数字电视播出平台基础安全策略构建

摘要：广播电视网络作为党和政府的喉舌和三网融合的重要组成部分，安全播出始终是所有广电人的第一要务。然而，就目前而言，国内诸多广电运营商的数字电视平台从组网方式到单一设备都或多或少的存在着安全隐患。

本文将重点详述设备级安全策略与前端硬件组网安全策略，为诸多广电运营商理清安全平台的构建思路，为数字电视平台的稳定运行出谋划策。

更高安全要求，改造时不我待

随着国家“十二五”规划建议稿的公布，三网融合进程将进一步加速。多个试点城市已经将三网融合工作推进到实施阶段。由于三网融合对各个网络安全与稳定的要求更加严格，同时数字电视播出平台作为三网融合中重要的组成部分，所以在新的形势下亟待进行必要的安全策略调整。

数字电视播出平台的安全播出是综合全面的系统解决方案，是多层次的安全策略问题。作为数字电视播出平台的基础安全策略主要包括两个方面：设备级安全策略和前端硬件组网安全策略。这两个安全策略相辅相成，设备安全是组网安全的基础，组网安全是对设备安全的补充。

独立存在的设备是所有系统搭建的基础，所以设备的稳定工作对整体系统而言是至关重要的。设备级安全策略包括，如何实现设备的稳定供电，如何在停电的情况下保证设备的继续工作，如何构建单一设备的专业散热结构。

当完成设备级安全策略构建后播出平台下一步需要关注前端硬件组网的稳定与安全。因为任何设备在实际运行过程中都有可能出现突发情况，对这些无法控制情况设备级的安全策略就不能完全满足要求了，需要通过组网安全策略进行补充和完善。组网安全策略的核心是将设备有机的组合在一起形成有效的备份机制，在设备间形成相互支撑的结构。该安全策略通过解决两个问题实现，分别是如何实现系统的全节点备份，如何构建最灵活、容错率最高的组网系统。

以下将详述设备级与组网级安全策略。

设备级安全策略

广电前端系统所应用的软硬件产品都必须是符合国家和相关行业标准的，其中关键设备还要经过国家广电总局的入网检测并取得入网证书后方可正式投放市场销售。然而，在符合上述标准的产品中仍然存在质量有高有低的问题，那么广电运营商该如何选择前端硬件设备呢？

根据三网融合的需要，前端硬件产品已经从ASI接口单机单功能式产品逐渐转变成千兆IP接口平台级多功能产品。所以，任何一台设备的故障都会造成多套节目停播甚至整个平台的瘫痪。由此可见，对于IP方式的集成式设备，要添加更多的设备稳定性设计。

首先，双电源、A/B路供电设计是集成式设备必须要具备的。原因在于，任何一台硬件设备的正常工作都从供电开始的，所以双电源的设计是硬件设备稳定工作的基础。然而，仅仅是双电源对于供电稳定性的需要还是不够的，因为双电源设计只能解决设备自身供电的问题，而不能解决供电源故障问题。所以对于硬件设备要增加A/B路供电设计，必须可同时兼容交、直流电源，如一路220V市电，另一路是-48V的UPS电源。这样的设计才能真正实现在220V市电停电的情况下仍然保障数字电视节目的正常播出。目前市场上主流厂商如数码视讯、思科、哈雷的集成式硬件产品都具备此功能。

其次，设备要具有专业散热结构。就目前而言，硬件设备发生故障的主要原因是由于设备过热导致部分电路无法工作甚至发生电路损坏。所以让设备长期稳定工作的关键是降低设备自身的功耗并选择高功率风扇进行排风，对于功耗不高的产品如信源、信道设备要采用侧排风方式，对于高功耗的调制设备要选择后排风方式同时要在电路添加散热工艺。

第三，对于易耗零件要实现方便拆装更换。对于绝大多数硬件产品而言，产品组件中最容易损坏的部分是设备中的耗材，其中尤以风扇为甚。所以对于需要搞散热的设备，风扇要安装在易于更换的位置。目前数字电视系统功耗最大的产品是IPQAM，在市场上只有几款产品在散热机构上做了上述设计，其中数码视讯的IPQAM采用国际先进的散热风扇，并在安装工艺上采用外挂式结构，实现了在设备工作时也可随时方便的进行更换。

前端硬件组网安全策略

设备级的安全策略只能解决单一设备的安全问题，还无法解决设备的突发异常问题，如逻辑紊乱、自检失灵、异常短路等等。所以当硬件设备出现此类故障时若没有相应的保护措施，数字电视系统就无法保证节目的稳定播出。所以在完成设备级安全策略后还需要进行对系统组网的安全设计来实现设备间的互补与相互支撑。所以组网级安全策略的核心是实现组网设备的主备切换，并通过先进的连接方式提高组网的容错能力，实现过程包括两个重要的步骤。

第一，高安全策略的全IP组网必须实现全节点备份。对于广播电视硬件传输系统而言，最有效的安全策略是对系统进行1+1热备份。

在传统硬件系统中除信源平台外在复用加扰部分以及QAM调制部分都实现了1+1热备份，这是因为信源部分设备数量庞大，数据接口繁杂。一般而言，24频点规模的数字电视系统在信源部分仅卫星接收机就需要50台左右，而信源的总输出口可达到80个。所以对于信源平台无法实现1+1的备份方式，在备份方案上一般只能采用N+M的备份方式。

而当采用N+M的备份方式时，信源部分由于不同卫星信号和不同的编码将导致技术非常复杂，设备经常会出现逻辑纹乱现象。同时，最大的隐患就是完成备份切换的大型矩阵，因为造价高系统复杂，大型矩阵在绝大多数的情况下不做备份，从而导致矩阵成为系统的单一崩溃点，在实际应用中已经出现多次由于矩阵的逻辑紊乱导致系统瘫痪的事故。所以面向三网融合的全IP组网要求信源设备要具有高集成、高融合特性。信源的高集成特性解决信源设备数量庞大问题，实现一台设备完成多台设备的功能，从而减少信源设备的数量简化前端硬件组网结构；高融合特性解决信源设备的输出接口数量多的问题，通过对信源产品增加复用功能将多个信源处理结果复用成一路信号输出，从而减少信源部分的输出接口，从根本上解决信源输出繁杂的问题。

目前在市场上，数码视讯公司的媒体综合处理平台EMR是唯一能够实现此功能的信源平台级产品。该产品属于集成式插卡设备，可跟据信源的不同需求配合相应的功能板卡，其集成度是传统硬件的10倍。而且，更为关键的是EMR具有复用输出功能可大大简化信源输出的接口数量。所以当采用EMR完成信源平台时，大致需要8-10U设备即可完成具有1+1热备份功能的信源平台，相应的只有8-10个输出接口。从而大大简化了信源平台的复杂度，在技术上突破了无法实现信源平台1+1热备份的行业难题。进而实现了数字电视播出平台硬件系统组网的全节点备份。

如下图所示，为前端硬件系统的全节点备份方式组网图。

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第二，高安全策略全IP组网的连接方式必须采用交叉热备份方式。传统的数字电视系统在1+1热备份的连接方式上基本采用的都是链路连接方式。该方式的特点是主备路系统各自运行、相互独立，当主系统出现故障时要用整个备系统代替输出；而最大的隐患是当主、备路各有一个设备故障时，则系统整体瘫痪。所以此连接方式存在严重的安全漏洞，在三网融合时期的高安全要求下已不再适用。交叉热备份连接方式作为新型组网结构大大提高了系统的安全系数，该连接方式为主备系统各个环节的设备都有两路的相同输出，并且两路输出分别输入到下一环节的主备设备中，从而实现了系统各个环节的交叉连接。这种方案的第一个优点在于切换的准确性大大提高，每一个节点都可实现上一个节点主备切换，从而当某一节点故障时只需针对该节点完成切换，避免了全系统切换带来的隐患。第二个优点在于大大提高了容错率，由于采用了交叉备份连接，系统中的信号从原有的主备两条通路方式扩展到主备系统交叉连接的多种方式，按照目前数字电视系统前端组网的构成部分：信源、信道、上变频、交换机四个节点计算，并对各节点发生故障进行排列组合，得出采用交叉热备份方式连接后系统共有8种连通方式，相比于传统的链路备份的2路连通方式，容错率是原有的4倍。

在数码视讯公司首先推出了具有交叉热备份功能的全IP组网方案之后，国际主流厂商也纷纷推出了类似的方案。目前该种安全策略在业内主流组网方案中被广为使用在客观上使得数字电视系统前端硬件平台的安全性得到整体提升。

如下图所示，在采用交叉热备份组网后只要每个环节都有设备正常工作，即使有一半的设备故障也能保障节目信号的稳定播出。由此可见，交叉热备份的组网方式让系统的健壮性大大提高。从图中可看到系统最后一级的射频切换设备是组网中唯一没有备份的节点，这是由于系统组网特性决定的。然而同时这也造成系统上的单一崩溃点，所以要着重加强该节点的安全性。目前对于射频切换器的安全策略普遍是采用掉电直通功能。然而此技术在安全性上存在很大的隐患，因为掉电直通的前提是主路工作正常，所以当主路已经故障时，射频切换器的掉电直通失效。所以出于系统组网的安全考虑对于射频切换设备必须具有掉电记忆功能，即在设备断电时记录下断电前最后输入的正确信号，在断电时仍可选择正确的一路信号进行输出，断电记忆功能的关键在于射频切换设备采用后级判断切换机制。

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总结

综上所述，设备级安全策略解决单一设备稳定性问题，保证设备可长期稳定的工作，即使面对断电与耗材零件损坏也可从容应对。组网级安全策略解决硬件组网稳定性问题，保证前端系统在单个设备突然故障时有备份节点代替其工作，并提高系统的容错能力在多节点故障时仍可有通路保证节目信号稳定播出。所以完成这两个环节的安全策略后，数字电视前端硬件的基础安全策略就构建完毕了。

在业内，以数码视讯、思科、哈雷为代表的主流厂商在设备级与组网级的安全策略上已经取得巨大突破。并且数码视讯在业内唯一实现了同时具有全节点备份与交叉热备份连接功能的全IP组网前端硬件系统，并在国内外已拥有大量成熟商用案例，包括国家级、省级和重要地市在内的高安全策略前端平台近百个。我们相信，凭借所有广电人的不懈努力必然能够更加完善数字电视播出系统的安全策略，为广电行业在未来的发展中提供强有力的安全保障。

作者简介：

韩牧麒，男，高级技术工程师，从事数字电视技术研究与市场应用逾6年，对数字电视前端硬件系统，双向网络传输平台，宽带接入网络、播出平台安全备份策略等有深刻认识，对广播电视传输覆盖领域有深入研究，先后为逾十家省级网络部署前端硬件平台担任技术顾问。