广播电视无线发射台站远程监控系统架构设计

2018-05-09

视听 2018年4期

（广西广播电视无线传播枢纽台）

1 引言

随着近年广播电视无线发射事业不断发展，每年都有大量的站点建成使用，需要监控设备数量和规模与日倍增。一些旧监控系统由于建设时期技术落后，往往会产生各种问题，如：集中控制系统过度依赖中控单元，一旦中控单元异常，站内设备无法自主进行管理；系统数据利用率较低，数据结构不合理；监控中心服务器使用的集群技术落后，业务切换时间过长、可靠性较低、利用率低下等等。这些旧监控系统难以满足业务高速发展下的监控需求。

此外，近几年国内掀起了一股云技术在各行业应用的热潮。云技术是信息产业技术的第三次技术革命，广电行业要想在这个新时期取得更大发展，必须紧跟技术发展的步伐，尽快实现新技术在广电业内的应用。将监控平台构建与云技术相结合，势在必行。

2 主要设计原则

为使系统能易于维护、长久发展，设计过程中应遵循以下原则：

2.1 先进性

尽可能使用先进、成熟可靠的技术进行搭建，避免使用落后且即将淘汰的技术。可建立监控系统私有云平台，充分利用硬件资源、将业务从垂直走向水平、快速满足业务增长的需求。具有监控数字调频、数字电视、应急广播乃至未来无线双向系统的能力。

2.2 可靠性

系统中须避免出现全局故障点，尽量降低系统中各软硬件之间的依赖性。站内设备高度自主管理，系统需具有更长的平均无故障时间和更短的平均修复时间。

2.3 智能性

系统应能更广泛地收集设备数据、维护知识，并能根据所收集的数据与知识，为技术维护人员提供解决问题的方法或相关思路，为领导做决策提供数据及报表。

2.4 安全性

系统应能有效防护网络攻击，人员操作权限分明，达到相应的信息安全等级保护要求。

2.5 扩展性

扩展性包括数量扩展和功能扩展。

数量扩展即在今后站点增加、设备数量增加时，系统仍能不断满足监控发展的需求。这要求系统设计之初，预留有足够的余量或升级空间。

功能扩展即今后新的监控功能需求提出后，新功能可以按模块的方式添加到现有系统中，而无需对整个软件系统进行重编译或对整个硬件系统进行调整。

3 技术架构

系统结构示意图如图1所示，以下将从站内监控架构、站外网络架构、监控总平台硬件架构和软件架构等几个方面进行探讨。

3.1 站内监控架构

站内监控系统采用分布式扁平化监测控制技术，进一步提高站内自动化水平。切实避免设备控制逻辑过分集中在中控或总控单元（如唯一一台工控计算机），应将控制逻辑充分下放至各子控制单元，如发射机1+1系统控制器、环境采集控制器、电力采集控制器等等。设计理念可参考工业控制中常见的集散控制系统（DCS），即以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则。子控制单元范围不可过大，如每套电视发射机主备机使用一个逻辑控制器，全台电视发射机系统使用一个上层逻辑控制器，有效缩小逻辑控制器发生故障时产生影响的范围。此外，各底层控制设备尽可能直接与被控单元相连，不经过网络交换设备，彻底消除网络设备异常造成控制瘫痪的隐患。

图1 系统结构示意图

站内配置一台计算机作为前置采集机，加工处理各设备状态、告警信息后再上报总监控平台，减小网络传输数据量，减轻总监控平台处理压力；同时该机还可作为站内运维平台供远程调测使用。总监控仅当该前置采集机异常时，才直接主动对站内设备状态进行查询与分析。

3.2 站外网络架构

目前主流监控系统均基于TCP/IP通信协议进行网络通信。站外通信的可靠性直接影响监控效果和监控安全。可靠性方面，可使用多种不同路径的网络确保传输畅通，如专线私网、自建数字微波网和公共网络（3G、4G、5G或家庭宽带等）；出站时通过路由器根据优先级高低选择一条可用链路发送数据报文。安全性方面，专线私网安全性最高，不易受外界因素干扰、稳定可靠，应作为监控数据通道首选通信方式；公共网络具有不确定性和面临着较高的网络风险，只宜作为备用通信手段，仅在专有网络不可达的地方使用，且在使用过程中建议采用VPN进行加密传输以保障数据安全。此外，站外网络还应注意配置好路由规则和访问控制，禁止站点间互访，保障网络安全。

3.3 监控总平台硬件架构

充分利用云技术是监控平台建设的重要指导思想。云技术是指在广域网或局域网内透过硬件的虚拟化将大量硬件抽象成为一个巨大的资源池，将硬件、软件、网络等系列资源统一起来，通过资源共享实现数据的计算、储存、处理的一种托管技术。监控总平台首要服务的对象是安全播出，考虑业务上的可靠性、安全性、可控性要求，建立私有云是目前最佳的选择。云监控平台建立后，技术人员和管理层等使用的资源不再只是在个人终端中，而是完完全全地存在于网络中，可随时随地进行监视、控制、调阅分析等等，极大程度提高了监控资源的利用率，降低运维工作的复杂度。此外，目前主流云平台都支持灾备，十分易于在后期建设异地灾备平台。

根据硬件功能，总平台硬件分为虚拟服务器资源池、物理服务器资源池、存储虚拟化资源池和网络资源池。服务器资源池划分为两大部分（虚拟、物理）是由于在此类大型监控平台中，并非所有的应用都适合进行虚拟化。如果某个应用程序在单台的服务器上能够充分利用服务器物理资源（如大规模视频处理、占用资源较高的数据库服务，若将此类应用迁移到虚拟机中，则其运行效率会大大降低），它们更适合部署在物理服务器上；而对于标准三层结构中的应用层、访问层则非常适合部署在虚拟化环境中。在存储方面，主要选用支持异构和双活特性的磁盘阵列构建存储虚拟化资源池。选择磁盘阵列则是由于在总平台中存储的主要是结构化数据，即设备状态、告警等适合在传统数据库以二维表方式存储的数据信息；对这类信息数据体，传统数据库与磁盘阵列相配合可发挥优良性能。站点信号源以及播出的音视频数据以分布式方式存储在各发射台内的音视频服务器中，降低总平台存储与网络传输的压力；仅在发生异态时回传相关时段的音视频至总平台进行存档。

3.4 软件架构

旧监控系统多采用C/S架构，其主要考量是C/S架构相较于B/S架构一般面向相对固定的用户群, 且具有对信息安全的控制能力强，延时小等特点。但近几年得益于服务器、交换机等硬件设备能力提升与软件技术发展，B/S架构监控平台日益普遍，其维护管理成本低、终端使用便利、且安全性也比C/S架构有所提高，因此B/S架构成为目前设计首选。

其次，软件设计方面还应考虑开发移动客户端。目前，智能手机在人群中的普及范围远远高于其他电子设备，人人手中均有一个。充分利用手机，监控云与移动客户端相配合，将打破现有运维管理方面许多困难，改变运维模式。维护人员可从移动客户端通过监控云实时了解站点设备状态，并可以收到自己所负责相关站点的告警自动推送，做到“人人监控、随处监控”，减小总平台人员监控压力，获得维护工作主动权。此外，在设备维护过程中，人员可以通过移动终端了解故障设备相关信息，得到云平台中专家系统自动给出建议，甚至进一步通过网络向值班专家寻求解决方案，最后将维护过程上传至云平台，作为专家系统知识获取的来源，为知识库添砖加瓦，长期积累能有效地提高全体技术人员的维护水平。