淺析有線(xiàn)數字電視前端備份系統架構 ——淺析有線(xiàn)數字電視前端備份系統架構

　　引言

　　“三網(wǎng)融合”是發(fā)展的趨勢，它的推進(jìn)將給國內電信和廣電兩大相關(guān)行業(yè)帶來(lái)巨大變革，徹底打破了各自壟斷的局面。對廣電運營(yíng)商而言，除了豐富節目?jì)热莺瓦M(jìn)行新業(yè)務(wù)運營(yíng)以迎接挑戰之外，穩固傳統有線(xiàn)電視業(yè)務(wù)，建立一套完善的數字有線(xiàn)前端系統，提高播出安全性，以保證服務(wù)水平和質(zhì)量也是非常必要的。

　　在數字電視有線(xiàn)前端系統中，包括編碼器、衛星接收機、復用加擾器、調制器、混合器等設備，每個(gè)設備都是一個(gè)獨立的環(huán)節，其中任何一個(gè)環(huán)節出現故障，都會(huì )導致系統出現不同程度的播出事故。為了避免出現播出事故、縮短事故的處理時(shí)間、最大降低事故的影響，針對系統關(guān)鍵環(huán)節應采取必要的備份。在系統建設之初，務(wù)必結合自身情況，充分考慮系統結構的安全性、穩定性和實(shí)用性。

　　數字有線(xiàn)前端系統備份思路

　　要想建設一套性?xún)r(jià)比合理的數字有線(xiàn)前端備份系統，首先必須分析系統的薄弱環(huán)節、重點(diǎn)環(huán)節，有針對性的設計備份系統。優(yōu)先考慮備份的一般法則為：①對業(yè)務(wù)影響較大的通道優(yōu)先考慮備份(如中央臺節目、增值服務(wù)業(yè)務(wù)通道);②設備故障恢復時(shí)間較長(cháng)的節點(diǎn)優(yōu)先考慮備份;③穩定性較差的設備優(yōu)先考慮備份。

　　備份系統一般用于故障排除和系統檢修，系統檢修是有計劃的正常工作內容，不會(huì )涉及到播出事故。而當系統出現故障時(shí)，備份系統就顯得至關(guān)重要。衡量備份系統的優(yōu)劣，一般考慮兩點(diǎn)：①備份系統響應時(shí)間：指系統出現故障、檢測分析故障、啟用備份系統至故障恢復全過(guò)程所需時(shí)間;②備份系統性?xún)r(jià)比：備份系統占整個(gè)系統的資金投入比例、備份系統的使用率。

　　系統備份方式

　　系統備份有冷備份(人工備份)、熱備份之分，所謂冷備份是指人工手動(dòng)用好的設備替換故障設備，需要完成設備上架、接線(xiàn)、配置等一系列操作，使系統恢復正常。這種備份方式所需時(shí)間較長(cháng)，一般不被用戶(hù)所采用;所謂熱備份是指利用網(wǎng)管自動(dòng)啟用在線(xiàn)的備份設備，替換故障設備，使系統恢復正常，一般采用矩陣或應急切換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現，這種備份方式投資較大。

　　熱備份又分為1+1備份和N+P(1≤P

　　下面詳細介紹幾種常見(jiàn)的數字有線(xiàn)前端系統熱備份架構

　　N+P （1 ≤P ＜N ）熱備份方案

　　圖1數字有線(xiàn)前端N+P備份框圖

　　該方案通過(guò)系統網(wǎng)管對復用加擾器、調制器進(jìn)行自動(dòng)參數配置，同時(shí)對ASI矩陣進(jìn)行控制，從而實(shí)現衛星接收機、復用加擾器、調制器等設備的N+P熱備份。

　　工作原理：

　　網(wǎng)管系統配合數字有線(xiàn)前端監控系統，對系統中的關(guān)鍵設備(復用加擾器、調制器)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，當發(fā)現主設備故障，網(wǎng)管系統自動(dòng)調用故障設備的配置文件，并下載到備用設備，同時(shí)通過(guò)對ASI矩陣的切換控制排除故障。整個(gè)過(guò)程全部通過(guò)系統網(wǎng)管自動(dòng)配置、自動(dòng)切換實(shí)現。

　　由于復用器重新配置，大約需要10s的啟動(dòng)時(shí)間，在機頂盒輸出時(shí)仍然會(huì )出現幾秒鐘的黑屏，這種，因此這種方案仍然不夠完善。

　　方案優(yōu)點(diǎn)：

　　實(shí)現關(guān)鍵設備熱備份

　　主備倒換可由系統網(wǎng)管自動(dòng)完成，無(wú)需人工操作

　　備份設備共用，系統建設成本較低

　　方案缺點(diǎn)：

　　網(wǎng)管及監測系統要求較高

　　主備倒換時(shí)，機頂盒輸出會(huì )出現幾秒鐘的黑屏

　　凡事有利，必有弊，在降低系統建設成本的同時(shí)，必然要承擔一些風(fēng)險，這個(gè)問(wèn)題目前沒(méi)有更好的解決方法。

　　ASI矩陣為單一崩潰點(diǎn)

　　數字有線(xiàn)前端ASI矩陣規模一般都在64×64以上，雖說(shuō)矩陣前后常配跳線(xiàn)盤(pán)，用來(lái)跳開(kāi)矩陣的故障通道，然而當矩陣供電或控制異常導致矩陣整體癱瘓時(shí)，通過(guò)跳線(xiàn)將矩陣的所有通道跳開(kāi)至少需要半個(gè)小時(shí)，而且一般用戶(hù)并不會(huì )配有如此之多的跳線(xiàn)。

　　在此之前，這個(gè)問(wèn)題是資金不足的用戶(hù)不得不去忍受的，如今這個(gè)問(wèn)題在無(wú)需增加太多資金的前提下，有了更好的解決方案。數字有線(xiàn)前端系統對ASI矩陣的需求一般為方形(即矩陣有N路輸入，就有N路輸出)，2009年底大連捷成發(fā)布一款全球獨一無(wú)二的，支持BY-PASS旁通功能的ASI切換矩陣(X-PLUS系列多格式矩陣)，支持ASI碼流信號和DS3碼流信號。該矩陣有兩種工作模式——電子切換模式、BY-PASS旁通模式。當矩陣一切正常，其工作在電子切換模式下，與國內外主流的ASI矩陣工作模式并無(wú)差異;當矩陣某個(gè)通道故障，則可通過(guò)遙控面板或網(wǎng)管軟件將此通道切換為BY-PASS旁通模式，使得信號可以跳過(guò)矩陣內部的切換單元，保證信號不間斷，不在需要值班人員跑到設備間，手動(dòng)插入跳線(xiàn)解決問(wèn)題;當矩陣整體癱瘓時(shí)，亦可通過(guò)遙控面板或網(wǎng)管軟件一鍵式觸發(fā)，或給予矩陣斷電處理，即可實(shí)現所有通道自動(dòng)BY-PASS旁通，當確認矩陣故障排除，則可通過(guò)遙控面板或網(wǎng)管軟件設置為電子切換模式。三種工作方式的組合，使得N+P備份的數字有線(xiàn)前端系統再無(wú)單一崩潰點(diǎn)。

　　圖2 X-PLUS 矩陣BY-PASS原理框圖

　　圖3數字有線(xiàn)前端N+P備份框圖(無(wú)需跳線(xiàn)盤(pán))

　　通道路由1+1 熱備份方案

　　圖4數字有線(xiàn)前端1+1備份框圖(通道路由備份)

　　該方案針對通道路由進(jìn)行整體1+1備份，當通道路由中的任何一個(gè)設備或節點(diǎn)出現故障時(shí)，便需要通道末級的RF應急切換器將主通道切換至備份通道。

　　工作原理：

　　網(wǎng)管系統配合數字有線(xiàn)前端監控系統，對系統中通道路由進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，當發(fā)現主通道異常，網(wǎng)管系統自動(dòng)切換通道末級的RF應急切換器，調用備份通道輸出。整個(gè)過(guò)程全部通過(guò)系統網(wǎng)管自動(dòng)配置、自動(dòng)切換實(shí)現，由于主備通道的參數和配置完全一致，啟用備份通道(響應時(shí)間)時(shí)間較短。

　　方案優(yōu)點(diǎn)：

　　實(shí)現通道路由主備熱備份

　　主備通道切換響應時(shí)間短

　　主備倒換可由系統網(wǎng)管自動(dòng)完成，無(wú)需人工操作

　　如需人工干預，一鍵操作即可完成主備通道切換

　　系統架構簡(jiǎn)潔

　　方案缺點(diǎn)：

　　備份系統建設成本較高

　　主備通道設備或環(huán)節交叉出現故障，會(huì )導致系統崩潰

　　通道設備1+1 熱備份方案

　　圖5數字有線(xiàn)前端1+1備份框圖(通道設備備份)

　　該方案在b方案的基礎上，增加了TS流應急切換器，實(shí)現通道設備的1+1備份方案。

　　工作原理：

　　網(wǎng)管及監測系統針對關(guān)鍵主備設備輸出的TS流進(jìn)行監測，當發(fā)現某主設備輸出的TS流異常，網(wǎng)管會(huì )自動(dòng)控制相應的TS流應急切換器倒換至備路，啟用備份設備工作，當主設備恢復正常，可根據網(wǎng)管設置，選擇是否將應急切換器倒換至主路，啟用主設備工作。

　　TS流應急切換器分為兩種：一種是以TS流有無(wú)作為判斷依據(不支持TR101-290監測,如大連捷成自主開(kāi)發(fā)的IM-DVS-5103模塊);另外一種針對TS流進(jìn)行監測(如大連捷成自主開(kāi)發(fā)的IM-TDS-5103模塊)。TS流的監測應符合TR101-290監測標準，該標準分為三級錯誤檢測：第一級監測(第一級錯誤包括：同步丟失錯誤、同步字節錯誤、PAT錯誤、連續計數錯誤、PMT錯誤及PID錯誤)集中了所有基本的參數，這些參數保證TS流能夠被解碼;第二級(第二級錯誤包括：傳輸錯誤、CRC錯誤、PCR間隔錯誤、PCR抖動(dòng)錯誤、PTS錯誤及CAT錯誤)集中了一些附加參數，這些參數推薦用來(lái)進(jìn)行連續性監測;第三級(第三級錯誤包括：NIT錯誤、SI重復率錯誤、緩沖器錯誤、非指定PID錯誤、SDT錯誤、EIT錯誤、RST錯誤、TDT錯誤、空緩沖器錯誤及數據延遲錯誤)是依賴(lài)于應用的幾個(gè)參數。其中第一級錯誤會(huì )導致下游設備無(wú)法對TS流進(jìn)行正常解碼，該錯誤屬于致命錯誤，會(huì )影響播出機構的安全播出，而第二三級錯誤是不會(huì )影響到下游設備的正常解碼，不會(huì )導致播出事故。

　　如系統中沒(méi)有TS流監測設備，則需要采用支持三級監測的TS流自動(dòng)應急切換器。如果采用普通的TS流應急切換器(不支持TR101-290監測)，當TS流中的某個(gè)節目參數異常，切換器因為無(wú)法檢測而將該TS流作為正常信號輸出，到終端機頂盒輸出時(shí)，就會(huì )出現節目異常，影響播出質(zhì)量。

　　下面以簡(jiǎn)單介紹一下IM-TDS-5103特點(diǎn)：

　　切換規模為3×1和4×1可選，支持手動(dòng)、自動(dòng)應急切換，還可以通過(guò)控制計算機對其進(jìn)行控制。當主路TS流出現錯誤后，模塊會(huì )自動(dòng)切換到備路信號源，當主路信號恢復后，可以自動(dòng)返回主路信號，也可以保持備路信號輸出不變。是否返回到主路取決于模塊的設置。

　　支持兩種切換模式：整流切換、單節目切換。當主、備、輔路的TS流完全相同時(shí)，可采用整流切換，這是一種常規的切換模式，實(shí)現起來(lái)較為容易;當主、備、輔路的TS流不相同時(shí)，我們采用把備路信號解復用，再復用到主路TS流進(jìn)行單節目的SPTS切換，我們稱(chēng)之為單節目切換，這是一種創(chuàng )新的切換模式，具有較高的技術(shù)難度。

　　支持當前路斷電直通傳統的應急切換器都是支持主路斷電直通，即設備斷電后，不管主路信號是否正常，輸出的只能是主路信號，這樣難免會(huì )出現將故障信號輸出給下級設備的情況，影響節目正常播出。而TDS-5103模塊對斷電直通進(jìn)行重新定義，將其斷電之前，最后輸出的信號作為斷電之后的直通輸出，確保將正常信號進(jìn)行輸出，提高系統的安全性。

　　依靠FPGA實(shí)現對TS流實(shí)時(shí)監測，具有較高的穩定性;其監測時(shí)間可以精確到毫秒級，用最短的時(shí)間發(fā)現并解決系統故障，將系統故障造成的影響降到最低。

　　內置彩條信號發(fā)生，當切換到最后一路輸入無(wú)信號時(shí)自動(dòng)輸出彩條。

　　模塊與平臺的以太網(wǎng)控制卡進(jìn)行通訊，可以實(shí)現詳細的操作及故障日志記錄和查詢(xún)?？赏ㄟ^(guò)控制計算機對模塊進(jìn)行監控。

　　圖6 TDS-5103原理框圖

　　方案優(yōu)點(diǎn)：

　　實(shí)現關(guān)鍵設備主備熱備份

　　主備設備切換響應時(shí)間短

　　主備倒換可由系統網(wǎng)管自動(dòng)完成，無(wú)需人工操作

　　如需人工干預，一鍵操作即可完成主備設備切換

　　系統架構簡(jiǎn)潔

　　方案缺點(diǎn)：

　　所有信源設備都需要1+1備份，系統建設成本較高

　　N+P 與1+1 備份完美結合

　　綜合上述a、c方案，將信源設備通過(guò)矩陣實(shí)現N+P備份，矩陣采用大連捷成X-PLUS系列ASI矩陣，其BY-PASS功能可避免矩陣成為系統的單一崩潰點(diǎn)。由于采用N+P備份方式，可以降低信源設備的資金投入，達到節約成本的目的。針對復用加擾器及QAM調制器采用1+1備份方式，確保當系統關(guān)鍵設備出現故障，可以快速啟用備份設備，提高系統響應時(shí)間，為了加強重要通道的TS流監測，這里采用TDS-5103實(shí)現TS流的三級監測，一旦發(fā)現TS流異常，通過(guò)切換器將前級主設備倒換至備份設備，排除故障。

　　圖7數字有線(xiàn)前端雙備份框圖(1+1與N+P備份結合)

　　小結

　　由于各地有線(xiàn)電視運營(yíng)商的設備狀況、財務(wù)能力、人員素質(zhì)不盡相同，各運營(yíng)商應根據實(shí)際應用、自身資源情況，采取合理的備份方式確保系統的安全穩定，為用戶(hù)提供高質(zhì)量的服務(wù)，在三網(wǎng)融合的大背景下不斷鞏固自身的市場(chǎng)地位，為日后擴大業(yè)務(wù)范圍打下堅實(shí)的基礎。