有线电视射频信号监控系统的建设

【摘要】分布式射频监控是有线电视信号传输网络运维难点的有效解决方法。本文介绍了如何在有线电视网络中有效整合现有设备网管，规划建设全网全程的有线网络管理系统，用自动化手段实现网络射频信号传输的监管和维护。

【关键词】有线电视，网管，全网全程管理

有线电视的信号质量，直接关系到用户的使用体验。对网络传输的监控和保障，一直是运维部门的重要职责。现网中运营的“光传输平台”、“CMTS”、“IPQAM”等各类电视传输设备，分别由独立网管控制。对于故障处置，需要不同职责部门的人员共同参与。这种分散运维的方式存在人力耗费、定位不准、速度不快、效率不高的问题，严重影响了播出服务的顺畅性。在工业自动化浪潮中，陈旧的运维模式已经无法适应现代网络的主动管理需求。整合分散网管，建设智能化一体管理系统，实现有线电视双向传输全程全网管理，加强运营指标自动监控，减少故障定位耗时，减少人力投入，打造端到端安全播出体系，是势在必行的举措，也是促使我们建设本系统的意义所在。

1.有线电视网络架构及关键点

我们的双向网络，主要由“核心机房”、“分中心机房”和“用户分配网”组成。结构如图1。网络中，每个环节都有重要的传输设备，不同设备的关键信源指标都需要实时（或定期）监控，以保证全网的运营质量。1.1核心机房。核心机房主要负责将总前端直播信号，使用光发射机通过光缆分发到各分中心机房。总前端主要监控节点为注入光发设备的信号源指标及播出质量，这些在建设时，都已部署专用网管系统，由“调度中心”实时监管。1.2分中心机房。各个区域的分中心机房，是整个网络中的重要环节，负责将直播节目、互动点播内容和互联网接入服务送达末端用户。所有服务都通过机房流转，这些业务的传输设备，有很多信号节点，指标各不相同,平时需要不断监控，才能保证用户端的服务质量。机房设备组网主要分为“下行信号”和“上行信号”两块，大致的结构及监控点设置如图2。1.下行：由“直播信号”和“互动信号”混合组成从核心机房下送的“直播信号”通过光接收机接收后，转方中奇，侯晓青（江苏省广电有线信息网络股份有限公司苏州分公司，江苏215000）换成总射频信号源。这个信号源覆盖下辖区域内上万的终端用户，极为重要。在第一级信号分配点前，设置有“监控点1”，确保所有频道电平稳定在规定范围内。总信号源通过无源射频分配器件，将信号注入光发射模块宽带口，由发射模块传送到户外的光站，接入“用户分配网”。在每一块光发射模块的前级输入信源分配器，设置有“监控点2”，用来监控输入模块的信号电平。从IPQAM和CMTS设备输出的“互动信号”混合后，注入光发射模块窄带口，在模块注入口前一级无源器件输出口，设置有“监控点3”，用来监控互动信号电平。同时，下送的信号，会有一路送达调度中心，定时进行点播测试。2.上行：主要是用户终端的互动请求指令从分配网络光站接收的回传光信号，经光接收模块转换成射频信号，经过“回传网络”送至CMTS，由其完成用户请求内容的提取和下送。在接收回传信息的光接收模块输出端，设置有“监控点4”，监控回传信号电平。1.3用户分配网。主要由户外的“分配网络”和室内的“用户终端”构成。如图3。室外的“分配网络”主要负责将信号覆盖到末端用户。其中：光站、放大器这些节点的信号质量，通过日常的人工巡检来保障。在光站输出口设置有“监控点5”，巡检人员使用场强仪来监控双向链路的传输质量。平时的业务故障处置，主要是排查导致室内用户末端的信号电平指标异常的原因。通常在用户端CM（含机顶盒集成、分体式）设置有“监控点6”，平时可通过“CM网管”远程观察末端输入的信号电平，判断用户网络的情况。

2.系统建设

2.1基础架构。整个架构由分中心的“射频监控系统”（以下简称“监控系统”）和传输中心“射频监控网管”（以下简称“监控网管”）组成。每个分中心机房内的监控系统搭建，均由一台机架式“频谱分析仪”（以下简称“分析仪”）、一台16端口“射频切换开关”（以下简称“射频开关”）和一台交换机组成。结构如图4。机房内的设备之间通过网线相互连接。所有机房的设备，由城域网互连，通过设置在传输中心的监控网管服务器组网管理。分析仪是系统的核心设备，它是一台机架式数字电视频谱分析仪，可监视的频率范围从5MHz到1220MHz，支持DVB-C/DOCSIS3.0下行信号（46MHz〜1220MHz）解调及指标测试，支持DOCSIS3.1下行OFDM信号解调及指标测试。它可以通过监控网管远程操作，完成对输入射频信号指标的测试和数据上传。该设备有一个射频输入口，使用电缆线连接一台多端口的射频开关，用来扩充监控端口数量。切换开关有16个端口，用电缆线连接需要管控的物理监控点，通过网管选择指定的端口，将射频信号输入到分析仪进行测试。监控网管是部署在传输中心的网管软件，负责将所有硬件设备互连起来，实施测试及数据上传，对上传的数据进行质量判断、数据备份、历史分析、报表输出等操作。网管采用B/S模式，客户端可使用浏览器访问服务器数据。2.2应用方式。分中心机房“直播网络”、“互动网络”、“回传网络”各监控点，属于设备外部的独立物理节点，无法由设备网管直接监控,都是人工现场测试。通过“射频监控系统”，分中心机房内这些独立的监控节点以及用户端的监控通道就被聚合起来，形成网络化管控，实现了远程监管、分析不同业务信号的数据，做到了有效判断和定位网络传输的故障发生点，结构如图5。每个分中心机房纳入监控系统的信号，分为“下行”和“上行”两部分。下行信号主要为“直播电视”、“互动点播”和“互联网访问”的业务内容（监控点1〜3），电平指标有恒定性要求。我们将这些业务以前人工监控的端口，接到“射频开关”，由分析仪进行定时轮巡监控。运维人员通过监控网管可远程查看（或实时监看）指定端口数据，或对分析仪进行相关操作。分配网运维人员使用的场强仪，和用户CM所发出的“回传信号”（监控点4〜6），是上行信号的组成部分。运维人员在户外光站或楼栋入户分配箱处，对网络进行常规质量巡检及故障排查时，使用场强仪对端口双向信号指标进行测试。场强仪能作为监控系统的移动终端，使用指定IP访问方式上连至监控网管。测试中，上行数据通过“CMTS网络”上传至监控网管远程查看。对于用户端，当其CM在线期间，运行数据通过“CMTS网络”传至“CM网管”。当用户使用中遇到不能正常接收内容的情况，运维人员上门检修时，使用场强仪替换用户CM接入网络，其测试数据同户外检查一样，会上传至监控网管远程查看。对于上行链路的检查，也可以在“监控点4”，使用客户端远程实时观察光站、入户分配箱及用户端的反向频点电平值，判断链路的质量。机房内“射频监控系统”、“CMTS网络”两套系统，分别连通至传输中心各自网管，在传输中心由办公网连通，不同部门运维人员通过客户端应用，实现远程数据的相互访问。

3.使用介绍

3.1信号监控。下行信号是机房内主要的传输业务，需要进行长期的监控来观察其数值的情况，是监控系统的主要观察对象。目前，监控网管制定了“每小时完成一个端口”周期性测试计划，由各机房的分析仪进行自动测试，主要检查信号的“电平”、“MER”和“BER”等主要数值。每个端口完成计划后，会自动生成一条记录，上传到网管服务器。运维人员打开远程客户端应用，就可以查看某一端口的详细频道测试数据，如图6。系统初始运行前，网管软件中已设定了不同端口对应的指标数值及波动门限范围。信号测试时，监控网管会将测试的数值与设定门限进行比对，如果某数值超出门限，测试记录中会以特殊颜色标识出有问题的条目，并在网管系统主界面中根据相应级别显示告警提醒。调度中心根据告警提示，通知相关运维人员实施故障处理。当运维人员需要了解某个特定端口当前信号情况的时候，也可以利用实时监看功能进行查看。图7和图8是对某下行端口信号的实时频谱扫描和频道测试界面。3.2数据分析。系统测试的数据都会存储到服务器，用来进行一些日常网络运营质量的分析工作。1.数值比对一般用来对端口信号进行横向比较。比对采用差值形式示意，如图9。一种用法是对不同分中心（两个及以上）相同节点的信号做比对，查看数值的一致性，通过差值数值的大小（或曲线的重叠度），找寻是否有机房信号发生明显劣化。另一种用法，是对同一机房内，光发射模块宽带和窄带口注入信号比较。窄带信号电平要高于宽带信号电平12dB，利用比对曲线可以观察电平的插值是否符合调制要求。2.波动分析主要用来对同一端口信号进行纵向分析，查看信号的运营趋势。以往人工对某一端口固定频道的长期监控，对数值进行波动情况检查，是比较难的工作。监控系统安装后，测试变为了常态化，我们只要调取某个端口指定时间段的连续记录，就能得到数据的运行趋势，如图10。对频道数值的趋势分析，可以更好地发现特定信号的异常波动，及时排除隐患。3.异常情况统计随着网络中的运营设备不断增加，监控的节点也越来越多。如果每天都要单独比对分析各设备下连监控端口的数据，会耗费很多时间。测试值异常情况的集中分析，让我们可以将某时间段（一般按周或月）里，所有被监控端口的信号异常占比情况，通过图形显示出来，提供一份简便的核查资料，如图11。各端口信号电平的阶段性异常比例，结合故障报修数量，可以有效判断出导致区域网络运营质量下降的原因。对于异常比较高的端口，我们会引起重视并及时安排隐患排查。3.3故障维修。系统除了固定的监控，也可用来配合户外运维人员，完成故障维修。双向网络结构中，下行业务的是单向传输的播出信号，一般通过系统远程实时监看机房内信号的状况，就能很容易判断故障点是否在机房。并告知相关运维人员进行排查。当故障涉及上行业务，就由系统和运维人员配合。监控系统负责远程实时监看机房内“回传网络”中反向信号的端口，运维人员到户外光站、入户分配箱或用户终端，使用场强仪发送上行信号。系统根据监看的上行信号电平值，来分析用户链路的情况。如果上行电平低于标准值，运维人员可以远程登录“CM网管”，来查看场强仪工作参数，判断是设备还是链路故障。这种系统和运维人员配合工作的方式，也能用于新建双向网络的反向链路调试。监控系统的建设使用，加强了有线电视信号传输的管理，消除了无谓的人力、物力消耗，提高了运维自动化程度。公司网络监管的效率有了很大改善，有效地提高了用户满意度，更好地发挥有线电视网络作为文化舆论宣传阵地的信息传播作用。

参考文献：

[1]陈柱稷.有线数字前端智能监测系统的设计[J].有线电视技术,2015(12).

[2]付瑞,张定京,牛泰龙,常琳.广播监测系统构成要素研究.中国有线电视,2019(2).

作者:方中奇 侯晓青 单位:江苏省广电有线信息网络股份有限公司苏州分公司