基于3G的HFC監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘 要：文章首先簡單介紹HTC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，然后提出一種基于3G的HFC網(wǎng)絡(luò)（光纖同軸電纜混合網(wǎng)絡(luò)）監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，該方案可以解決由3G帶來的NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）穿透，最后詳細(xì)闡述基于GOOGLE（谷歌）電子地圖開發(fā)的四種HFC系統(tǒng)應(yīng)用。該設(shè)計(jì)對(duì)于低成本防范非法信號(hào)切入、保障播出順利進(jìn)行有無法替代的作用。

　　1 HFC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)介紹

　　隨著三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)的不斷開展。HFC監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的安全性及穩(wěn)定性，防止非法信號(hào)切入、提高服務(wù)質(zhì)量、滿足三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)的開展變得越來越重要。目前HFC網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控設(shè)備具有以下特點(diǎn)：

　　（1）單向HFC網(wǎng)絡(luò)與雙向網(wǎng)絡(luò)同時(shí)并存目前國內(nèi)絕大部份網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)還是以單向網(wǎng)絡(luò)為主。

　　雙向網(wǎng)主要集中在有一定經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)且對(duì)數(shù)字業(yè)務(wù)有強(qiáng)烈需求的區(qū)域，例如高檔小區(qū)、寫字樓、賓館等。而擁有大量用戶的城中村和城鄉(xiāng)結(jié)合部等區(qū)域的HFC網(wǎng)設(shè)計(jì)，還是以普及數(shù)字電視的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為中心。

　　（2）采用HFC網(wǎng)的雙向通道無法提高監(jiān)測(cè)可靠性由于雙向網(wǎng)本身依賴于HFC網(wǎng)作為傳輸介質(zhì)。一旦網(wǎng)絡(luò)異常，采用HFC網(wǎng)本身雙向通道的監(jiān)測(cè)器將失去回傳信道，無法將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確信息傳送回前端。前端僅能判斷監(jiān)測(cè)器失效，而無法判斷網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，影響系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的判斷精度。

　　（3）目前采用的無線接入方式存在帶寬瓶頸目前采用Wi-Fi等大帶寬的無線方式覆蓋率低，無法形成規(guī)模效應(yīng)。而采用GPRS方式由于帶寬問題，無法實(shí)時(shí)傳送大量播放截圖，無法有效判斷網(wǎng)絡(luò)是否受到非法信號(hào)入侵。

　　2 HFC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

　　2.1 系統(tǒng)拓?fù)?/STRONG>

　　圖1為本系統(tǒng)解決方案拓?fù)鋱D。系統(tǒng)由前端的中心服務(wù)器集群和終端的HFC網(wǎng)監(jiān)測(cè)器組成。中心服務(wù)器集群安裝在前端機(jī)房，HFC網(wǎng)監(jiān)測(cè)器安裝在HFC網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，如光機(jī)、樓放、干放處。兩者采用3G網(wǎng)絡(luò)的IP（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）信道進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

圖1 HFC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)?/P>

　　圖2 為前端中心服務(wù)器集群架構(gòu)，平臺(tái)分為Web（互聯(lián)網(wǎng)站）操作平臺(tái)及中心平臺(tái)模塊。Web操作平臺(tái)提供用戶與系統(tǒng)內(nèi)核的圖形化接口，根據(jù)功能要求分為權(quán)限管理、內(nèi)容管理、業(yè)務(wù)管理以及日志管理四大功能模塊。用戶可通過登陸Web平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作管理。系統(tǒng)中心平臺(tái)提供數(shù)據(jù)管理、集群均衡管理、交換管理、終端特性管理以及接口管理。

圖2 HFC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

　　2.2 監(jiān)測(cè)器設(shè)計(jì)方案

　　圖3為本系統(tǒng)監(jiān)測(cè)器設(shè)計(jì)原理圖。監(jiān)測(cè)器通過高頻頭接收HFC網(wǎng)的信號(hào)，并獲取信號(hào)質(zhì)量以及信號(hào)源的數(shù)字信息。CPU（中央處理器）通過USB模塊與3G模塊連接，監(jiān)測(cè)器獲取到的HFC信號(hào)質(zhì)量數(shù)據(jù)以及HFC在播的節(jié)目圖像通過3G模塊發(fā)送至3G網(wǎng)絡(luò)，并通過其回傳至中心服務(wù)器。

圖3 監(jiān)測(cè)器設(shè)計(jì)方案

　　圖4為監(jiān)測(cè)器3G模塊開啟軟件流程。監(jiān)測(cè)器采用多線程設(shè)計(jì)模式。系統(tǒng)初始化CPU的USB硬件接口后。

　　USB監(jiān)測(cè)線程將不斷訪問CPU的USB狀態(tài)寄存器，檢測(cè)是否有USB硬件變更事件。若USB狀態(tài)寄存器中發(fā)現(xiàn)有3G模塊硬件接入事件。系統(tǒng)將尋找3G模塊的驅(qū)動(dòng)程序并打開3G通信的應(yīng)用程序線程。系統(tǒng)可通過該線程啟動(dòng)3G通信，并開啟HFC網(wǎng)監(jiān)測(cè)線程。當(dāng)USB狀態(tài)寄存器顯示事件為3G通信移除，系統(tǒng)將刪除HFC網(wǎng)監(jiān)測(cè)線程。

圖4 監(jiān)測(cè)器3G模塊開啟軟件流程

　　2.3 數(shù)據(jù)包穿透方案

　　基于3G網(wǎng)絡(luò)為第三方接入網(wǎng)絡(luò)以及全球IPv4資源枯竭等問題，例如目前使用聯(lián)通的3G上網(wǎng)，終端獲得的IP地址均為私網(wǎng)IP地址，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須考慮到NAT穿透等問題。監(jiān)測(cè)器定時(shí)向中心服務(wù)器集群發(fā)送注冊(cè)包，并且在兩個(gè)注冊(cè)包之間，設(shè)計(jì)發(fā)送用于穿透的小數(shù)據(jù)包，保持服務(wù)器與監(jiān)測(cè)器的會(huì)話通道。在此過程中，必須保持服務(wù)端的發(fā)送與接收端口一致，以及監(jiān)測(cè)器的發(fā)送與接收端口一致。服務(wù)器可通過該通道向監(jiān)測(cè)器下發(fā)監(jiān)測(cè)指定，解決數(shù)據(jù)包穿透問題。

　　3 系統(tǒng)應(yīng)用

　　本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)地理信息化管理，以下是本系統(tǒng)基于Google（谷歌）電子地圖開發(fā)的HFC系統(tǒng)應(yīng)用。

　　3.1 在線預(yù)警

　　圖5 為本系統(tǒng)與Google 電子地圖進(jìn)行在線預(yù)警示例。圖中標(biāo)注了幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)器在Google地圖中的位置及其在線狀態(tài)。通過標(biāo)注的顏色顯示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)器或其它設(shè)備的狀態(tài)，如本示例所示，當(dāng)監(jiān)測(cè)器無法解擾電視節(jié)目、偵測(cè)信號(hào)有異常波動(dòng)時(shí)，監(jiān)測(cè)器通過3G網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器發(fā)送異常信息，服務(wù)器將地圖標(biāo)注顏色更改為黃色；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，標(biāo)注更改為紅色；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常時(shí)，標(biāo)注為綠色。操作員可在電子地圖上標(biāo)注各電節(jié)點(diǎn)以及光節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)信息，描繪網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅰ８匾氖?，監(jiān)控平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息標(biāo)注，顯示突發(fā)事件，如安全播出故障、非法信號(hào)切入等。地理信息化有利與給操作人員帶來更直觀的系統(tǒng)狀態(tài)，更便捷的操作方式，極大地壓縮初級(jí)維修人員的地理信息培訓(xùn)時(shí)間。維修人員可從地圖上直接了解故障所在地點(diǎn)，安排適當(dāng)?shù)慕煌üぞ摺?/P>

圖5 Google電子地圖在線預(yù)警示例

　　3.2 圖像監(jiān)測(cè)

　　目前國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)異常的偵測(cè)，采用偵測(cè)信號(hào)強(qiáng)度方式或是識(shí)別碼方式判斷網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)。這兩種識(shí)別手段均以模擬電視偵測(cè)技術(shù)發(fā)展而來。

　　由于信號(hào)強(qiáng)度由信號(hào)功率和噪聲功率累加，因此網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的突發(fā)噪聲往往引起監(jiān)測(cè)器的大量誤判。采用GPRS通道會(huì)由于帶寬瓶頸無法大量傳輸網(wǎng)絡(luò)的節(jié)目播放截圖，采用3G接入則可解決帶寬瓶頸問題。圖6為通過Google地圖平臺(tái)操作的監(jiān)測(cè)點(diǎn)電視節(jié)目播放截圖。節(jié)目圖像通過3G網(wǎng)絡(luò)回傳發(fā)布，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)節(jié)目播放圖像。

圖6 Google電子地圖監(jiān)測(cè)器節(jié)目播放狀態(tài)測(cè)量示例

　　3.3 信號(hào)測(cè)量

　　HFC網(wǎng)絡(luò)受到干擾來源，主要為突發(fā)噪聲。噪聲持續(xù)一段時(shí)間后，將會(huì)減弱。采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試手段，往往會(huì)發(fā)生測(cè)試人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后觀察不到噪聲現(xiàn)象，而當(dāng)測(cè)試人員不在場(chǎng)時(shí)現(xiàn)象反而明顯的情況。圖7為系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)采集網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的星座圖，通過星座圖的噪聲模型，定性、定量、定時(shí)對(duì)噪聲進(jìn)行分析，達(dá)到智能化、遠(yuǎn)程化檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的目的。

圖7 單頻點(diǎn)信號(hào)質(zhì)量測(cè)量示例

　　3.4 頻譜掃描

　　圖8為Google電子地圖模式下進(jìn)行頻譜掃描操作。

　　頻譜掃描通常用于HFC網(wǎng)絡(luò)安裝及維修，它是信號(hào)在線路傳輸穩(wěn)定性的重要依據(jù)。通過頻譜調(diào)整有源器件的增益及均衡，可有效提高HFC傳輸線路的穩(wěn)定性。

圖8 Google電子地圖頻譜掃描操作

　　4 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)采用3G技術(shù)進(jìn)行HFC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)，特點(diǎn)如下：

　　（1）解決單向HFC網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)，目前3G網(wǎng)已大量覆蓋。

　?。?）提高網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)可靠性，采用第三方網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)可有效提高網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)可靠性。

　?。?）接入便利，3G網(wǎng)采用無線接入方式，解決回傳網(wǎng)絡(luò)布線問題。

　　（4）解決網(wǎng)絡(luò)回傳帶寬，3G網(wǎng)較GPRS等接入方式，具有更大的帶寬反饋監(jiān)測(cè)器所檢測(cè)到的節(jié)目安全播出圖像。

　　本文方案HFC網(wǎng)監(jiān)控監(jiān)測(cè)器可通過3G網(wǎng)絡(luò)將HFC網(wǎng)的信號(hào)質(zhì)量及數(shù)字電視圖像反饋到前端服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)單向HFC低成本安全播出監(jiān)測(cè)。不僅可以提高HFC網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商對(duì)HFC網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控能力，降低HFC網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的運(yùn)維成本，還可提高HFC網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的運(yùn)維效率。