傳輸發射臺站遠程監控網絡設計及應用

楊貴峰++劉傳奇++孫璐

摘要： 當今傳輸發射臺站正朝著復合型臺站發展，臺站同時承擔中波、調頻、電視、微波等多種傳輸發射任務，實現傳輸發射的科學管理、自動監控是系統設置的追求目標。本文結合臺站實際，運用計算機和網絡通信技術，實現了“有人留守，異地值機” 的運轉模式。

關鍵詞： 傳輸發射臺站； 遠程監控； 異地值機

中圖分類號：TP393

文獻標志碼：A

文章編號：2095-2163（2017）04-0051-05

0引言

廣播電視臺傳輸發射臺站承擔著中波廣播、調頻廣播、電視、CMMB、地面數字電視、微波等多種傳輸發射任務，為確保廣播電視節目的安全播出，建立一套廣播電視傳輸發射臺站遠程監控系統[1-3]，實現廣播電視節目的優質播出，使廣播電視轉播工作智能化、系統化、數字化，成為傳輸發射臺站的必然選擇[4]。本文為實現廣播電視臺總控機房和廣播電視監測臺對臺站進行科學的監管監看[5-6]，提出了幾種遠程監控解決方案場景和設計目標，致力于設計研發“異地值機”的運轉模式，使得傳輸發射臺站也可以像移動通信基站[7]一樣工作，把值機員從機械枯燥的“人工值機”模式中解放出來。

1遠程監控解決方案場景

遠程監控系統可以實現異地對傳輸發射設備與環境的監測和控制功能，傳輸發射系統常見的場景有：

1）無人值守機房。

2）“有人留守、異地無人值機”臺站。

3）傳輸發射管理機構監管傳輸發射臺站。

2遠程監控解決方案設計目標

遠程監控是利用計算機和網絡技術實現對遠端進行監看和控制的方法，其中的監控內容主要包括：

1）前端信號源監控。包括信號源信號質量監測和信源切換控制。

2）發射機設備監控。包括發射機運行參數顯示與記錄、發射機定時開關機和主備機倒換功能。

3）發射信號質量監測和錄音。能夠以發射信號場強、調幅度、音頻質量評級等多種方式構建形成結果表示。

4）設備供電情況監測。主要監測各供電線路電壓、電流參數和供電方式自動切換與恢復，光伏電站運行參數等。

5）環境監測。包括機房溫濕度控制、臺區內煙感報警、電子圍欄報警等。

6）視頻監測。實時記錄臺區內運行狀態，當出現異常時可自動報警，并提供回溯查詢功能。

遠程監控旨在將值機員從機械的“人工值機”模式中解放出來，為傳輸發射臺站安全播出服務，因此監控方案需要滿足以下基本要求：

1）遠程操作簡單，自動化程度高。

2）遠程數據準確，可信度高。

3）報警功能齊全、靈敏、及時。

4）遠程監控通信鏈路可靠性高，故障時收斂時間短。

5）在容量和性能上預留擴展空間。

6）監控方案具備高性價比。

7）控制功能可靠，有糾錯機制。

3遠程監控解決方案設計方法

3.1設計總論

為了展開遠程監控在不同應用場景的差異性設計研究，本文參考計算機網絡模型思路將遠程監控分為3層，可參見圖1所示。其中，第一層是物理層，用于設計支持監控端和被監控端的物理鏈路連接；第二層是網絡層，用于設計支持兩端的網絡連接和互通，為上層構建好網絡平臺；第三層是應用層，用于設計支持不同應用系統的搭建和維護。

3.2物理層設計

物理層為數據傳輸提供可靠的環境，盡可能地屏蔽掉設備、傳輸介質、通信方式的不同，使網絡層與其形成隔離。目前，廣播電視行業采用的通信方式主要有：

1）光纖通信。傳輸帶寬大、抗干擾性高、信號衰減性小、傳輸可靠性高，多將其作為主要鏈路投入使用。

2）數字微波通信。廣電系統有自建的微波專網，其頻帶寬、容量大、具備良好的抗災性能。

3）移動通信。網絡容量帶寬容量低、速度慢，其主要優點在于移動性，可作為其他通信方式的補充鏈路交付使用。

4）衛星通信。通信質量好、可靠性佳、容量大、成本低、不受地理條件和氣象影響，在廣電行業中普遍作為節目信號傳輸發射使用，而不作為2個臺站之間的通信鏈路。

廣播電視的遠程通信要求物理鏈路具備高可靠性，因此常采用多鏈路設計。假設有光纖鏈路、微波鏈路、移動通信網絡三種通信鏈路，鏈路的切換與恢復方案（如圖2所示）主要有以下3種：

1）1主N備鏈路。通常情況下將光纖鏈路作為主用線路，微波鏈路作為第一備用線路，移動通信網絡作為第二備用線路。當主用線路異常時，依次切換到第一備用線路和第二備用線路，當主用線路恢復后，再恢復到主用線路。

2）互為備份鏈路。光纖鏈路、微波鏈路、移動通信鏈路不分主備，當光纖鏈路異常時切換到微波鏈路，光纖鏈路恢復后不必切換光纖線路，只有當微波鏈路異常時才切換到光纖線路。

3）聚合鏈路。將光纖鏈路、微波鏈路、移動通信鏈路的2種或3種聚合為單一信道，該信道以一個更高帶寬的邏輯鏈路生成標識。當聚合鏈路中的其中一條物理鏈路斷開時，系統會自動將流量分配給其他物理鏈路，提供了一定的冗余和容錯機制。鏈路聚合后還可通過內部控制措施，實現負載均衡，將數據合理地分配到不同的物理鏈路上展開傳輸。鏈路聚合能減少擁塞，提高總吞吐量。

3種鏈路切換方案有不同的特點，可以滿足不同的應用場景需要，用戶可以根據實際需要進行選擇，參見表1所示。

3.3網絡層設計

網絡層主要用于向應用層提供可靠的、透明的數據傳送基本服務，包含傳統OSI參考模型中的數據鏈路層和網絡層。通常情況下，可研發得到2種網絡規劃方案。在此，給出對應的設計論述如下。

3.3.1交換設計

本地與遠端計算機處于同一局域網內，IP地址在同一網段，計算機通過ARP協議封裝數據報文，交換機通過MAC地址表尋址轉發數據幀。endprint

使用交換設計時，2端有多條鏈路的情況下，會出現MAC地址表震蕩和網絡環路現象，數據幀在2端不斷地轉發，形成網絡風暴。基于此，可得3種解決辦法，概述如下。

1）手動切斷冗余鏈路，使2端只有一條鏈路連通；當該線路出現故障時，再手動切換到冗余鏈路。

2）[JP2]使用STP（Spanning Tree Protocol， 生成樹協議）或MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol， 多生成樹協議）阻斷冗余鏈路，使一個有回路的橋接網絡修剪成一個無回路的樹形拓撲結構，當該線路出現故障時，該線路接口將自動切斷，之前斷開的接口將自動激活，重新構建無回路樹形拓撲，恢復通信。[JP]

3）鏈路聚合，將多個鏈路整合為一個符合鏈路，還可以實現負載均衡功能，提高傳輸可靠性和傳輸效率。

3.3.2網絡路由設計

本地與遠端之間使用3層交換機或路由器連接，2端計算機設置在不同的網段內，報文通過路由轉發，核心在于根據不同的通信鏈路規劃構建路由表，路由表是報文轉發的依據。每條路由都有2個參數：管理距離（AD）和度量值（Metric）兩個屬性，2個屬性均是越小、優先級越高，這2個屬性共同決定了一條路由的優先級。在比較2條路由的優先級時，是先比較2條路由的管理距離，管理距離越小、優先級越高；當管理距離相同時，再比較2條路由的度量值，度量值越小、優先級越高。路由協議的默認管理距離及特點則詳如表2所示。

在設計路由時，應考慮到2端設備對于路由協議的支持情況、不同物理鏈路對于路由協議報文的透傳、協議配置復雜程度、鏈路故障收斂時間長短情況等。

微波鏈路和租用光纖線路均支持OSPF協議報文的透傳。根據這一特性，可以在本地端和遠程端對應配備路由器，運行OSPF協議，微波和光纖線路因為有Metric值，而只生成一條主路由信息，網絡報文按照主路由信息轉發。當該鏈路故障時，OSPF協議能自動發現，刪除主路由信息，重新生成一條備份路由，網絡報文切換到備份鏈路上傳輸，實現了路由信息的快速收斂和備份線路的自動切換，充分保障了整個網絡系統的穩定、可靠和安全的運行。

3.4應用層設計

應用層直接為遠程應用進程服務，實現遠程端到本地端的業務監控應用，其監控方式主要有以下3種：

1）遠程端直接獲取設備數據。設備直接連接到遠程網絡，遠程端設備運行監控應用軟件，通過網絡地址和網絡端口直接獲取設備相關信息，甚至可以通過直接發送數據對設備進行控制。監控軟件支持多用戶登錄，可以在遠程端和本地同時實時獲取信息，實現數據同步發布。

2）B/S或C/S架構獲取數據。本地端設置監控服務器，服務器負責數據的集中存儲和訪問控制，遠程端通過瀏覽器訪問（B/S架構方式）或客戶端訪問（C/S架構方式）。此種方式支持多用戶同時訪問。

3）遠程端登錄本地端計算機。設備監控只能通過RSR485/232或USB方式接入計算機，監控軟件只能安裝在本地端計算機，遠程端獲取設備信息時只能通過Windows系統自帶的“遠程登錄”應用程序。

3種遠程監控方式，在數據訪問方式和多用戶操作上有差異，研究可得如表3所示。因此適用場景也不同，但在同一個應用系統中并不是完全互斥的，可以同時存在。

3.5設計方案比選

不同的臺站對于遠程監控網絡的需求存在差異，設計人員要結合臺站實際情況來整合需求分析，明確遠程監控功能需求，依次從物理層、網絡層、應用層分層定制研發策略，開拓思路，利用現有成熟技術組合應用或創新思維，設計多種方案，并從經濟性、可擴展性、操控性等多個方面進行評價優選，最終確定最合適的設計方案。

4遠程監控網絡實例

安徽廣播電視臺宿州發射臺屏山臺區是安徽省第一個“異地值機、有人留守”的臺站，距離宿州發射臺東二鋪臺區90 km，承擔60套地面數字電視節目、13套調頻廣播播出任務。本次研究設計提出該遠程監控網絡的各層規劃技術方案，詳情論述如下。

4.1物理層設計

“異地值機”臺站要求物理鏈路穩定可靠，需要選擇2種以上互不相干的鏈路；而且遠程監控中的視頻監控會占用大量帶寬，因此采取電信光纖+微波鏈路傳輸。鏈路切換采用了1主1備方案，微波鏈路為廣電系統建設維護的鏈路，無線發射不易受到破壞，可作為主鏈路，光纖鏈路作為備份鏈路，主備切換采取手動切換模式。

4.2網絡層設計

為了方便管理和鏈路切換，需要將2種物理鏈路接入同一網絡設備，考慮到租用光纖和微波鏈路對于路由協議報文的透傳、配置復雜度、設備成本等問題，決定采用2層交換設計，2個臺區規劃到同一局域網內，計算機IP地址處于同一網段，具體設計則如圖3所示。屏山臺區2種物理鏈路同時接入2層交換機，東二鋪臺區只將主鏈路接入到2層交換機，正常情況下使用主鏈路通信，當主鏈路異常時，網絡斷開，值機人員將備份鏈路接入到2層交換機，恢復通信，同時將主鏈路斷開，防止形成網絡環路。

4.3應用層設計

如圖4所示，對于調頻廣播發射機監控、地面數字電視發射機監控、調頻信號源及解調信號監控、地面數字電視解調信號監控、環境監控均設計采用C/S結構方式，遠程端設置服務器，本地端和遠程端都可以利用監控客戶端與服務器端實現通信，以獲取狀態信息及控制指令。

如圖5所示，光伏電站監控軟件要求使用硬件加密狗，只有在安裝了硬件加密狗的計算機上才能獲取光伏逆變器相關數據，因此只能在本地端安裝光伏監控服務器，在遠程端采用遠程登錄方式監看光伏發電數據。

光伏發電站只在白天有太陽時運行，因此監控只需在白天開啟監控即可，設計實現光伏監控服務器定時自動開關機。在服務器BIOS中設置每天定時開機，開機后光伏監控客戶端使用Windows系統自帶的遠程登錄程序自動登錄到光伏監控服務，光伏監控服務器開機后光伏監控軟件系統自動運行，默認進入全屏模式；晚上光伏監控服務器再使用Windows系統的“任務計劃”實現定時關機。其中，光伏監控客戶端遠程登錄光伏監控服務器，采用腳本一鍵自動輸入用戶名/密碼登錄方式，使用Windows系統的“任務計劃”定時運行腳本程序，設置界面如圖6所示。光伏監控服務器關閉后，由于遠程端計算機關閉，網絡連接斷開，則遠程登錄程序也會自動關閉。endprint

4.4定時運行腳本程序

screen mode id：i：0 /*全屏幕模式*/

desktopwidth：i：1680

desktopheight：i：990

session bpp：i：24 /*選項顯示卡顏色色深為24*/

winposstr：s：2，3，188，8，1062，721

compression：i：1[JP3] /*數據傳輸到客戶端計算機使用壓縮*/[JP]

keyboardhook：i：2[JP6] /*只在全屏模式下應用Windows組合鍵*/[JP]

audiomode：i：0 /*允許在客戶端主機上播放聲音*/

redirectdrives：i：0

redirectprinters：i：0

redirectcomports：i：0

redirectsmartcards：i：0

displayconnectionbar：i：1

autoreconnection

enabled：i：1

domain：s： /*遠程桌面連接對話框顯示的域名*/

alternate shell：s： /*設置自動啟動的程序*/

shell working directory：s： /*自動啟動程序路徑*/

disable wallpaper：i：1 /*遠程登錄不顯示桌面墻紙*/

disable full window drag：i：1

disable menu anims：i：1

disable themes：i：0

disable cursor setting：i：0

bitmapcachepersistenable：i：1 /*將位圖緩存在本地計算機上*/

autoreconnection enable：i：1 /*遠程計算機斷開連接后自動嘗試重新連接*/

full address：s：192.168.2.135 /*遠程計算機IP地址*/

username：s：admin /*遠程計算機登錄用戶名*/

password 51：b：01000000D08C9DDF0115D1118C7A00C04 FC297EB0100000000594FD638C1CE45A44492470DB6BCA4040 0000008000000700073007700000003660000A800000010000000 FEF2A99EAD09FA1284BB7741A68CFFFB0000000004800000A 00000001000000037E291BAE6EBAE0E240323FEC2CD5670100 000008CF621344C515333631AD2F3C7CEB9E3140000003FAF2 56DE0803ECC9DA52C9B1C8

5結束語

安全播出是廣電系統設計運行的生命線，傳輸發射臺遠程監控有利于臺站安全播出工作，而且極大地減少了臺站工作人員的工作量。臺站技術人員不但要有效維護遠程監控系統，保證系統可靠性，同時還必須掌握遠程監控的設計思路和方法，在原系統做出調整或新增設備和應用時能夠對原有監控方案進行完善，確保設備始終處于安全可控狀態。

參考文獻：

[1]李富強. 廣播電視發射臺遠程監控系統設計與實現[D]. 廈門： 廈門大學，2013.

[2] 湯琳. 發射臺遠程監控系統的設計與實現[J]. 廣播電視與技術，2016，43（10）：90-92.

[3] 何小林. 廣播發射機遠程監控系統研究與設計[D]. 昆明：云南大學，2015.

[4] 朱恒飛. 廣播電視無線發射臺站遠程監控系統設計[J]. 中國有線電視，2014（2）：174-180.

[5] 武惠寧，劉煜. 寧夏無線發射臺站遠程自動化監控系統建設思路[J]. 數字通信世界，2015（10）：32-36.

[6] 楊小波. 廣播電視無線發射臺遠程自動化監控系統的使用[J]. 新媒體研究，2016（7）：16-17.

[7] 邢彥辰. 數據通信與計算機網絡[M]. 北京：人民郵電出版社，2011.endprint