新技术条件下技术灾备系统研究

新技术条件下广播技术灾备系统研究摘要目前我国广播播控技术已经进入了一个网络化数字化的年代，广播技术工作者在新技术支持下得到了极大便利，但同时我们的安全播出也面临着新的挑战。本文主要针对新技术条件下，结合广东电台的实际情况，提出应对重大技术故障的防患措施，并将其上升到防灾的高度来对待，对安全播出工作具有一定的参考价值。关键词灾备系统安全播出交换矩阵设计分析改造1前言二十一世纪初期，神州大地上一股电脑化、网络化的热潮席卷广播界，各地电台纷纷上马以大型交换矩阵为核心基于电脑自动化控制为基础的新一代广播播控系统。这种新一代系统融合了IT技术和广播技术，构建了从播控到传输各个环节全数字化、电脑化的网络平台，广播信号的采样、量化、交换、压缩编码、时分复用、传输等过程全部依赖计算机的控制，通过功能各异的板卡来完成，计算机的强大功能被发挥到了极致，从此我们的广播进入了电脑化、网络化、甚至智能化的时代。在新一代播控系统正常运作的情况下，我们广播技术工作者获得了极大的便利，所有的信号监控、处理和调配都只要轻鼠标即可瞬间完成，寥寥几根的光纤就取代了传统所需要的大量的音频线缆，具有强大交换功能的数字矩阵取代了跳线板，高度集成的功能板卡取代了各种广播专用设备，整齐划一的电脑机箱和耀眼的指示灯把广播机房装点的极具观赏性。但是，我们在欢欣鼓舞之后，不得不冷静地面对一个严峻的事实，那就是如何确保新一代广播播控系统的绝对安全。2技术灾备系统研究的必要性大家知道，新一代播控系统就是基于计算机控制的，以IT技术和广播技术结合后的产物，而目前的这种结合还远达不到融合的程度，基于民用的PC架构的计算机设备，兼容性很好但牺牲了稳定性，微软操作系统功能强大却漏洞百出，各种高度集成的板卡的驱动、通信高度依赖计算机及网络系统，缺乏高稳定性和可靠性的通用型计算机及网络系统就这样被我们引进到广播的每一个环节，这和广电行业保证绝对安全的要求是有矛盾的。实践证明，我们在新一代播控系统面前可以说是如履薄冰，严防死守，因为IT技术带来的故障具有突发性、不确定性和隐蔽性，数字系统的容错能力极差，系统级和集成电路级的故障更是防不可防。我们能做的就是多购置各种各样的备品备件，制定尽可能详尽的应急预案，可这些措施仅能应对系统某个设备或者局部出现的故障，却无法应对发生灾难性系统崩溃事故，或者多个环节连锁甚至并发的技术故障，这就是我们广播技术工作者目前面对的最大挑战，也是广播播出安全隐患的症结所在，我们必须上升到防灾的高度来应对重大技术故障的出现，彻底解决新技术条件下的安全播出隐患。广东电台新一代播控系统使用已近十年，我们在充分享受和体验新一代播控系统的便利和高效的同时，我们也深知居安思危，未雨绸缪的必要。为了防备重大技术故障，我们于2009年着手建设一个应急播出系统，用于防范重大灾难性技术故障，因此我们称之为技术灾备系统。经过一年多的不断完善和使用，该系统稳定可靠，为我台安全播出构筑了又一道坚实可靠的防线。3技术灾备系统的定位和设计目标31总体目标根据广电总局对重大事故恢复时间的要求以及广东电台技术系统的现状，我们制定广东人民电台安全播出技术灾备系统的总体目标是技术灾备系统必须相对现有主系统独立运作，安全稳定，简单易用。灾备系统在线备份，在主系统发生灾难性事件和重大故障情况下，灾备系统能成为主系统的备份，全面或部分接替主系统运作，保证广东电台各套节目的安全播出。32设计要求（1）灾备系统必须备份主系统全部信号源，技术灾备系统信号直达各重要终端用户，包括发射台和卫星地球站以及各外围机房，由终端用户负责切换。保障级别达到15秒内。（2）灾备系统考虑改造和完善备份直播室和三个分频直播室，以随时作为各主直播室的备用直播室。紧急情况下在总控可通过简单跳线实现直播室信号切换。保障级别可以大于15秒。（3）灾备系统传输链路中的节目信号必须包含主系统中的全部重要节目。技术灾备系统与主系统的传输路由各自独立，分路传输，互为备份，两路信号直达终端用户信号前端,并由终端用户负责倒备切换。（4）灾备系统配备独立供电系统，各种设备要求采用双电源结构，确保电力故障时，灾备系统能够正常工作。4技术灾备系统设计分析技术灾备系统重点在于防备重大技术事故，因此，我们针对广播链路上的各个环节可能出现的重大技术问题分别作出灾备设计。经过分析调研，灾备系统的设计包括广播播控系统、直播室系统、传输系统、音频工作站系统等和播出安全直接关系的环节，通过锁定各个环节可能出现的重大技术问题，作出相应的对策。灾备的总体系统图如图4所示微波站调频台522地球站总控播控系统灾备跳线盘灾备音分灾备光端机直播室信号控制室信号中一信号四选一直播室信号备份工作站各频道直播室音乐之声939直播室新闻频道直播室总控灾备系统灾备光缆灾备时接入音频信号核心交换机灾备交换机播出服务器灾备服务器播出站资料灾备音频工作站灾备系统图4灾备系统图41播控系统的改造我台的播控系统使用已经接近十年，系统主要由主备大型交换矩阵组成，所有来自直播室和外台的信号通过矩阵进行处理和交换。那么，播控系统潜在的重大技术问题就是主备矩阵同时出现不可修复的故障而导致所有信号处理紊乱和失效，我们的灾备系统就是必须绕开现有矩阵，把所有的信号通过跳线方式可以直接送至各自目的地，确保信号可控可见。设计方案如下（1）在原有数字信号基础上，增加所有直播室模拟信号输出和中央台、国际台各套节目模拟信号，并全部传送至总控室，作为灾备信号源。（2）直播室信号先接入跳线版再进行分配传输，便于直播室信号的调度和实现应急CD信号的插入。（3）利用光端机将信号直接送到各个发射点，实现灾备系统与原有系统并行运行，终端切换，双重保险。（4）通过光端机的数模转换，播控灾备系统可以输出数字信号，当总控室主数字系统出现故障，可以利用灾备数字信号恢复部分数字通路传输。系统图如图41所示直播室模拟信号跳线版模拟音分光端机发射点监听监看设备应急CD中央台模拟信号总控室灾备系统图41总控室灾备系统示意图42直播室灾备系统421广东电台新闻频道直播室的灾备改造2008年广播电视安全播出事件/事故管理规定的施行对上星公益频道的安全播出提出了更高的要求。根据规定，在重要保证期内上星公益广播节目停播时长大于等于15秒即属于重大事故，必须上报广电总局。因此在灾备系统设计的时候就要考虑到如何满足新的安全播出规定的问题。改造后的信号路由图如图421下，红色部分为新增设备和线路直播室调音台四选一控制室调音台模拟音分总控室输入中一信号总控播控系统主/备光纤话筒放大器嘉宾（原模拟PGM电缆）灾备输出信号ABC总控灾备系统图421新闻频道直播室容灾改造后信号路由示意图改造前，新闻频道直播室调音台、机箱等播出设备是播控通路上的单节点，发生故障难以短时间内恢复功能。改造后，新闻频道直播室应付突发故障的能力大大提高。当直播室调音台或机箱发生故障无信号输出，四选一在12秒内检测不到信号，马上启动机内存储的音频文件进行补乐，保证灾备系统的信号输出。此时技术人员调整线路，将四选一手动切换到B路，控制室的调音台作为临时应急调音台使用，工作站也可接入控制室调音台使用；主持人通过嘉宾话筒维持语音播出，这样可以快速恢复直播室的节目播出，同时技术人员也可以有充足时间对直播室调音台进行维修或者启动备份直播室顶替原直播室播出。若故障发生在转播中央台节目时段，技术人员可以手动切换到C路，保证节目的正常转播。422备用直播室和三个分频直播室的改造我台原来的直播室设计为一备八，也就是只有一个备用直播室，为了应对直播室极端技术故障出现，也就是必须考虑多个直播室同时出现故障无法播出的情况。因此，我们决定在完善现有备用直播室的同时，还要充分利用珠江台、音乐之声、城市之声分频直播室。通过对这三个分频直播室的改造，在多间直播室出现故障的紧急情况下，这三个分频直播室也能充当备用直播室，同时又能利用音频工作站维持自身节目的播出。以音乐之声分频直播室改造为例，其设计方案如下调音台延时器模拟音分备份音频站数字音分紧急状态下用备份工作站维持939直播室播出跳线板原939直播室节目往总控室路由紧急状态下用作其他频道直播室节目输出原模拟到小台原路总控室灾备系统图122音乐之声939直播室改造方案红色部分是新增设的设备和线路，主要增加了两台音频分配器。1正常情况下，音乐之声939节目路由是调音台延时器跳线版总控室。2在应急情况下，音乐之声939直播室作为其它频道的应急直播室。上图的跳线板跳接到数字音分，音乐二版节目通过音频工作站播出，经过数字音分，到总控室；而调音台输出的信号经过延时器模拟音分总控室灾备系统，再在总控室灾备系统上通过跳线，将此信号输入到发生故障的直播室通道中。这样又可实现备份直播室的功能，原音乐之声939节目也可以继续使用音频工作站播出。当发生紧急情况，某直播室无法播出，我们可以马上启动灾备系统的应急CD，从跳线版上抽取CD信号插入到对应的直播室通路保证信号输出；然后启用备份直播室，将备份直播室的输出信号（SP）插入原直播室通道恢复播出。43传输系统的改造广东电台光缆传输网始建于1996年，目前共有5条12芯光缆、2条24芯光缆的全光传输网络，全天候将中央台和本台共24套广播电视节目传送至调频发射台、中波台、地球站、网络公司、微波总站等目的地。通过对现有的传输系统的排查，我们发现当前传输系统存在以下问题A传输线路上各种设备过多，包括了二选一、数字音分、跳线盘等保护或分配设备，任何一个设备出现故障，都可能影响到传输系统稳定性。B广播中心至中波台的传输链路由一条光纤传送（主用）和卫星接收（备份）构成，备份安全系数不高。根据以上分析和各路信号目的地的不同，我们为每一路信号开辟了新的路由。新路由的设计原则是尽量实现“两个点，一条线”，中间不连接其他设备，以防增加故障点，简单安全；信号的传输线路利用原有传输系统的备份光芯，合理调度充分利用，容易实现。其基本路由结构为直播室或中央台输出信号经灾备系统音分后，直接进入不同目的地的光端机，直接送到目的地解码使用。下图为各类灾备信号路由简图。总控室播控系统总控室灾备系统灾备光端机调频发射台微波站地球站前端机房地球站网络公司522卫星接收图43灾备信号路由简图（红色为灾备线路）44广播音频工作站系统核心交换设备和资料库灾备改造。音频工作站系统最主要的设备是核心交换机、服务器和存储系统，因此预防灾难性技术事故就是如何防备主备核心交换机或者主备服务器以及存储系统同时出现故障导致系统无法工作。至于播出站或者楼层交换机故障都是可以通过备份设备较快予以处理和恢复的。441灾备方案设计针对以上极端情况的假设，我们的灾备方案主要是在重点部位增加备用设备和线路，包括增加两台部门级的交换机作为核心交换机的备份，当核心交换机同时出现故障时，将所有服务器和播出站连入两台灾备交换机的光纤接口中，作为灾备使用。增加一台灾备服务器作为服务器组的公共备份，增加一台大容量磁带机和一台大容量的阵列柜，并与灾备服务器相连。灾备服务器通过光纤链路连入核心交换机中，与现有主服务器及其存储设备进行数据同步，确保所连接的灾备磁带机和磁盘阵列柜的数据处于最新状态，既是数据备份，同时也随时可以配合灾备服务器启用。灾备方案结构如下图所示。核心交换机2灾备交换机1其它服务器播出站灾备服务器磁带机阵列柜阵列柜接入层交换机制作站核心交换机1播出服务器接入层交换机制作站灾备交换机2播出站灾备系统新增设备灾备时接入资料灾备图44灾备方案结构图442灾备系统方案的启用流程灾备系统的功用，是防止在系统核心交换机同时出现故障，或者播出服务器主机及阵列柜出现故障的情况下，对正常的网络播出产生影响以致造成播出事故。主要原理为若核心交换机出现故障，在保证正常播出的情况下，将服务器和播出站的光纤链路连入灾备交换机中，在短时间内恢复正常网络播出，修复故障后切回原系统。若音频数据或数据库访问出现故障，在保证正常播出的情况下，在最短时间内利用灾备系统中的资料备份进行恢复。下面为两种情况下操作的详细流程。443核心交换机出现故障的应急措施1保证各频道一台播出站采用本地播出方式，避免播出事故。2将所有播出服务器以及各播出站的光纤链路接至灾备系统交换机中。3灾备系统交换机端口全部划分为VLAN20。停用原有DHCP作用域，启用灾备使用DHCP作用域，IP地址段为19216820。4播出站重新获取IP地址后，即可正常进行网络播出。5原核心交换机恢复使用后，先保证各频道一台播出站采用本地播出方式，避免播出事故。6将所有的播出服务器以及各播出站的光纤链路接回核心交换机中。7停用灾备使用DHCP作用域，启用原有DHCP作用域。8播出站重新获取IP地址后，即可正常进行网络播出。444播出服务器或其阵列出现故障的应急措施1保证各频道一台播出站采用本地播出方式，避免播出事故。2从灾备系统阵列柜或磁带机中恢复最新数据至故障播出服务器。3当数据恢复完成后，经测试无问题，恢复频道的正常网络播出。五、技术灾备系统的创新和使用效果51技术灾备系统的创新之处1较早地提出电台安全播出保障的新理念，把播出链路上的系统性重大故障提高到灾难性事件的高度来对待。2构建一个独立而并行于现有播出系统、具备操作简单性能稳定的在线技术灾备系统。技术灾备系统可以在原系统崩溃的情况下独立运行，这是我们在系统设计上的一种创新，一般的做法是不断查找现有系统的薄弱环节，通过采取各种各样的措施去完善现有播出系统。而我们对技术灾备系统的考虑是尽量不和现有播出系统发生关系，两个系统之间是一种并列的关系，从而能够避开现有系统的局限和影响，系统性搭建一个能独立运作的技术灾备系统平台。3技术灾备系统实现了技术全覆盖，着重针对广播的每一个重要环节可能出现的重大故障，系统性地加以分析和解决。因此我们在系统设计的时候就更加注重各环节之间的关联性，每个子系统既能独立运作、分段技术灾备系统，也能组成一个完整的播出传输体系，在现有系统完全瘫痪时，全面接管其工作。4系统设计上的去IT化也是技术灾备系统的一个创新点。考虑到我们现有的播出系统是全数字化的系统，足可满足我们的日常广播使用需求，而技术灾备系统更多的是追求简易稳定，能充分应对现有系统的突发重大技术故障，因此，我们尽量采用传统的成熟的广播设备，确保技术灾备系统具备高度的实用性和可用性，系统基本做到去IT化