智能化N+1備份通用型數(shù)字化電視發(fā)射系統(tǒng)的研究

韋志勇

摘 要：采用智能備份系統(tǒng)保證數(shù)字化電視發(fā)射系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，有利于數(shù)字電視地面廣播的發(fā)展。從N+1備份系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)模式入手，簡要敘述了地面數(shù)字電視發(fā)射機智能N+1備份系統(tǒng)，以流程圖的形式闡述了該備份系統(tǒng)的軟件設(shè)計和實現(xiàn)方法，以期為相關(guān)工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電視發(fā)射機；智能N+1備份系統(tǒng)；工作原理；軟件設(shè)計

中圖分類號：TN934.2 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.017

隨著我國經(jīng)濟的飛速增長，信息化建設(shè)的步伐也在不斷加快。在我國國家數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)實行的推動下，數(shù)字電視地面廣播進入了全新的發(fā)展階段，多路數(shù)字發(fā)射機的使用量也在逐步增加。因為數(shù)字電視用戶的數(shù)量在增加，穩(wěn)定運行的數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)就顯得十分重要，發(fā)射系統(tǒng)不停播和輸出信號穩(wěn)定是工作人員現(xiàn)階段的主要目標(biāo)。

1 N+1備份系統(tǒng)概述

1.1 N+1系統(tǒng)工作原理

N+1地面數(shù)字電視發(fā)射機智能備份系統(tǒng)包括調(diào)制器、碼流切換器、發(fā)射機、激勵單元、監(jiān)控單元、N+1切換器、負載、同軸開關(guān)控制器和交換機。其中，N+1切換器是系統(tǒng)的控制中心，負責(zé)監(jiān)測發(fā)射機狀態(tài)、切換發(fā)射機、切換調(diào)制器、切換碼流切換器、與PC管理端通信。

N+1切換器對每一路發(fā)射機都設(shè)有相關(guān)參數(shù)的監(jiān)控門限值，并且實時監(jiān)測每一路發(fā)射機的參數(shù)。當(dāng)發(fā)射機輸出功率低于或者高于N+1設(shè)置的門限值時，N+1內(nèi)部則要啟動1個時間可配置的穩(wěn)定延時判斷，防止偶然因素導(dǎo)致的誤判斷，功率過高或過低的持續(xù)時間超過設(shè)定值后，N+1切換器就會自動關(guān)閉相應(yīng)的發(fā)射機電源，然后將相應(yīng)碼流通過碼流切換器切換到備份調(diào)制器上，同時載入故障通道調(diào)制器的配置信息。N+1系統(tǒng)收到備用調(diào)制器切換完成、確認(rèn)指令后，開始切換發(fā)射機的射頻輸出端口的同軸開關(guān)，將故障發(fā)射機輸出端口切換到負載，將備用發(fā)射機切換到天饋系統(tǒng)。最后，N+1切換器打開備用發(fā)射機電源，啟動備份發(fā)射機工作。

1.2 系統(tǒng)模式說明

N+1地面數(shù)字電視發(fā)射機智能備份系統(tǒng)有兩種工作模式，即自動模式和手動模式。在自動模式下，智能備份系統(tǒng)的所有操作都是由系統(tǒng)自主完成的，無需人工干預(yù)；在手動模式下，智能備份系統(tǒng)的操作需要直接在切換器按鍵面板上操作或者通過遠程網(wǎng)管操作。手動模式與自動模式是互斥的，當(dāng)啟動自動模式時，會屏蔽手動模式，反之，啟動手動模式時，會屏蔽自動模式。在發(fā)射機系統(tǒng)運行正常的情況下，用戶可以自由設(shè)置工作模式。如果有發(fā)射機出現(xiàn)故障，在智能備份系統(tǒng)切換的過程中，直至切換完成以前，會屏蔽一切操作，以確保切換過程的安全性和可靠性。如果在切換過程中出現(xiàn)不可預(yù)知的故障導(dǎo)致切換未成功，智能備份系統(tǒng)會停止切換過程，并關(guān)閉相應(yīng)的發(fā)射機，啟動聲光報警，提示切換故障。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計和實現(xiàn)

2.1 操作系統(tǒng)和平臺

N+1地面數(shù)字電視發(fā)射機智能備份系統(tǒng)采用嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）VxWorks。該操作系統(tǒng)以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)和對實時性要求極高的領(lǐng)域中，比如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)和飛機導(dǎo)航等。在美國的F-16、FA-18戰(zhàn)斗機，B-2隱形轟炸機和愛國者導(dǎo)彈上，甚至連1997-04在火星表面登陸的火星探測器、2008-05登陸的鳳凰號和2012-08登陸的好奇號也都使用了VxWorks。

采用VxWorks操作系統(tǒng)可以確保整個智能備份軟件系統(tǒng)的

實時性和可靠性。系統(tǒng)的運算核心采用Marvell的88E6218芯片，芯片帶有5個支持IEEE802.3的MAC（Media Access Layer，媒體訪問層）+PHY（Physical Layer，物理層）接口（Port0～Port4）、1個多功能網(wǎng)絡(luò)接口（Port6）。它能提供基于QoS機制的快速以太網(wǎng)交換功能，并在其內(nèi)部采用擁有專利技術(shù)的UniMAC結(jié)構(gòu)，在88E6218內(nèi)部的CPU與多個快速以太網(wǎng)交換口之間形成高效的網(wǎng)絡(luò)接口。由于智能備份系統(tǒng)之間各個設(shè)備的數(shù)據(jù)通信是建立在網(wǎng)口通信上的，因此，采用該款芯片可以確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院涂煽啃浴?/p>

2.2 軟件設(shè)計和流程

軟件設(shè)計采用分層方式和多線程方式，主要包含8個獨立模塊。其中，應(yīng)用層主要完成狀態(tài)顯示、模式切換、手動控制、Web網(wǎng)管遠程控制和系統(tǒng)軟件升級功能。系統(tǒng)層是整個智能備份系統(tǒng)的核心層，負責(zé)響應(yīng)上層應(yīng)用的請求，處理底層數(shù)據(jù)，實現(xiàn)N+1智能切換的邏輯處理和系統(tǒng)其他設(shè)備的通信處理。而數(shù)據(jù)層主要完成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲功能，智能備份系統(tǒng)會定時保存當(dāng)前工作狀態(tài)的所有參數(shù)，即使突然斷電，也不會丟失當(dāng)前狀態(tài)的，待重新打開電腦后，就會自動恢復(fù)到斷電以前的狀態(tài)。接口層主要是完成各個發(fā)射機的數(shù)據(jù)接收和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的收發(fā)。

2.3 系統(tǒng)主程序流程

主程序流程如圖1所示。

圖1 N+1智能備份系統(tǒng)軟件流程圖

該系統(tǒng)的子程序流程如圖2所示。其中，切換程序處理過程包含兩部分，即由正常狀態(tài)到備份狀態(tài)（圖2左）、由備份狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)（圖2右）。

在切換過程中，要確保系統(tǒng)在安全狀態(tài)下切換，不能帶功率切換，因為這樣容易發(fā)生事故。所以，在切換同軸開關(guān)之前，要關(guān)閉其所在的發(fā)射機，然后再切換，保證設(shè)備不會被突發(fā)射頻輸出損壞。

2.4 核心代碼

N+1智能備份系統(tǒng)的自動切換部分核心代碼采用阻塞方式設(shè)計，其簡化代碼如下：

該自動切換函數(shù)是不可重入函數(shù)，一旦被調(diào)用就會獨占該切換線程。如果此時上層仍然發(fā)送切換指令調(diào)用該函數(shù)，那么，此函數(shù)就會直接返回不作響應(yīng)，進而保證了切換的可靠性和獨立性。

該函數(shù)會檢測是否有發(fā)射機通道發(fā)生狀態(tài)遷移，然后判斷備份發(fā)射機是否已經(jīng)在工作中。如果備份發(fā)射機在待機狀態(tài)，則需啟動相應(yīng)的切換程序；如果備份發(fā)射機已經(jīng)在工作，并且指令已經(jīng)切換到了備份狀態(tài)，那么，該函數(shù)直接返回。因為N+1系統(tǒng)只能啟動1個備份系統(tǒng)，如果2個及以上的發(fā)射機出現(xiàn)故障，N+1備份系統(tǒng)會首先切換預(yù)先設(shè)置的高優(yōu)先級通道，其他的通道則放棄響應(yīng)。

3 結(jié)束語

綜上所述，文中說明了穩(wěn)定運行地面數(shù)字電視發(fā)射機智能備份系統(tǒng)的有效方法。數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模越來越大，用戶對其的要求也在不斷提高，因此，保證地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性是一項非常重要的工作，而采取備份系統(tǒng)的方法就可以做到不停播、減少干擾，確保數(shù)字電視地面廣播的穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]羅文鋒，許曉波.智能化“N+1備份”通用型數(shù)字電視（調(diào)頻廣播）發(fā)射系統(tǒng)[J].中國有線電視，2014（z1）.

〔編輯：白潔〕