴性的降低。同時，在設(shè)計時可采取工業(yè)控制中常見的集散控制系統(tǒng)為處理器，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)采取控制模塊，秉持功能分散和操作集中顯示等諸多原則，在總控單元功能達(dá)成的基礎(chǔ)上，避免子控制單元功能的無限擴(kuò)大[3]。此外，站內(nèi)監(jiān)控設(shè)計應(yīng)確保底層不同的控制設(shè)備之間盡可能地直接與被控制的小單元相互聯(lián)系，而不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系的交換設(shè)備，避免網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)備故障而造成整個監(jiān)控系統(tǒng)的故障。同時，在控制系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)配置某一計算機(jī)作為數(shù)據(jù)信息的前置采集設(shè)備，加工和處理整個監(jiān)控體系中不同設(shè)備的狀態(tài)甚至是預(yù)警信息等，最后整體上報至總監(jiān)控平臺，最大限度地降低網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量，從而減輕總控平臺的數(shù)據(jù)處理壓力，為站內(nèi)運(yùn)營維護(hù)提供遠(yuǎn)程測試使用的冗余設(shè)備。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2.2 站外網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

目前，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的站外網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要采取基于TCP和IP通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信模式，其可靠性將直接影響整個網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控體系的監(jiān)控效果和監(jiān)管安全。就可靠性來說，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的站外網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式可采取不同路徑的網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)制，例如，利用專線私網(wǎng)或者自制數(shù)字微波網(wǎng)或公共網(wǎng)絡(luò)等主動模式，利用路由器優(yōu)先級別的高低篩選可利用的路面鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)，確保參數(shù)安全；系統(tǒng)設(shè)置可采取專線私網(wǎng)的方式，避免該監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸受到外界環(huán)境的不良影響，確保監(jiān)控數(shù)據(jù)和信息傳遞的可靠性和穩(wěn)定性。此外，站外網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計還應(yīng)充分注意路由器使用規(guī)則和訪問機(jī)制的設(shè)置禁點(diǎn)，確保廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系的安全。站外網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示[4]。

圖2 站外網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意

2.3 總平臺硬件架構(gòu)

總平臺硬件架構(gòu)以云平臺為底層架構(gòu)支撐進(jìn)行頂層設(shè)計，該技術(shù)通過廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)上硬件設(shè)施參數(shù)的虛擬化設(shè)置，將大體量的硬件設(shè)施抽象軟化為能被計算機(jī)系統(tǒng)快速識別的參數(shù)資源，從而將硬件、軟件或是其他網(wǎng)絡(luò)資源等統(tǒng)一結(jié)合，實現(xiàn)資源之間的高度共享和數(shù)據(jù)之間的大容量存儲與處理等的托管功能。該技術(shù)在總控平臺上的服務(wù)對象是監(jiān)控數(shù)據(jù)信息，因此，首先應(yīng)確保監(jiān)控數(shù)據(jù)的安全傳輸、數(shù)據(jù)傳遞穩(wěn)定性和可靠性。因此，建立私有云體系，是確保遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控功能和管理目標(biāo)實現(xiàn)的不二選擇。建立私有云監(jiān)控平臺后，技術(shù)管理人員可通過融合，將整個監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部將使用到的資源存儲于網(wǎng)絡(luò)體系中，避免某一計算機(jī)受到外網(wǎng)攻擊時產(chǎn)生信息泄露，甚至可利用私有云監(jiān)控平臺，隨時隨地接收中心數(shù)據(jù)平臺的調(diào)查和控制等，由此提升網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管體系的利用效率，且有效降低監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)難度[5]。

2.4 軟件架構(gòu)

廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設(shè)計，傳統(tǒng)模式下絕大部分采取客戶端/服務(wù)器（Client/Server，C/S）架構(gòu)設(shè)計模式，主要利用該架構(gòu)設(shè)計更加固定的用戶群設(shè)置功能，增強(qiáng)整個監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)使用安全的控制能力，減少數(shù)據(jù)傳輸過程中的延時。但隨著近年來服務(wù)器、交換機(jī)等硬件設(shè)備通信能力的提升和軟件技術(shù)研發(fā)水平的快速增強(qiáng)，瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）架構(gòu)體系在網(wǎng)絡(luò)平臺中的使用范圍逐步增大，其具有運(yùn)營維護(hù)管理成本較低，且終端使用便捷性和安全性較高等諸多優(yōu)勢，使其在與C/S架構(gòu)體系的競爭中獲勝。因此，瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）架構(gòu)體系成為當(dāng)前廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的首選。

在軟件設(shè)計方面，應(yīng)考慮移動客戶端內(nèi)置數(shù)量、設(shè)置位置和具體的連接方式。由于現(xiàn)階段智能手機(jī)的普及應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他電子設(shè)施，因此應(yīng)充分利用智能手機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和移動設(shè)備，形成相互聯(lián)合的物聯(lián)網(wǎng)體系，打破現(xiàn)有廣播電視無線發(fā)射臺站監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)維管理模式，改變現(xiàn)階段的管理理念。技術(shù)人員可通過智能手機(jī)移動終端對監(jiān)管畫面中的數(shù)據(jù)進(jìn)行抓取，了解站點(diǎn)內(nèi)置設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)和其他數(shù)據(jù)，并將收集到的數(shù)據(jù)與平臺內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，數(shù)據(jù)差異過大時自動發(fā)出預(yù)警推送信息，做到整個監(jiān)管范圍內(nèi)“人人監(jiān)管、隨處監(jiān)管、糾偏對比”，降低總控平臺管理人員的監(jiān)控壓力，獲得監(jiān)管工作的主動權(quán)。此外，在系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)過程中，監(jiān)控人員還可進(jìn)一步通過智能終端了解監(jiān)控體系中的故障信息，通過私有云平臺的專家系統(tǒng)給出的設(shè)備解決對策或解決方案，解決并維護(hù)故障設(shè)備，且將故障設(shè)備的維護(hù)檢修記錄上傳至私有云平臺，作為專家數(shù)據(jù)庫良性循環(huán)和反饋的數(shù)據(jù)來源，為積累后期經(jīng)驗添磚加瓦，從而提高廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所有技術(shù)人員的維護(hù)管理水平。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能實現(xiàn)

3.1 運(yùn)行綜合管理平臺

廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的綜合管理平臺運(yùn)行，主要是對站點(diǎn)內(nèi)部不同的監(jiān)控模塊和整個監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行處理過程的統(tǒng)一管理和監(jiān)控。不同模塊之間通過網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備連接到同一局域網(wǎng)中，核心業(yè)務(wù)的自動化管理模塊能夠通過不同模塊之間發(fā)生機(jī)制的自動控制，實現(xiàn)相關(guān)點(diǎn)之間的聯(lián)合行動，從而為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系中相關(guān)管理功能的實現(xiàn)提供技術(shù)支撐。

3.2 核心業(yè)務(wù)自動化

核心業(yè)務(wù)的自動化管理模塊主要包含信源的切換管理、系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的自動化監(jiān)控體系、信號的自動監(jiān)測和管理的自動化控制等諸多部分。通過對信號監(jiān)測系統(tǒng)的分析可知，信號監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)監(jiān)測前端主要采用嵌入式的混合結(jié)構(gòu)模式，利用多通道、多任務(wù)甚至是多功能的刀片結(jié)構(gòu)設(shè)置為其基礎(chǔ)，任意一刀片結(jié)構(gòu)設(shè)置均采取嵌入式微處理器核心架構(gòu)設(shè)計，通過對整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系覆蓋范圍內(nèi)的射頻技術(shù)、模擬信號甚至是數(shù)字信號的綜合處理，實現(xiàn)對廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系中所有數(shù)據(jù)的管理。

4 實際應(yīng)用

以筆者所在單位為例，介紹監(jiān)控系統(tǒng)的實際應(yīng)用，部分監(jiān)控設(shè)備如圖3所示。監(jiān)控系統(tǒng)包括 50 kVA的柴油發(fā)電機(jī)、雙電源切換器、UPS自動電源配電柜，兩臺數(shù)字化300 W無線發(fā)射機(jī)和6臺多路電視衛(wèi)星接收器，分別接收中星6A和中星6B衛(wèi)星信號，并且接入編轉(zhuǎn)碼器、復(fù)用器、碼流切換器、碼流分配器等設(shè)備，再通過四臺300 W主備用發(fā)射機(jī)發(fā)送到50 m高的鐵塔上供縣城用戶接收24套數(shù)字電視節(jié)目，6套調(diào)頻廣播節(jié)目由8臺調(diào)頻發(fā)射機(jī)、14臺數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)擔(dān)任發(fā)射工作任務(wù)，總共有8路調(diào)頻信號從臺站發(fā)出。

圖3 部分監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備

5 結(jié) 語

廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)置過程中應(yīng)秉持可靠性、數(shù)字化管理以及智能化控制等諸多基本原則，確保系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性與合理性，同時應(yīng)加強(qiáng)對廣播電視無線發(fā)射臺站站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)、站外網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、硬件架構(gòu)以及軟件架構(gòu)等的設(shè)計與優(yōu)化，不斷增強(qiáng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的管理功能和業(yè)務(wù)自動化處理功能，為廣播電視無線發(fā)射臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控管理水平的快速提升打下更扎實的技術(shù)基礎(chǔ)。