浅析有线数字电视前端备份系统架构 ——浅析有线数字电视前端备份系统架构

　　引言

　　“三网融合”是发展的趋势，它的推进将给国内电信和广电两大相关行业带来巨大变革，彻底打破了各自垄断的局面。对广电运营商而言，除了丰富节目内容和进行新业务运营以迎接挑战之外，稳固传统有线电视业务，建立一套完善的数字有线前端系统，提高播出安全性，以保证服务水平和质量也是非常必要的。

　　在数字电视有线前端系统中，包括编码器、卫星接收机、复用加扰器、调制器、混合器等设备，每个设备都是一个独立的环节，其中任何一个环节出现故障，都会导致系统出现不同程度的播出事故。为了避免出现播出事故、缩短事故的处理时间、最大降低事故的影响，针对系统关键环节应采取必要的备份。在系统建设之初，务必结合自身情况，充分考虑系统结构的安全性、稳定性和实用性。

　　数字有线前端系统备份思路

　　要想建设一套性价比合理的数字有线前端备份系统，首先必须分析系统的薄弱环节、重点环节，有针对性的设计备份系统。优先考虑备份的一般法则为：①对业务影响较大的通道优先考虑备份(如中央台节目、增值服务业务通道);②设备故障恢复时间较长的节点优先考虑备份;③稳定性较差的设备优先考虑备份。

　　备份系统一般用于故障排除和系统检修，系统检修是有计划的正常工作内容，不会涉及到播出事故。而当系统出现故障时，备份系统就显得至关重要。衡量备份系统的优劣，一般考虑两点：①备份系统响应时间：指系统出现故障、检测分析故障、启用备份系统至故障恢复全过程所需时间;②备份系统性价比：备份系统占整个系统的资金投入比例、备份系统的使用率。

　　系统备份方式

　　系统备份有冷备份(人工备份)、热备份之分，所谓冷备份是指人工手动用好的设备替换故障设备，需要完成设备上架、接线、配置等一系列操作，使系统恢复正常。这种备份方式所需时间较长，一般不被用户所采用;所谓热备份是指利用网管自动启用在线的备份设备，替换故障设备，使系统恢复正常，一般采用矩阵或应急切换开关来实现，这种备份方式投资较大。

　　热备份又分为1+1备份和N+P(1≤P

　　下面详细介绍几种常见的数字有线前端系统热备份架构

　　N+P （1 ≤P ＜N ）热备份方案

　　图1数字有线前端N+P备份框图

　　该方案通过系统网管对复用加扰器、调制器进行自动参数配置，同时对ASI矩阵进行控制，从而实现卫星接收机、复用加扰器、调制器等设备的N+P热备份。

　　工作原理：

　　网管系统配合数字有线前端监控系统，对系统中的关键设备(复用加扰器、调制器)进行实时监控，当发现主设备故障，网管系统自动调用故障设备的配置文件，并下载到备用设备，同时通过对ASI矩阵的切换控制排除故障。整个过程全部通过系统网管自动配置、自动切换实现。

　　由于复用器重新配置，大约需要10s的启动时间，在机顶盒输出时仍然会出现几秒钟的黑屏，这种，因此这种方案仍然不够完善。

　　方案优点：

　　实现关键设备热备份

　　主备倒换可由系统网管自动完成，无需人工操作

　　备份设备共用，系统建设成本较低

　　方案缺点：

　　网管及监测系统要求较高

　　主备倒换时，机顶盒输出会出现几秒钟的黑屏

　　凡事有利，必有弊，在降低系统建设成本的同时，必然要承担一些风险，这个问题目前没有更好的解决方法。

　　ASI矩阵为单一崩溃点

　　数字有线前端ASI矩阵规模一般都在64×64以上，虽说矩阵前后常配跳线盘，用来跳开矩阵的故障通道，然而当矩阵供电或控制异常导致矩阵整体瘫痪时，通过跳线将矩阵的所有通道跳开至少需要半个小时，而且一般用户并不会配有如此之多的跳线。

　　在此之前，这个问题是资金不足的用户不得不去忍受的，如今这个问题在无需增加太多资金的前提下，有了更好的解决方案。数字有线前端系统对ASI矩阵的需求一般为方形(即矩阵有N路输入，就有N路输出)，2009年底大连捷成发布一款全球独一无二的，支持BY-PASS旁通功能的ASI切换矩阵(X-PLUS系列多格式矩阵)，支持ASI码流信号和DS3码流信号。该矩阵有两种工作模式——电子切换模式、BY-PASS旁通模式。当矩阵一切正常，其工作在电子切换模式下，与国内外主流的ASI矩阵工作模式并无差异;当矩阵某个通道故障，则可通过遥控面板或网管软件将此通道切换为BY-PASS旁通模式，使得信号可以跳过矩阵内部的切换单元，保证信号不间断，不在需要值班人员跑到设备间，手动插入跳线解决问题;当矩阵整体瘫痪时，亦可通过遥控面板或网管软件一键式触发，或给予矩阵断电处理，即可实现所有通道自动BY-PASS旁通，当确认矩阵故障排除，则可通过遥控面板或网管软件设置为电子切换模式。三种工作方式的组合，使得N+P备份的数字有线前端系统再无单一崩溃点。

　　图2 X-PLUS 矩阵BY-PASS原理框图

　　图3数字有线前端N+P备份框图(无需跳线盘)

　　通道路由1+1 热备份方案

　　图4数字有线前端1+1备份框图(通道路由备份)

　　该方案针对通道路由进行整体1+1备份，当通道路由中的任何一个设备或节点出现故障时，便需要通道末级的RF应急切换器将主通道切换至备份通道。

　　工作原理：

　　网管系统配合数字有线前端监控系统，对系统中通道路由进行实时监控，当发现主通道异常，网管系统自动切换通道末级的RF应急切换器，调用备份通道输出。整个过程全部通过系统网管自动配置、自动切换实现，由于主备通道的参数和配置完全一致，启用备份通道(响应时间)时间较短。

　　方案优点：

　　实现通道路由主备热备份

　　主备通道切换响应时间短

　　主备倒换可由系统网管自动完成，无需人工操作

　　如需人工干预，一键操作即可完成主备通道切换

　　系统架构简洁

　　方案缺点：

　　备份系统建设成本较高

　　主备通道设备或环节交叉出现故障，会导致系统崩溃

　　通道设备1+1 热备份方案

　　图5数字有线前端1+1备份框图(通道设备备份)

　　该方案在b方案的基础上，增加了TS流应急切换器，实现通道设备的1+1备份方案。

　　工作原理：

　　网管及监测系统针对关键主备设备输出的TS流进行监测，当发现某主设备输出的TS流异常，网管会自动控制相应的TS流应急切换器倒换至备路，启用备份设备工作，当主设备恢复正常，可根据网管设置，选择是否将应急切换器倒换至主路，启用主设备工作。

　　TS流应急切换器分为两种：一种是以TS流有无作为判断依据(不支持TR101-290监测,如大连捷成自主开发的IM-DVS-5103模块);另外一种针对TS流进行监测(如大连捷成自主开发的IM-TDS-5103模块)。TS流的监测应符合TR101-290监测标准，该标准分为三级错误检测：第一级监测(第一级错误包括：同步丢失错误、同步字节错误、PAT错误、连续计数错误、PMT错误及PID错误)集中了所有基本的参数，这些参数保证TS流能够被解码;第二级(第二级错误包括：传输错误、CRC错误、PCR间隔错误、PCR抖动错误、PTS错误及CAT错误)集中了一些附加参数，这些参数推荐用来进行连续性监测;第三级(第三级错误包括：NIT错误、SI重复率错误、缓冲器错误、非指定PID错误、SDT错误、EIT错误、RST错误、TDT错误、空缓冲器错误及数据延迟错误)是依赖于应用的几个参数。其中第一级错误会导致下游设备无法对TS流进行正常解码，该错误属于致命错误，会影响播出机构的安全播出，而第二三级错误是不会影响到下游设备的正常解码，不会导致播出事故。

　　如系统中没有TS流监测设备，则需要采用支持三级监测的TS流自动应急切换器。如果采用普通的TS流应急切换器(不支持TR101-290监测)，当TS流中的某个节目参数异常，切换器因为无法检测而将该TS流作为正常信号输出，到终端机顶盒输出时，就会出现节目异常，影响播出质量。

　　下面以简单介绍一下IM-TDS-5103特点：

　　切换规模为3×1和4×1可选，支持手动、自动应急切换，还可以通过控制计算机对其进行控制。当主路TS流出现错误后，模块会自动切换到备路信号源，当主路信号恢复后，可以自动返回主路信号，也可以保持备路信号输出不变。是否返回到主路取决于模块的设置。

　　支持两种切换模式：整流切换、单节目切换。当主、备、辅路的TS流完全相同时，可采用整流切换，这是一种常规的切换模式，实现起来较为容易;当主、备、辅路的TS流不相同时，我们采用把备路信号解复用，再复用到主路TS流进行单节目的SPTS切换，我们称之为单节目切换，这是一种创新的切换模式，具有较高的技术难度。

　　支持当前路断电直通传统的应急切换器都是支持主路断电直通，即设备断电后，不管主路信号是否正常，输出的只能是主路信号，这样难免会出现将故障信号输出给下级设备的情况，影响节目正常播出。而TDS-5103模块对断电直通进行重新定义，将其断电之前，最后输出的信号作为断电之后的直通输出，确保将正常信号进行输出，提高系统的安全性。

　　依靠FPGA实现对TS流实时监测，具有较高的稳定性;其监测时间可以精确到毫秒级，用最短的时间发现并解决系统故障，将系统故障造成的影响降到最低。

　　内置彩条信号发生，当切换到最后一路输入无信号时自动输出彩条。

　　模块与平台的以太网控制卡进行通讯，可以实现详细的操作及故障日志记录和查询。可通过控制计算机对模块进行监控。

　　图6 TDS-5103原理框图

　　方案优点：

　　实现关键设备主备热备份

　　主备设备切换响应时间短

　　主备倒换可由系统网管自动完成，无需人工操作

　　如需人工干预，一键操作即可完成主备设备切换

　　系统架构简洁

　　方案缺点：

　　所有信源设备都需要1+1备份，系统建设成本较高

　　N+P 与1+1 备份完美结合

　　综合上述a、c方案，将信源设备通过矩阵实现N+P备份，矩阵采用大连捷成X-PLUS系列ASI矩阵，其BY-PASS功能可避免矩阵成为系统的单一崩溃点。由于采用N+P备份方式，可以降低信源设备的资金投入，达到节约成本的目的。针对复用加扰器及QAM调制器采用1+1备份方式，确保当系统关键设备出现故障，可以快速启用备份设备，提高系统响应时间，为了加强重要通道的TS流监测，这里采用TDS-5103实现TS流的三级监测，一旦发现TS流异常，通过切换器将前级主设备倒换至备份设备，排除故障。

　　图7数字有线前端双备份框图(1+1与N+P备份结合)

　　小结

　　由于各地有线电视运营商的设备状况、财务能力、人员素质不尽相同，各运营商应根据实际应用、自身资源情况，采取合理的备份方式确保系统的安全稳定，为用户提供高质量的服务，在三网融合的大背景下不断巩固自身的市场地位，为日后扩大业务范围打下坚实的基础。