淺析數字有線前端備份系統架構

　　關鍵詞：數字有線前端備份BY-PASS TS流 三級檢測 復用器 矩陣 應急切換器

　　引言

　　“三網融合”是發展的趨勢，它的推進將給國內電信和廣電兩大相關行業帶來巨大變革，徹底打破了各自壟斷的局面。對廣電運營商而言，除了豐富節目內容和進行新業務運營以迎接挑戰之外，穩固傳統有線電視業務，建立一套完善的數字有線前端系統，提高播出安全性，以保證服務水平和質量也是非常必要的。

　　在數字電視有線前端系統中，包括編碼器、衛星接收機、復用加擾器、調制器、混合器等設備，每個設備都是一個獨立的環節，其中任何一個環節出現故障，都會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、縮短事故的處理時間、最大降低事故的影響，針對系統關鍵環節應采取必要的備份。在系統建設之初，務必結合自身情況，充分考慮系統結構的安全性、穩定性和實用性。

　　數字有線前端系統備份思路

　　要想建設一套性價比合理的數字有線前端備份系統，首先必須分析系統的薄弱環節、重點環節，有針對性的設計備份系統。優先考慮備份的一般法則為：①對業務影響較大的通道優先考慮備份(如中央臺節目、增值服務業務通道);②設備故障恢復時間較長的節點優先考慮備份;③穩定性較差的設備優先考慮備份。

　　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，不會涉及到播出事故。而當系統出現故障時，備份系統就顯得至關重要。衡量備份系統的優劣，一般考慮兩點：①備份系統響應時間：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程所需時間;②備份系統性價比：備份系統占整個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用好的設備替換故障設備，需要完成設備上架、接線、配置等一系列操作，使系統恢復正常。這種備份方式所需時間較長，一般不被用戶所采用;所謂熱備份是指利用網管自動啟用在線的備份設備，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關來實現，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的數字有線前端系統熱備份架構

　　N+P （1 ≤P ＜N ）熱備份方案

　　圖1數字有線前端N+P備份框圖

　　該方案通過系統網管對復用加擾器、調制器進行自動參數配置，同時對ASI矩陣進行控制，從而實現衛星接收機、復用加擾器、調制器等設備的N+P熱備份。

　　工作原理：

　　網管系統配合數字有線前端監控系統，對系統中的關鍵設備(復用加擾器、調制器)進行實時監控，當發現主設備故障，網管系統自動調用故障設備的配置文件，并下載到備用設備，同時通過對ASI矩陣的切換控制排除故障。整個過程全部通過系統網管自動配置、自動切換實現。

　　由于復用器重新配置，大約需要10s的啟動時間，在機頂盒輸出時仍然會出現幾秒鐘的黑屏，這種，因此這種方案仍然不夠完善。

　　方案優點：

　　實現關鍵設備熱備份

　　主備倒換可由系統網管自動完成，無需人工操作

　　備份設備共用，系統建設成本較低

　　方案缺點：

　　網管及監測系統要求較高

　　主備倒換時，機頂盒輸出會出現幾秒鐘的黑屏

　　凡事有利，必有弊，在降低系統建設成本的同時，必然要承擔一些風險，這個問題目前沒有更好的解決方法。

　　ASI矩陣為單一崩潰點

　　數字有線前端ASI矩陣規模一般都在64×64以上，雖說矩陣前后常配跳線盤，用來跳開矩陣的故障通道，然而當矩陣供電或控制異常導致矩陣整體癱瘓時，通過跳線將矩陣的所有通道跳開至少需要半個小時，而且一般用戶并不會配有如此之多的跳線。

　　在此之前，這個問題是資金不足的用戶不得不去忍受的，如今這個問題在無需增加太多資金的前提下，有了更好的解決方案。數字有線前端系統對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年底大連捷成發布一款全球獨一無二的，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矩陣工作模式并無差異;當矩陣某個通道故障，則可通過遙控面板或網管軟件將此通道切換為BY-PASS旁通模式，使得信號可以跳過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，手動插入跳線解決問題;當矩陣整體癱瘓時，亦可通過遙控面板或網管軟件一鍵式觸發，或給予矩陣斷電處理，即可實現所有通道自動BY-PASS旁通，當確認矩陣故障排除，則可通過遙控面板或網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備份的數字有線前端系統再無單一崩潰點。

　　圖2 X-PLUS 矩陣BY-PASS原理框圖

　　圖3數字有線前端N+P備份框圖(無需跳線盤)

　　通道路由1+1 熱備份方案

　　圖4數字有線前端1+1備份框圖(通道路由備份)

　　該方案針對通道路由進行整體1+1備份，當通道路由中的任何一個設備或節點出現故障時，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：

　　網管系統配合數字有線前端監控系統，對系統中通道路由進行實時監控，當發現主通道異常，網管系統自動切換通道末級的RF應急切換器，調用備份通道輸出。整個過程全部通過系統網管自動配置、自動切換實現，由于主備通道的參數和配置完全一致，啟用備份通道(響應時間)時間較短。

　　方案優點：

　　實現通道路由主備熱備份

　　主備通道切換響應時間短

　　主備倒換可由系統網管自動完成，無需人工操作

　　如需人工干預，一鍵操作即可完成主備通道切換

　　系統架構簡潔

　　方案缺點：

　　備份系統建設成本較高

　　主備通道設備或環節交叉出現故障，會導致系統崩潰

　　通道設備1+1 熱備份方案

　　圖5數字有線前端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，實現通道設備的1+1備份方案。

　　工作原理：

　　網管及監測系統針對關鍵主備設備輸出的TS流進行監測，當發現某主設備輸出的TS流異常，網管會自動控制相應的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流有無作為判斷依據(不支持TR101-290監測,如大連捷成自主開發的IM-DVS-5103模塊);另外一種針對TS流進行監測(如大連捷成自主開發的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，這些參數推薦用來進行連續性監測;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)是依賴于應用的幾個參數。其中第一級錯誤會導致下游設備無法對TS流進行正常解碼，該錯誤屬于致命錯誤，會影響播出機構的安全播出，而第二三級錯誤是不會影響到下游設備的正常解碼，不會導致播出事故。

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

　　下面以簡單介紹一下IM-TDS-5103特點：

　　切換規模為3×1和4×1可選，支持手動、自動應急切換，還可以通過控制計算機對其進行控制。當主路TS流出現錯誤后，模塊會自動切換到備路信號源，當主路信號恢復后，可以自動返回主路信號，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，可采用整流切換，這是一種常規的切換模式，實現起來較為容易;當主、備、輔路的TS流不相同時，我們采用把備路信號解復用，再復用到主路TS流進行單節目的SPTS切換，我們稱之為單節目切換，這是一種創新的切換模式，具有較高的技術難度。

　　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，確保將正常信號進行輸出，提高系統的安全性。

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

　　內置彩條信號發生，當切換到最后一路輸入無信號時自動輸出彩條。

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

　　圖6 TDS-5103原理框圖

　　方案優點：

　　實現關鍵設備主備熱備份

　　主備設備切換響應時間短

　　主備倒換可由系統網管自動完成，無需人工操作

　　如需人工干預，一鍵操作即可完成主備設備切換

　　系統架構簡潔

　　方案缺點：

　　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，將信源設備通過矩陣實現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。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，確保當系統關鍵設備出現故障，可以快速啟用備份設備，提高系統響應時間，為了加強重要通道的TS流監測，這里采用TDS-5103實現TS流的三級監測，一旦發現TS流異常，通過切換器將前級主設備倒換至備份設備，排除故障。

　　圖7數字有線前端雙備份框圖(1+1與N+P備份結合)

　　小結

　　由于各地有線電視運營商的設備狀況、財務能力、人員素質不盡相同，各運營商應根據實際應用、自身資源情況，采取合理的備份方式確保系統的安全穩定，為用戶提供高質量的服務，在三網融合的大背景下不斷鞏固自身的市場地位，為日后擴大業務范圍打下堅實的基礎。