郭譯群

（中國人民解放軍海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東 青島 266041）

0 引言

光纖傳輸視頻信號相比同軸電纜、非屏蔽雙絞線、無線等其他傳輸介質(zhì)，有著帶寬高、傳輸距離遠、抗干擾性強等較多的技術(shù)優(yōu)勢，隨著光纖價格的逐步降低，視頻光端機在平安城市、道路監(jiān)控、高速公路、軌道交通、軍隊、石油石化等需要遠距離傳輸視頻的行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于光端機的生產(chǎn)和使用受地理位置的局限，當光端機所處的地理位置偏僻，并出現(xiàn)業(yè)務(wù)不通、配置失效或者軟件故障時，研制生產(chǎn)單位都需要派遣技術(shù)人員到現(xiàn)場進行故障定位和排查，大大增加了光端機的維護成本。由于我國電話網(wǎng)絡(luò)具有高覆蓋率的特點，基于電話網(wǎng)的遠程維護系統(tǒng)在光端機中的應(yīng)用，不僅能及時對光端機的非硬件故障進行定位和排除，還能在最大程度上減少研制生產(chǎn)單位的維護成本[1]。

1 光端機技術(shù)的發(fā)展歷程及趨勢

1.1 光端機技術(shù)的發(fā)展歷程

光端機是一個延長數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w通信設(shè)備，它主要是通過信號調(diào)制、光電轉(zhuǎn)化等技術(shù)，利用光傳輸特性來達到遠程傳輸?shù)哪康?。光端機一般成對使用，分為光發(fā)射機（如圖1所示）和光接收機（如圖2所示），光發(fā)射機完成電/光轉(zhuǎn)換，并把光信號發(fā)射出去用于光纖傳輸；光接收機主要是把從光纖接收的光信號再還原為電信號，完成光/電轉(zhuǎn)換。

早期的視頻光端機是采用調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等模擬調(diào)制方式，視頻傳輸路數(shù)少，易受到外界環(huán)境干擾和通道之間相互串擾，視頻傳輸質(zhì)量不能滿足使用要求，從本世紀初開始就逐漸被數(shù)字非壓縮視頻光端機取代。數(shù)字非壓縮視頻光端機采用脈沖編碼調(diào)制方式（PCM）對模擬視頻進行采樣，經(jīng)過數(shù)字化編碼后的視頻碼流就可以借助成熟的時分復(fù)用（TDM）、波分復(fù)用（WDM）等通信技術(shù)，把1路或多路視頻信號以及其他輔助信號一起通過光纖傳輸。目前市場上的光端機使用單波長就可以傳輸16～18路視頻，加上粗波分復(fù)用（CWDM）技術(shù)，可以單纖傳輸100多路視頻。在組網(wǎng)方式上可以支持點對點、節(jié)點鏈型、節(jié)點環(huán)型、多點匯聚型等多種拓撲方式，在業(yè)務(wù)接入方面，除了視頻還可以支持低速異步數(shù)據(jù)、音頻、以太網(wǎng)、開關(guān)量、電話、E1等信號。

數(shù)字非壓縮視頻光端機作為傳輸設(shè)備，最重要的是要保證視頻的傳輸質(zhì)量，而衡量視頻質(zhì)量一般采用視頻測試儀表對視頻進行相關(guān)的指標測試，視頻指標通常包括視頻電平、微分增益、微分相位、幅頻特性、信噪比等。因此，要保證較高的傳輸質(zhì)量，采樣位數(shù)至少要使用8bit或10bit，這樣才能保證視頻信號有足夠的信噪比；采樣頻率要在13.5MHz以上，這樣才能保證模擬視頻的帶寬和幅頻特性。

除了點對點光端機外，還有通過光纖組成節(jié)點鏈型或環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)的節(jié)點式光端機。多個節(jié)點式光端機可以分段共用一根光纖，這種方式能節(jié)省大量的光纖資源，比較適合道路監(jiān)控應(yīng)用。節(jié)點式光端機在設(shè)計上需要采用同步方式，即每個節(jié)點復(fù)接和傳輸?shù)臅r鐘都是同源的，這樣才能完成多點的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)復(fù)用。由于多級傳輸會造成信號劣化和抖動增加，所以每個節(jié)點的時鐘電路精度和抖動參數(shù)很關(guān)鍵，一般會選用壓控晶振或者專用時鐘芯片電路來實現(xiàn)系統(tǒng)時鐘同步。

1.2 光端機未來的發(fā)展趨勢

視頻網(wǎng)絡(luò)化、高清化是未來視頻監(jiān)控的發(fā)展方向。視頻信號在前端進行壓縮降低了傳輸帶寬，使傳輸?shù)某杀窘档?，以太網(wǎng)的組網(wǎng)、交換十分靈活，同時壓縮數(shù)據(jù)還可以直接存儲，這些都是網(wǎng)絡(luò)視頻的優(yōu)勢。正是由于這些優(yōu)勢，網(wǎng)絡(luò)攝像機（IPC）近年來迅速普及，給傳統(tǒng)的視頻光端機廠家?guī)砹司薮鬀_擊。由于IP監(jiān)控方案與非壓縮視頻方案在技術(shù)上差別過大，不可能很方便地把非壓縮視頻系統(tǒng)升級為壓縮視頻系統(tǒng)，因此，未來產(chǎn)品只有向IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，才能滿足市場發(fā)展需求。在目前的過渡階段，可以在光端機業(yè)務(wù)接口上加大對網(wǎng)絡(luò)的支持，包括增加多端口的百兆以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)，這樣可以同時兼容模擬視頻傳輸和網(wǎng)絡(luò)視頻的傳輸。

2 光端機遠程維護系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 光端機遠程維護模塊的系統(tǒng)組成

光端機遠程維護模塊主要由一個內(nèi)置的調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)管通道、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、各類業(yè)務(wù)、各類性能統(tǒng)計、各類告警、CPU、FPGA和存儲器組成。其中嵌入式系統(tǒng)運行在CPU上負責(zé)對低速綜合業(yè)務(wù)、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和光口業(yè)務(wù)進行配置，F(xiàn)PGA專門用來收集光端機的性能和告警，SDRAM負責(zé)存儲設(shè)備的運行信息，ROM存儲設(shè)備的歷史告警。其系統(tǒng)組成如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)工作原理

計算機遠程維護網(wǎng)管終端通過外接的調(diào)制解調(diào)器與處在電話網(wǎng)遠端的光端機內(nèi)置調(diào)制解調(diào)器建立了一條基于電話網(wǎng)的通信通道，計算機遠程維護網(wǎng)管終端向遠端的光端機發(fā)送各類指令，指令經(jīng)過網(wǎng)管通道進入數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議層，通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議對指令包進行解析，運行在CPU上的嵌入式系統(tǒng)開始執(zhí)行指令包中的指令。如果是配置指令就直接對設(shè)備各相關(guān)芯片進行配置，如果是收集告警信息就需要通過FPGA將收集到的歷史告警和當前告警傳送到SDRAM中。然后，通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議對告警信息進行打包封裝傳輸，數(shù)據(jù)信息仍通過調(diào)制解調(diào)器建立的電話網(wǎng)通道將數(shù)據(jù)傳送回遠端的計算機遠程維護網(wǎng)管終端。

計算機遠程維護網(wǎng)管終端通過傳回的設(shè)備告警信息可以判斷設(shè)備中的低速綜合業(yè)務(wù)、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和光口業(yè)務(wù)是否工作正常，處于遠端的維護人員可以通過當前告警和歷史告警信息定位光端機故障，并通過配置來排除光端機故障。在基于電話網(wǎng)的遠程維護系統(tǒng)中，采用了目前比較通用的一種網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(簡單網(wǎng)管協(xié)議SNMP)，SNMP提供了從網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備中收集定義的數(shù)據(jù)信息，它主要包含三個部分：管理信息結(jié)構(gòu)SMI、管理信息庫MIB和簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP。為了有效地對網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進行管理，讀取數(shù)據(jù)采用批量數(shù)據(jù)操作(GetBukl-Reques)t，對設(shè)備進行配置采用Set-Request，對設(shè)備的性能統(tǒng)計和告警信息收集采用Trap機制，整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議采用SNMP完成[2]。

2.3 計算機遠程維護網(wǎng)管終端模塊的設(shè)計

計算機遠程維護網(wǎng)管終端模塊由遠程網(wǎng)絡(luò)撥號、數(shù)據(jù)處理、圖形化界面顯示、業(yè)務(wù)配置、性能統(tǒng)計和告警信息等模塊組成，如圖3所示。

計算機遠程維護網(wǎng)管終端通過遠程撥號模塊與遠端的光端機建立通信通道，計算機遠程維護網(wǎng)管終端從光端機中讀取所需的數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊，按預(yù)先定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)進行分析保存。業(yè)務(wù)配置、性能統(tǒng)計和告警信息分別從數(shù)據(jù)處理模塊中讀取與之相關(guān)的設(shè)備數(shù)據(jù)信息，并將配置狀態(tài)、性能統(tǒng)計結(jié)果和告警詳細信息顯示在圖形化界面中。當設(shè)備發(fā)生故障時，計算機遠程維護網(wǎng)管終端接收到來自遠端設(shè)備的告警Trap數(shù)據(jù)信息，并通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議解析后發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊。操作人員可通過接收到的告警信息定位故障，并通過圖形化界面對相關(guān)業(yè)務(wù)進行配置來排除故障，達到遠程故障排除[3]。

對于光端機而言,業(yè)務(wù)模塊主要分低速綜合業(yè)務(wù)、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、PDH電口業(yè)務(wù)和光口業(yè)務(wù)等，需要統(tǒng)計的信息包括告警信息和性能。在計算機遠程維護網(wǎng)管終端中，主要是對各類業(yè)務(wù)配置、性能統(tǒng)計和告警信息進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義。在計算機遠程維護網(wǎng)管終端中采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，將所有業(yè)務(wù)按業(yè)務(wù)類別不同定義成相應(yīng)的類，該類中包含了各自的性能信息和告警信息，然后使用鏈表對定義的各種類型的類對象進行存儲，在使用過程中，只需要遍歷數(shù)據(jù)鏈表即能完成對各類業(yè)務(wù)的配置、性能和告警的顯示和操作。

告警模塊作為光端機運行不可或缺的故障診斷大師，在整個遠程故障定位和排除過程中都起著至關(guān)重要的作用。遠端光端機通過FPGA實時的收集設(shè)備的性能信息和告警信息，并將收集到的信息儲存在設(shè)備的存儲器中，方便管理者實時查看設(shè)備狀態(tài)。告警信息分為當前告警和歷史告警，當計算機遠程維護網(wǎng)管終端通過電話網(wǎng)與光端機建立連接后，計算機遠程維護網(wǎng)管終端就會向遠端設(shè)備發(fā)送讀取當前告警指令，遠端設(shè)備響應(yīng)后，返回當前告警信息數(shù)據(jù)，計算機遠程維護網(wǎng)管終端通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議解析收到的數(shù)據(jù)包，并存儲到定義好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，然后通過可視化界面顯示當前告警信息。當前告警傳輸完成后才對歷史告警信息進行讀取，由于電話網(wǎng)傳輸帶寬有限，歷史告警設(shè)置了篩選條件(如按時間、按業(yè)務(wù)、按告警類型等)以便更直接、更快地定位遠光端機的故障。

3 結(jié)束語

隨著光纖覆蓋范圍的不斷擴大，作為光信號傳輸中轉(zhuǎn)設(shè)備的光端機應(yīng)用也越來越廣泛，基于電話網(wǎng)的遠程維護系統(tǒng)在光端機中的應(yīng)用，使得光端機生產(chǎn)廠家可以不受地域限制對產(chǎn)品進行故障定位和維護，大大節(jié)省了維護成本。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在光端機中得到穩(wěn)定的應(yīng)用，電話網(wǎng)覆蓋的地域都能使用具有遠程維護系統(tǒng)的光端機，而且在實際應(yīng)用中以其便捷的故障排除功能獲得了用戶的好評。

［1］吳克軍,沈瑞松,奚旭鏞.本地電話網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].軍事通信技術(shù),2003,24(2):24-26.

［2］謝希仁.計算機網(wǎng)絡(luò)[M].5版.北京:電子工業(yè)出版社,2008.

［3］楊世平,張引發(fā),鄧大鵬,等.SDH光同步數(shù)字傳輸設(shè)備與工程應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2001.