數(shù)字電視系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
2002-1-15 /Norberg、TommyJensen
在過去的幾年中，采用基于QAM調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字有線廣播網(wǎng)已在全球許多地方建立起來。運(yùn)營商在驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量時(shí)，需要一套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行盡可能快的記錄和跟蹤。為此，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要能做到：(1)盡快檢測(cè)到錯(cuò)誤并進(jìn)行記錄(最好是在用戶察覺到錯(cuò)誤之前)；(2)用簡潔明了的方法將故障的嚴(yán)重性和所影響的服務(wù)告知運(yùn)營商；(3)找出錯(cuò)誤的根源，以便盡快糾正。
數(shù)字有線網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu):
圖1給出了DVB-C系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)主要由壓縮前端、分配網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域前端組成。
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監(jiān)測(cè)對(duì)象
以DVB-C有線網(wǎng)為例，數(shù)字電視系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上確比模擬廣播系統(tǒng)更為復(fù)雜，所要監(jiān)測(cè)的參數(shù)也更多。主要應(yīng)關(guān)注一些基本的參數(shù)。
對(duì)系統(tǒng)中的實(shí)際設(shè)備實(shí)施監(jiān)測(cè)是理所當(dāng)然的——對(duì)于不再有響應(yīng)的編碼器，管理系統(tǒng)要立即捕捉。但是，如果所有的設(shè)備都報(bào)告“運(yùn)行正常”又如何呢？有可能錯(cuò)誤依然存在，需要由測(cè)量設(shè)備來監(jiān)測(cè)。
所需的測(cè)量設(shè)備類型取決于你在系統(tǒng)中所處的位置。圖2就應(yīng)用在系統(tǒng)不同部分的測(cè)試提出建議。
字電視系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè).files/006.jpg)
基本傳輸流測(cè)試
所產(chǎn)生的傳輸流是否包含了所有信號(hào)化的內(nèi)容？解碼器是否能對(duì)信號(hào)正確解碼？
DVB ETR290技術(shù)規(guī)范(現(xiàn)在也有了新版本)規(guī)定了許多需測(cè)參數(shù)，提供了一套基本的“健康檢查”。但在許多情況下還要有附加測(cè)試，包括比特率擾亂的檢查及服務(wù)是否存在的驗(yàn)證。
要在系統(tǒng)多處進(jìn)行基本傳輸流測(cè)試，特別是在傳輸流被改動(dòng)的站點(diǎn)之后。
圖像質(zhì)量測(cè)量
圖像質(zhì)量在任何DVB系統(tǒng)中都是非常重要的。視頻信號(hào)是否被正常地編碼而沒有任何“馬賽克”或其它看得見的錯(cuò)誤？為此，在許多運(yùn)營系統(tǒng)中使用監(jiān)視墻對(duì)解碼信號(hào)進(jìn)行人工監(jiān)管。
更有效的辦法可能是使用視頻質(zhì)量分析儀。已經(jīng)開發(fā)出幾項(xiàng)技術(shù)對(duì)視頻質(zhì)量進(jìn)行客觀測(cè)量，目前這些方法與感受到的主觀質(zhì)量有很好的一致性。
在中央前端，其它能校驗(yàn)的參數(shù)還有“對(duì)白同期錄音”和“解碼器緩存填充”。
條件訪問系統(tǒng)的相關(guān)問題，在機(jī)頂盒中進(jìn)行擾頻加密和切換，可能導(dǎo)致圖像消失或劣化。為了檢測(cè)這些差錯(cuò)，要對(duì)系統(tǒng)所用實(shí)際機(jī)頂盒輸出的圖像進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
傳輸測(cè)量
監(jiān)測(cè)傳輸鏈，對(duì)于檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間“原始”數(shù)據(jù)包的傳輸來說，非常有用。在傳輸方面，會(huì)產(chǎn)生誤碼、包丟失或抖動(dòng)等問題，這將對(duì)傳輸流的所有內(nèi)容產(chǎn)生隨機(jī)影響。
在MPEG級(jí)，典型地會(huì)觀察到數(shù)量巨大的各種錯(cuò)誤——圖像“馬賽克”、包丟失、CRC錯(cuò)誤、同步錯(cuò)誤，以及最糟糕的情形——根本不同步。
如果傳輸流的分配采用ATM/SDH網(wǎng)，就應(yīng)該對(duì)來自系統(tǒng)本身的報(bào)警進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
如果傳輸流的分配采用衛(wèi)星鏈路，就要對(duì)來自接收器端的QPSK解調(diào)器的射頻參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在應(yīng)用前向糾錯(cuò)(RS碼)之前，對(duì)誤碼率實(shí)施監(jiān)測(cè)往往很有用。這樣，在引入的錯(cuò)誤過于嚴(yán)重、以至于糾錯(cuò)無能為力之前，可以及時(shí)檢測(cè)出與傳輸有關(guān)的問題。
射頻和調(diào)制測(cè)量
QAM調(diào)制器和射頻發(fā)送器處理傳送鏈的最后部分，以服務(wù)于諸如機(jī)頂盒等的接收終端。
發(fā)送設(shè)備中的錯(cuò)誤可以導(dǎo)致信號(hào)劣化，增加在解調(diào)器中引入的誤碼率。最終，差錯(cuò)的數(shù)量變得很大，以至于前向糾錯(cuò)已無能為力。這便導(dǎo)致接收信號(hào)的突然崩潰。
為了檢測(cè)這些問題，應(yīng)該在有線網(wǎng)的各個(gè)接收站點(diǎn)上設(shè)置帶有QAM解調(diào)器和射頻測(cè)量效能的傳輸流監(jiān)視器。
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總覽
前面所述要點(diǎn)在實(shí)踐中如何操作？答案是，除了監(jiān)測(cè)包含在系統(tǒng)中的現(xiàn)有設(shè)備以外，還應(yīng)該在傳輸鏈有需要的地方設(shè)置監(jiān)測(cè)設(shè)備。
在大型的中央前端，對(duì)于編碼視頻信號(hào)，應(yīng)該使用像“圖像質(zhì)量分析儀”這樣的專用設(shè)備去捕捉問題。
應(yīng)該對(duì)傳輸鏈中的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管。對(duì)于SDH網(wǎng)絡(luò)，要監(jiān)測(cè)電信設(shè)備，以俘獲與較低層協(xié)議有關(guān)的問題。
應(yīng)該在貫穿系統(tǒng)的合適地方設(shè)置具有監(jiān)測(cè)作用的“看門狗”，其性價(jià)比高，具有解調(diào)能力，能對(duì)基本傳輸流內(nèi)容進(jìn)行校驗(yàn)。
在發(fā)射場站應(yīng)該使用傳輸流監(jiān)視器，其解調(diào)功能和射頻測(cè)量能力可以對(duì)傳輸信號(hào)的劣化做出早期報(bào)告。
在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)上監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量可能很多。作為一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，另一個(gè)重要性能是收集和展示單個(gè)用戶界面的所有報(bào)警狀態(tài)。這就需要網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。
傳輸流監(jiān)測(cè)特性
運(yùn)營商需要在DVB-C網(wǎng)的關(guān)鍵位置上設(shè)置傳輸流監(jiān)視器，其實(shí)用特性如下：
報(bào)警產(chǎn)生與瀏覽能力
傳輸流監(jiān)視器有三項(xiàng)任務(wù)：(1)檢測(cè)錯(cuò)誤，報(bào)警發(fā)生時(shí)給出報(bào)告；(2)記錄報(bào)警以便隨后跟蹤；(3)為操作者提供一套工具，可在任意時(shí)間按命令瀏覽內(nèi)容、實(shí)施測(cè)量。正常運(yùn)行時(shí)，第一項(xiàng)最為重要。無論何時(shí)檢測(cè)到問題，“看門狗”都應(yīng)能起作用。當(dāng)運(yùn)營商接收到報(bào)警或疑點(diǎn)時(shí)，便要訪問監(jiān)視器，進(jìn)一步了解情況。隨后，要允許運(yùn)營商瀏覽傳輸流，并要有一個(gè)工具箱可供遠(yuǎn)程使用，這點(diǎn)很重要。
記錄日志文件對(duì)于解決發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和內(nèi)容提供商之間事關(guān)分清錯(cuò)誤責(zé)任的爭議很有幫助。
持續(xù)監(jiān)測(cè)與循環(huán)法測(cè)試
為減少監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的花費(fèi)，建議在大多數(shù)情況下采用循環(huán)監(jiān)測(cè)的方法。其原則是使用一些外部開關(guān)，讓監(jiān)視器在幾個(gè)流之間循環(huán)作用，每隔比如1min，從一個(gè)流切換到另一個(gè)流，進(jìn)行測(cè)試。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是減少了分析儀的數(shù)量。不過，也有幾個(gè)不利因素：(1)如果監(jiān)測(cè)10個(gè)流，花在每個(gè)流上的時(shí)間只有10%，就有可能檢測(cè)不到那些雜散的錯(cuò)誤；(2)系統(tǒng)中有價(jià)值的記錄文件將變得不連續(xù)！無法解決網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商與內(nèi)容提供商之間引起的爭議；(3)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜性增加了。針對(duì)每個(gè)流的用戶定制必須在每個(gè)流之間切換。
最好的方法是對(duì)每個(gè)傳輸流實(shí)施連續(xù)監(jiān)測(cè)。當(dāng)然，對(duì)每個(gè)流的監(jiān)測(cè)成本要足夠低方可如此。
基本傳輸流內(nèi)容測(cè)試
測(cè)量傳輸流的內(nèi)容在傳輸鏈的許多環(huán)節(jié)都非常有用，尤其是在前端被改動(dòng)時(shí)。
DVB ETR290技術(shù)規(guī)范對(duì)應(yīng)該執(zhí)行的一整套基本參數(shù)作了詳盡說明，通常還需要一些附加條件，理由是：(1)一個(gè)根本沒有服務(wù)信號(hào)的空PAT傳輸流可能被視為“良好”。實(shí)際上，對(duì)于運(yùn)營商來說，流的內(nèi)容可能是災(zāi)難。(2)某一特殊成分的比特率可能有明顯的跌落。但由于ETR290技術(shù)規(guī)范對(duì)比特率無任何限制，有可能監(jiān)測(cè)不到錯(cuò)誤。
解決方案是引入基于模板的測(cè)試，例如：“如果ID4服務(wù)在系統(tǒng)中不再有信號(hào)響應(yīng)，就產(chǎn)生一個(gè)報(bào)警”。
在許多情況下，比特率的測(cè)量都很重要。不同的內(nèi)容提供商必須在單個(gè)傳輸流上分享帶寬的情況下，對(duì)于來自內(nèi)容提供商的信號(hào)，合同中一般都規(guī)定了最大比特率。對(duì)于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來說，記錄比特率的超限就非常重要。這個(gè)記錄對(duì)于解決運(yùn)營商和內(nèi)容提供商之間的“比特率爭議”來說會(huì)是有用的。
內(nèi)部報(bào)警記錄
報(bào)警記錄有兩種位置：在中央的頂級(jí)管理系統(tǒng)和在本地的每個(gè)傳輸流監(jiān)視器。后者應(yīng)能在本地記錄和存儲(chǔ)事件，這將為每一個(gè)隨時(shí)可按命令調(diào)用的流提供完整而持續(xù)的記錄。
通常這兩種方法都應(yīng)使用，這有多方面原因：如果監(jiān)視器數(shù)量過多，朝向頂級(jí)系統(tǒng)的通信可能變得非常擁擠。此外，為頂級(jí)監(jiān)管系統(tǒng)提供的簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)俘獲信息可能丟失，這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不完整的記錄。
射頻與調(diào)制測(cè)量
為在現(xiàn)場測(cè)量驗(yàn)證發(fā)射機(jī)運(yùn)作是否正常，這一點(diǎn)十分重要。ETR290技術(shù)規(guī)范指定了一套針對(duì)傳輸?shù)臏y(cè)量。在DVB-C系統(tǒng)中，對(duì)于生成報(bào)警來說，可能最重要的參數(shù)是誤碼率(BER)。
BER參數(shù)應(yīng)該被持續(xù)監(jiān)測(cè)，并能設(shè)置生成報(bào)警的閾值。這將使運(yùn)營商了解信號(hào)“離崩潰還有多遠(yuǎn)”。
監(jiān)測(cè)閾值的適應(yīng)性
沒有兩個(gè)傳輸流是等同的；而如果啟動(dòng)所有測(cè)試，通常總會(huì)生成某種報(bào)警。在鑒定一套新系統(tǒng)時(shí)，可以報(bào)告這些錯(cuò)誤。但在實(shí)際的系統(tǒng)中，應(yīng)該使用其它閾值。
傳輸流監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)當(dāng)是對(duì)于特定的流可配置的，以便“量體裁衣”。另一種情形是桌面重復(fù)率：如果PMT重復(fù)率只有ETR290設(shè)定值的一半，解碼器將不予理睬。
一個(gè)很常見的問題是“在特定的重影PID問題上的包丟失”。對(duì)于系統(tǒng)中的一些PID有時(shí)可能出現(xiàn)包丟失。包丟失對(duì)于視頻PID來說往往很嚴(yán)重。
對(duì)于一個(gè)特定的測(cè)試，需要PID級(jí)的屏蔽。視頻PID的包丟失將維持被報(bào)告，而私人數(shù)據(jù)PID問題將被忽略。
針對(duì)每個(gè)傳輸流按用戶需求訂制，其工作量可能很大。因此，對(duì)于設(shè)備來說，提供完整的調(diào)用和下載配置方法十分有用。在設(shè)備改變或在傳輸流之間切換的情形下，操作者可以容易地快速恢復(fù)先前的配置。
用戶界面
一方面要檢測(cè)傳輸流的異常情況；另一方面要將問題向用戶表述準(zhǔn)確。
假設(shè)一個(gè)信息單元在傳輸流中突然丟失，指出錯(cuò)誤可有多種方式。一種方法是在ETR290測(cè)試中使用常見的“正常/出錯(cuò)”顯示，但此時(shí)我們無法判斷什么服務(wù)受到影響。
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使用后一種方法，操作者能立即看到哪一個(gè)服務(wù)受到包丟失問題的影響。通過擴(kuò)展一棵“報(bào)警樹”，操作者能夠“近鏡頭”觀察到問題內(nèi)部，看到是PID 257(PMT PID)代表了所選出服務(wù)遭受包丟失。
遠(yuǎn)程控制
對(duì)于傳輸流監(jiān)視器來說，遠(yuǎn)程訪問功能往往很關(guān)鍵，因?yàn)楸O(jiān)測(cè)設(shè)備可能要監(jiān)測(cè)很遠(yuǎn)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)流。
TCP/IP協(xié)議是遠(yuǎn)程控制“既成事實(shí)”的標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須支持這一協(xié)議。該協(xié)議涵蓋了光纖網(wǎng)、本地以太網(wǎng)甚至電話撥號(hào)網(wǎng)等各種傳輸媒介。
對(duì)于傳輸流監(jiān)視器的訪問，需要在一個(gè)外部終端運(yùn)行一個(gè)客戶程序。使用WEB瀏覽器作為客戶終端是很有用的，任何與Modem相連接的PC，都可以通過WEB瀏覽器與設(shè)備進(jìn)行通訊。
當(dāng)監(jiān)測(cè)多個(gè)設(shè)備時(shí)，需要一個(gè)外部管理系統(tǒng)。在這種情況下，可以用SNMP報(bào)告來自設(shè)備的報(bào)警。
遠(yuǎn)程內(nèi)容提取
設(shè)想這樣一種情形：一個(gè)安靜的夜晚，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中心，系統(tǒng)報(bào)告一切正常，沒有錯(cuò)誤。突然收到某個(gè)區(qū)域電視觀眾的幾個(gè)電話，投訴在接收DVB-C信號(hào)時(shí)“沒有圖像”或其它問題。在此情況下，運(yùn)營商能夠接收區(qū)域信號(hào)來檢查“解碼能力”并實(shí)施其它的診斷，這是一個(gè)很有創(chuàng)意的特征。監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠在此情況下提取內(nèi)容，并把它通過一個(gè)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳回運(yùn)營中心，如圖4所示。
字電視系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè).files/008.jpg)
如果TCP/IP網(wǎng)絡(luò)帶寬允許，可以傳送“原始數(shù)據(jù)”。
如果使用的是一條低帶寬鏈路，則必須將視頻內(nèi)容轉(zhuǎn)換為一個(gè)適當(dāng)?shù)母袷?。例如，從視頻流中提取一些小塊的圖像，并有規(guī)律地發(fā)回，以驗(yàn)證是否可以對(duì)視頻圖像正常解碼。
頂級(jí)監(jiān)管系統(tǒng)
監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量很大時(shí)，通常要使用一個(gè)頂級(jí)監(jiān)管系統(tǒng)收集所有報(bào)警。如圖5。
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基本特征
圖5所示系統(tǒng)既可監(jiān)測(cè)傳輸流監(jiān)視器，也可以監(jiān)測(cè)傳輸鏈上的其它設(shè)備?？偸鞘褂肧NMP作為狀態(tài)輪檢和報(bào)警記錄的協(xié)議。
頂級(jí)監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)該有助于操作者快速找到出錯(cuò)的位置。一旦接收到報(bào)警，系統(tǒng)應(yīng)能發(fā)送信息到傳呼機(jī)、E-mail信箱和移動(dòng)電話。對(duì)報(bào)警作出記錄，以便事后調(diào)用，這是另一個(gè)本質(zhì)特性。
報(bào)警的相關(guān)性
大型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是，如何做到讓一個(gè)錯(cuò)誤只產(chǎn)生一定次數(shù)的報(bào)警？否則，一個(gè)重要事件可能會(huì)被其它不太重要的報(bào)警所掩蓋。
因此，每臺(tái)設(shè)備應(yīng)具備基本的智能，應(yīng)免去各環(huán)節(jié)不重要的檢查，以免產(chǎn)生不必要的報(bào)警；頂級(jí)系統(tǒng)應(yīng)與報(bào)警相關(guān)聯(lián)。
在一個(gè)傳輸鏈中，當(dāng)一個(gè)信號(hào)在幾個(gè)點(diǎn)受到監(jiān)測(cè)時(shí)，可根據(jù)需要做出一個(gè)方案。如果在傳輸鏈的前部有一個(gè)傳輸環(huán)節(jié)中斷，其后所有監(jiān)視器都將報(bào)告錯(cuò)誤。
在此情形下，頂級(jí)監(jiān)理系統(tǒng)應(yīng)與報(bào)警相關(guān)聯(lián)，以便找出問題的起源。其它報(bào)警應(yīng)被理解為第一個(gè)報(bào)警的后果。
結(jié)論
DVB-C有線網(wǎng)通常只在壓縮前端需要圖像質(zhì)量分析儀和其它專用設(shè)備。至于網(wǎng)絡(luò)中的其它位置，需要的是靈活、高性價(jià)比的傳輸流監(jiān)視器。其重要特性是：(1)支持有線網(wǎng)信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)的射頻測(cè)量；(2)可配置性；(3)支持根據(jù)ETR290標(biāo)準(zhǔn)的基本的傳輸流監(jiān)測(cè)；(4)報(bào)警記錄；(5)用戶操作界面友好；(6)TCP/IP遠(yuǎn)程控制。
此外，傳輸流監(jiān)視器應(yīng)能與一個(gè)頂級(jí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管系統(tǒng)通信，該監(jiān)管系統(tǒng)除了能收集傳輸鏈上其它設(shè)備的報(bào)警外，還能收集來自大量監(jiān)測(cè)設(shè)備的報(bào)警。該頂級(jí)系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)眾多的監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行管理，并能將網(wǎng)絡(luò)圖形化地呈現(xiàn)在用戶界面上。
把注意集中在重要參數(shù)上，運(yùn)營商就能夠掌握其網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量
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