有線電視射頻信號監控系統的建設

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【摘要】分布式射頻監控是有線電視信號傳輸網絡運維難點的有效解決方法。本文介紹了如何在有線電視網絡中有效整合現有設備網管，規劃建設全網全程的有線網絡管理系統，用自動化手段實現網絡射頻信號傳輸的監管和維護。

【關鍵詞】有線電視，網管，全網全程管理

有線電視的信號質量，直接關系到用戶的使用體驗。對網絡傳輸的監控和保障，一直是運維部門的重要職責。現網中運營的“光傳輸平臺”、“CMTS”、“IPQAM”等各類電視傳輸設備，分別由獨立網管控制。對于故障處置，需要不同職責部門的人員共同參與。這種分散運維的方式存在人力耗費、定位不準、速度不快、效率不高的問題，嚴重影響了播出服務的順暢性。在工業自動化浪潮中，陳舊的運維模式已經無法適應現代網絡的主動管理需求。整合分散網管，建設智能化一體管理系統，實現有線電視雙向傳輸全程全網管理，加強運營指標自動監控，減少故障定位耗時，減少人力投入，打造端到端安全播出體系，是勢在必行的舉措，也是促使我們建設本系統的意義所在。

1.有線電視網絡架構及關鍵點

我們的雙向網絡，主要由“核心機房”、“分中心機房”和“用戶分配網”組成。結構如圖1。網絡中，每個環節都有重要的傳輸設備，不同設備的關鍵信源指標都需要實時（或定期）監控，以保證全網的運營質量。1.1核心機房。核心機房主要負責將總前端直播信號，使用光發射機通過光纜分發到各分中心機房。總前端主要監控節點為注入光發設備的信號源指標及播出質量，這些在建設時，都已部署專用網管系統，由“調度中心”實時監管。1.2分中心機房。各個區域的分中心機房，是整個網絡中的重要環節，負責將直播節目、互動點播內容和互聯網接入服務送達末端用戶。所有服務都通過機房流轉，這些業務的傳輸設備，有很多信號節點，指標各不相同,平時需要不斷監控，才能保證用戶端的服務質量。機房設備組網主要分為“下行信號”和“上行信號”兩塊，大致的結構及監控點設置如圖2。1.下行：由“直播信號”和“互動信號”混合組成從核心機房下送的“直播信號”通過光接收機接收后，轉方中奇，侯曉青（江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司蘇州分公司，江蘇215000）換成總射頻信號源。這個信號源覆蓋下轄區域內上萬的終端用戶，極為重要。在第一級信號分配點前，設置有“監控點1”，確保所有頻道電平穩定在規定范圍內?？傂盘栐赐ㄟ^無源射頻分配器件，將信號注入光發射模塊寬帶口，由發射模塊傳送到戶外的光站，接入“用戶分配網”。在每一塊光發射模塊的前級輸入信源分配器，設置有“監控點2”，用來監控輸入模塊的信號電平。從IPQAM和CMTS設備輸出的“互動信號”混合后，注入光發射模塊窄帶口，在模塊注入口前一級無源器件輸出口，設置有“監控點3”，用來監控互動信號電平。同時，下送的信號，會有一路送達調度中心，定時進行點播測試。2.上行：主要是用戶終端的互動請求指令從分配網絡光站接收的回傳光信號，經光接收模塊轉換成射頻信號，經過“回傳網絡”送至CMTS，由其完成用戶請求內容的提取和下送。在接收回傳信息的光接收模塊輸出端，設置有“監控點4”，監控回傳信號電平。1.3用戶分配網。主要由戶外的“分配網絡”和室內的“用戶終端”構成。如圖3。室外的“分配網絡”主要負責將信號覆蓋到末端用戶。其中：光站、放大器這些節點的信號質量，通過日常的人工巡檢來保障。在光站輸出口設置有“監控點5”，巡檢人員使用場強儀來監控雙向鏈路的傳輸質量。平時的業務故障處置，主要是排查導致室內用戶末端的信號電平指標異常的原因。通常在用戶端CM（含機頂盒集成、分體式）設置有“監控點6”，平時可通過“CM網管”遠程觀察末端輸入的信號電平，判斷用戶網絡的情況。

2.系統建設

2.1基礎架構。整個架構由分中心的“射頻監控系統”（以下簡稱“監控系統”）和傳輸中心“射頻監控網管”（以下簡稱“監控網管”）組成。每個分中心機房內的監控系統搭建，均由一臺機架式“頻譜分析儀”（以下簡稱“分析儀”）、一臺16端口“射頻切換開關”（以下簡稱“射頻開關”）和一臺交換機組成。結構如圖4。機房內的設備之間通過網線相互連接。所有機房的設備，由城域網互連，通過設置在傳輸中心的監控網管服務器組網管理。分析儀是系統的核心設備，它是一臺機架式數字電視頻譜分析儀，可監視的頻率范圍從5MHz到1220MHz，支持DVB-C/DOCSIS3.0下行信號（46MHz〜1220MHz）解調及指標測試，支持DOCSIS3.1下行OFDM信號解調及指標測試。它可以通過監控網管遠程操作，完成對輸入射頻信號指標的測試和數據上傳。該設備有一個射頻輸入口，使用電纜線連接一臺多端口的射頻開關，用來擴充監控端口數量。切換開關有16個端口，用電纜線連接需要管控的物理監控點，通過網管選擇指定的端口，將射頻信號輸入到分析儀進行測試。監控網管是部署在傳輸中心的網管軟件，負責將所有硬件設備互連起來，實施測試及數據上傳，對上傳的數據進行質量判斷、數據備份、歷史分析、報表輸出等操作。網管采用B/S模式，客戶端可使用瀏覽器訪問服務器數據。2.2應用方式。分中心機房“直播網絡”、“互動網絡”、“回傳網絡”各監控點，屬于設備外部的獨立物理節點，無法由設備網管直接監控,都是人工現場測試。通過“射頻監控系統”，分中心機房內這些獨立的監控節點以及用戶端的監控通道就被聚合起來，形成網絡化管控，實現了遠程監管、分析不同業務信號的數據，做到了有效判斷和定位網絡傳輸的故障發生點，結構如圖5。每個分中心機房納入監控系統的信號，分為“下行”和“上行”兩部分。下行信號主要為“直播電視”、“互動點播”和“互聯網訪問”的業務內容（監控點1〜3），電平指標有恒定性要求。我們將這些業務以前人工監控的端口，接到“射頻開關”，由分析儀進行定時輪巡監控。運維人員通過監控網管可遠程查看（或實時監看）指定端口數據，或對分析儀進行相關操作。分配網運維人員使用的場強儀，和用戶CM所發出的“回傳信號”（監控點4〜6），是上行信號的組成部分。運維人員在戶外光站或樓棟入戶分配箱處，對網絡進行常規質量巡檢及故障排查時，使用場強儀對端口雙向信號指標進行測試。場強儀能作為監控系統的移動終端，使用指定IP訪問方式上連至監控網管。測試中，上行數據通過“CMTS網絡”上傳至監控網管遠程查看。對于用戶端，當其CM在線期間，運行數據通過“CMTS網絡”傳至“CM網管”。當用戶使用中遇到不能正常接收內容的情況，運維人員上門檢修時，使用場強儀替換用戶CM接入網絡，其測試數據同戶外檢查一樣，會上傳至監控網管遠程查看。對于上行鏈路的檢查，也可以在“監控點4”，使用客戶端遠程實時觀察光站、入戶分配箱及用戶端的反向頻點電平值，判斷鏈路的質量。機房內“射頻監控系統”、“CMTS網絡”兩套系統，分別連通至傳輸中心各自網管，在傳輸中心由辦公網連通，不同部門運維人員通過客戶端應用，實現遠程數據的相互訪問。

3.使用介紹

3.1信號監控。下行信號是機房內主要的傳輸業務，需要進行長期的監控來觀察其數值的情況，是監控系統的主要觀察對象。目前，監控網管制定了“每小時完成一個端口”周期性測試計劃，由各機房的分析儀進行自動測試，主要檢查信號的“電平”、“MER”和“BER”等主要數值。每個端口完成計劃后，會自動生成一條記錄，上傳到網管服務器。運維人員打開遠程客戶端應用，就可以查看某一端口的詳細頻道測試數據，如圖6。系統初始運行前，網管軟件中已設定了不同端口對應的指標數值及波動門限范圍。信號測試時，監控網管會將測試的數值與設定門限進行比對，如果某數值超出門限，測試記錄中會以特殊顏色標識出有問題的條目，并在網管系統主界面中根據相應級別顯示告警提醒。調度中心根據告警提示，通知相關運維人員實施故障處理。當運維人員需要了解某個特定端口當前信號情況的時候，也可以利用實時監看功能進行查看。圖7和圖8是對某下行端口信號的實時頻譜掃描和頻道測試界面。3.2數據分析。系統測試的數據都會存儲到服務器，用來進行一些日常網絡運營質量的分析工作。1.數值比對一般用來對端口信號進行橫向比較。比對采用差值形式示意，如圖9。一種用法是對不同分中心（兩個及以上）相同節點的信號做比對，查看數值的一致性，通過差值數值的大小（或曲線的重疊度），找尋是否有機房信號發生明顯劣化。另一種用法，是對同一機房內，光發射模塊寬帶和窄帶口注入信號比較。窄帶信號電平要高于寬帶信號電平12dB，利用比對曲線可以觀察電平的插值是否符合調制要求。2.波動分析主要用來對同一端口信號進行縱向分析，查看信號的運營趨勢。以往人工對某一端口固定頻道的長期監控，對數值進行波動情況檢查，是比較難的工作。監控系統安裝后，測試變為了常態化，我們只要調取某個端口指定時間段的連續記錄，就能得到數據的運行趨勢，如圖10。對頻道數值的趨勢分析，可以更好地發現特定信號的異常波動，及時排除隱患。3.異常情況統計隨著網絡中的運營設備不斷增加，監控的節點也越來越多。如果每天都要單獨比對分析各設備下連監控端口的數據，會耗費很多時間。測試值異常情況的集中分析，讓我們可以將某時間段（一般按周或月）里，所有被監控端口的信號異常占比情況，通過圖形顯示出來，提供一份簡便的核查資料，如圖11。各端口信號電平的階段性異常比例，結合故障報修數量，可以有效判斷出導致區域網絡運營質量下降的原因。對于異常比較高的端口，我們會引起重視并及時安排隱患排查。3.3故障維修。系統除了固定的監控，也可用來配合戶外運維人員，完成故障維修。雙向網絡結構中，下行業務的是單向傳輸的播出信號，一般通過系統遠程實時監看機房內信號的狀況，就能很容易判斷故障點是否在機房。并告知相關運維人員進行排查。當故障涉及上行業務，就由系統和運維人員配合。監控系統負責遠程實時監看機房內“回傳網絡”中反向信號的端口，運維人員到戶外光站、入戶分配箱或用戶終端，使用場強儀發送上行信號。系統根據監看的上行信號電平值，來分析用戶鏈路的情況。如果上行電平低于標準值，運維人員可以遠程登錄“CM網管”，來查看場強儀工作參數，判斷是設備還是鏈路故障。這種系統和運維人員配合工作的方式，也能用于新建雙向網絡的反向鏈路調試。監控系統的建設使用，加強了有線電視信號傳輸的管理，消除了無謂的人力、物力消耗，提高了運維自動化程度。公司網絡監管的效率有了很大改善，有效地提高了用戶滿意度，更好地發揮有線電視網絡作為文化輿論宣傳陣地的信息傳播作用。

參考文獻：

[1]陳柱稷.有線數字前端智能監測系統的設計[J].有線電視技術,2015(12).

[2]付瑞,張定京,牛泰龍,常琳.廣播監測系統構成要素研究.中國有線電視,2019(2).

作者:方中奇 侯曉青 單位:江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司蘇州分公司