安徽卫星地球站基于IP的监测系统设计与应用

2015-10-20顾姚昊

电视技术 2015年14期

顾姚昊

（安徽卫星地球站，安徽合肥 230022）

1 项目背景

安徽卫星地球站于2013年完成安徽高清卫视本地上星系统建设并投入使用。自此，安徽卫星地球站在承担现有标清上星播出任务的同时又增加了高清上星播出任务，安全播出任务更重，压力也更大。一直以来，安徽卫星地球站监测系统采用的是传统方式监测，即每个环节监测点视频通过多画面分割器上电视墙监看，音频通过矩阵选择监听，同时通过硬盘录像机对各监测点实时录制存储。但是，该方式由于设备多，监测功能单一，无智能告警等缺陷，不能很好地帮助值班人员迅速发现问题判断故障，特别是高标清频道同播本地上星后，现有的监测系统已不能满足安全播出的需要，因此，安徽卫星地球站根据实际需求，结合新技术新趋势，设计了基于IP的监测系统并实施应用。

2 系统介绍

2.1 设计原则

1）标准化

监测平台技术系统应的设计符合中华人民共和国国标及广电总局制定的相关行业标准，符合相关国际标准。

2）可扩展

监测平台技术系统应具有极强的可扩展性，应能实现应用功能和监测站点的随时扩充，保证将来各种新业务的开展。

3）可升级

监测平台技术系统应能够实现可预见的平滑升级，确保在系统不做大的变更前提下，平滑升级到更高的层次。

4）开放性

监测平台技术系统应采用开放式设计，保证各大厂商设备、系统的良好集成性能，确保与省级有关平台的无缝对接。

5）安全可靠

监测平台技术系统每年可靠运行时间达到99.99%以上，保证系统运营安全。

6）可管理

监测平台技术系统应具备健全的网管功能，可对网络、设备、进行实时全面的监测和控制。

7）先进性

监测平台技术系统应采用符合国际国内标准的、成熟的技术，系统中任何一台设备死机都不能影响到系统的正常操作和使用，做到真正的保护投资和使用单位资源。

8）实用性

监测平台技术系统的技术设计、设备选型应符合当地实际情况，充分考虑行业监管工作的需要和发展。

9）可维护性

监测平台技术系统软、硬件应具有良好的可维护性，对系统中主要设备提供性能监测、记录、告警、维护等手段。

2.2 系统特点

1）监测设备采用无中心的真正的嵌入式设计，每路板卡均带有嵌入式CPU，可独立工作。设备中的任何一路监测卡都不影响其他路板卡的工作。

2）监测设备采用热插拔设计，可随时在线更换。

3）系统和嵌入式监测设备均基于LINUX系统构架，可靠性高，天然的防病毒机制，对系统的安全性有了极大的提高。客户端的操作可以使用Windows系统，保证用户使用的快捷和方便。

4）系统全面支持DVB-C/DVB-S/DVB-S2/ABS-S/CTTB/CMMB/DTMB等各种数字电视传输形态，为将来的扩容和平台支持提供完全的保障。

5）系统架构采用CS和BS的融合软件架构，采用CS进行报警控制、多画面展现，采用BS系统进行监测展现和配置。

2.3 系统介绍

系统拓扑图如图1所示，发射天线将信号发送到前端，由天线接收并调制后传输到监测网，经过卫星接收板卡、调频接收板卡和开路模拟电视采集监测板卡分析后，将数据传输到网络上，前端服务器采集并分析这些数据，实现录制和报警分析等应用层功能。监测前端设备信息通过网络传送到中心端，再由中心端进行数据采集与分析，同时能够监看前端设备的运行状态及信号内容，对前端设备进行远程设置等操作，完成对调制信号信道层指标的实时监测和报警，包括误码率、信道功率、载噪比等，完成传输流TS层各指标的实时监测，完成视音频各指标的监测和报警等。

图1 系统拓扑图

2.4 系统设备组成

2.4.1 TS流监测模块

TS流监测模块是对数字电视传输码流（TS）进行实时监测的嵌入式网络模块。该模块提供码流结构分析、PSI/SI表格分析、码率分析、PCR分析、TR101290三层报警、线路监测（LNB）等多种功能。用户可以通过网络方便得获取分析报警结果并进行相关配置[1]。该模块支持TS over IP功能。该模块适用于码流信号监看、记录、传输等应用场合。

2.4.2 RF监测模块

RF监测模块是对数字电视DVB-S2信号进行实时监测的嵌入式网络模块。该模块提供DVB-S2高频分析、码流结构分析、PSI/SI表格分析、码率分析、PCR分析、DVB-S2高频报警、TR101290三层报警、入侵报警等多种功能。用户可以通过网络方便地获取分析报警结果并进行相关配置[2]。

2.4.3 解扰模块

解扰模块提供数字电视解扰功能的模块。该模块使用符合ISO 7816的Smart Card，可以将加扰的TS流中选择若干套节目进行解扰，同时不会丢失任何监测需要的数据。可以配合数字电视监测模块用于对加扰数字电视信号中的多套图像进行同时监看。

2.4.4 信号监测模块

信号监测模块是具有强大网络和分析功能的模块。不仅可以对输入信号进行模数和数模转换，同时还可以对输入信号进行实时监测。该模块拥有强大的音频参数分析、音频报警、实时编解码和网络广播的功能，支持全双工的工作模式。适用于各种音频监测、音频传输、音频记录和网上广播等应用场合。安徽卫星地球站仅使用其网络播放功能。

2.4.5 SDI信号监测模块

SDI信号监测模块是针对SDI信号进行实时监测的嵌入式网络模块。该模块提供SDI信号分析、图像层报警、音频层报警等多种功能。用户可以通过网络方便得获取分析报警结果并进行相关配置。

2.4.6 嵌入式工业机箱

采用高集成度、高自动化的监测硬件平台，可支持4槽位，最大支持32路信号数据采集及分析，监测设备采用无中心的真正的嵌入式设计，每路板卡均带有嵌入式CPU，可独立工作。对各种格式信号进行实时监测，实时传送监测结果到数据库服务器并在Web Server上显示。

机箱采用支持热插拔的1+1冗余交直流供电，有效提高设备的供电可靠性和热稳定性。

2.4.7 视频多画面服务器

多画面服务器是一台集多画面显示及节目内容监测功能于一体的高性能服务器。服务器采用Linux系统平台，性能安全稳定；提供多种显示模板，为不同应用需求设计最佳显示效果；支持各种图像监测和音频监测功能，且监测参数可调，以达到无漏报和误报现象；采用网络通信与控制的方式，操作方便。

如图2所示，整个的系统架构简单、清晰，原理过程为信号数据采集→TS over IP→网络传输→应用层软件→软件展示。由全信号接入嵌入式模块化采集设备，实现TS over IP[3]，将IP数据传输到网络，供Web服务器、数据库服务器和IP码流多画面服务器使用，所有的设备以网络为中心，IP数据包为基础，最终服务于应用层软件并展示。

图2 多画面显示系统示意图

2.4.8 安播报警录制服务器

采用B/S结构进行开发设计，服务器端采用JAVA技术，客户端采用浏览器，不需要安装任何插件。用户可以采用常用IE的浏览器进行访问，系统具有安全型，可操作性，友好性。对所有监测的节目IP码流信号做故障触发收录，当触发时，自动开始自定义好的收录任务（可收录故障前后及中间时间段的码流，方便事后查看），存储约1周。可获取监测模块的实时报警信息，如码流高频层、码流三层等报警和码流层分析；可获取多画面模块内容层报警；可同时控制多画面模块，如多画面布局、多画面门限、多画面报警门限等；可获取查看报警触发录制内容，同时可对录制模块就行配置。可查询历史故障记录，支持多条件组合查询，可以根据故障记录查看、回传故障录像，查看实时视频，故障处理。

2.5 系统关键技术

2.5.1 基于硬件的报警过滤机制

1）针对信号的传承法则报警过滤机制；

2）与设备网管相结合的信号优先法则报警过滤机制；

3）根据信号的报警等级，触发相应的应急动作；

4）针对TS流的，系统自适应报警过滤机制。

2.5.2 网络安全方面

使总控的核心功能完全依赖于硬件，而不是基于PC。将所有对外服务器全部改为Linux系统。所有对外网的服务全部基于Linux下的Web2.0，并且不开放任何文件上载途径。客户端对系统的访问只能通过浏览器，因为浏览器的权限限制，使客户端对系统的访问完全由服务端决定。系统中绝对不存在共享目录方式的文件传输。降低Linux系统中和Web相关目录的权限，该目录所有文件除非管理员手动打开，否则不能执行。

通过上述措施，来自于网络的问题基本就剩下了网络阻塞型的攻击，这一类袭击，只能影响外网用户的Web访问，对于内网完全无效，同时建立合理的防火墙也可以大大降低该类攻击的可能性。

2.5.3 数据分析

数据按照参数配置的内容对数据按照下述不同的方式进行分析。其中报警数据主要用于报警的统计和报警的事后追溯，包括每周、每月、每年的定时统计。通过监控系统的定时统计可以发现一些规律。通过抄表数据的分析，往往可以在系统异常之前发现一些征兆。

2.5.4 正常码流的报警过滤机制

因为针对一个正在播出的码流，几乎没有一个是完全标准的，所以在正常的码流中也存在多种多样的“小问题”，因此完全按照TR101290进行报警，将让整套报警机制丧失使用价值。通过设置1个2~24 h（用户设置）的适应期，在该时段内所有的报警都不予报警和处理，只进行报警数据的收集。