河北省石家莊廣播電視科學(xué)技術(shù)研究所 閆子熙

引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)滲入各行各業(yè)，廣播電視作為國(guó)家公共文化傳播的重要途徑也開(kāi)始更多依托互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)技術(shù)，4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)也逐漸成為廣播電視應(yīng)用技術(shù)的平臺(tái)，應(yīng)用4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)作為廣播電視發(fā)射臺(tái)尤其是高山臺(tái)的傳輸平臺(tái)開(kāi)始成為潮流，4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是一種經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、可靠的傳輸途徑，本文主要對(duì)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)搭建廣播電視發(fā)射臺(tái)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的技術(shù)在河北廣電的使用進(jìn)行介紹。

一、背景

近年來(lái)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)大幅提速降費(fèi)，老百姓得到了很多實(shí)惠。我們廣播電視行業(yè)也借此機(jī)會(huì)搭上發(fā)展良機(jī)，廣播電視行業(yè)數(shù)字化、IP化已成為趨勢(shì)，利用互聯(lián)網(wǎng)通用設(shè)備替代原有廣播電視專(zhuān)用設(shè)備已成為現(xiàn)實(shí)。廣播電視發(fā)射臺(tái)尤其是高山臺(tái)搭建傳輸網(wǎng)絡(luò)成本高昂，利用發(fā)射臺(tái)附近建設(shè)的電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)成為一種經(jīng)濟(jì)有效的傳輸方式。本文對(duì)利用4G和VPN技術(shù)搭建一套遠(yuǎn)程控制技術(shù)進(jìn)行研究。與利用GPRS DTU模式搭建的遠(yuǎn)程控制技術(shù)不同的是，4G VPN模式搭建的遠(yuǎn)程控制更加可靠、安全，而且可以進(jìn)行畫(huà)面?zhèn)鬏?。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示：

圖1 4G VPN無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

該系統(tǒng)是以4G技術(shù)和VPN技術(shù)搭建的控制平臺(tái)。發(fā)射臺(tái)站所有設(shè)備只要支持RS485、IP通信，連接到遠(yuǎn)程工控機(jī)，就可以接入控制平臺(tái)，該系統(tǒng)很好的解決了遠(yuǎn)程設(shè)備接口復(fù)雜，安全穩(wěn)定性差等問(wèn)題。

二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在發(fā)射臺(tái)站尤其是無(wú)人值守發(fā)射臺(tái)的作用越來(lái)越重要，成為無(wú)人值守發(fā)射臺(tái)的重要組成部分。該系統(tǒng)主要設(shè)備包括現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備、4G工業(yè)路由器、本地防火墻、本地控制設(shè)備4部分組成?，F(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備指遠(yuǎn)程工控機(jī)，主要負(fù)責(zé)對(duì)不同設(shè)備信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集工作；4G工業(yè)路由器與本地防火墻通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)搭建VPN通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；本地控制設(shè)備將傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)處理可以顯示在大屏上，供技術(shù)人員和用戶(hù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

1. 遠(yuǎn)程工控機(jī)

遠(yuǎn)程工控機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)模擬發(fā)射機(jī)、數(shù)字發(fā)射機(jī)、微波設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行信息采集，可以通過(guò)RS485、RJ45連接，完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的接收。工控機(jī)通過(guò)各設(shè)備專(zhuān)用軟件、Web等方式直接登錄設(shè)備，例如NEC微波LCT軟件、?？低暠O(jiān)控軟件、發(fā)射機(jī)控制軟件等等。本項(xiàng)目選擇的工控機(jī)目的是讓用戶(hù)可以如臨現(xiàn)場(chǎng)的效果，有如工程師在現(xiàn)場(chǎng)用筆記本電腦配置調(diào)試設(shè)備。工控機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）工控機(jī)可以根據(jù)發(fā)射臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備定制接口類(lèi)型和數(shù)量，一機(jī)多用，滿(mǎn)足不同設(shè)備接口需求。

（2）工控機(jī)使用windows7操作系統(tǒng)，可以滿(mǎn)足多數(shù)設(shè)備遠(yuǎn)程控制要求。開(kāi)啟遠(yuǎn)程桌面服務(wù)，并使用賓客密碼登陸，可以為系統(tǒng)增加一層安全保障。

（3）工控機(jī)加電開(kāi)機(jī)功能，可以防止發(fā)射臺(tái)斷電之后來(lái)電設(shè)備需要人為操作啟動(dòng)的情況。

（4）工控機(jī)看門(mén)狗硬件復(fù)位功能，可以預(yù)防死機(jī)情況。

此外，工控機(jī)還具有緊湊體積（18cmX13cmX10CM）小、寬溫、減震、無(wú)風(fēng)扇、無(wú)連接線(xiàn)、易安裝等特點(diǎn)。

2. 4G工業(yè)路由器

4G工業(yè)路由器主要負(fù)責(zé)工控機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)，VPN的搭建。在整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中起到橋梁的作用，它要完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸工作，與工控機(jī)通過(guò)RJ45接口連接。并將數(shù)據(jù)通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)向本地控制端發(fā)送。4G工業(yè)路由器優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）4G工業(yè)路由器部署方便，只要有手機(jī)信號(hào)的地方就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，避免了現(xiàn)場(chǎng)無(wú)以太網(wǎng)絡(luò)的局限性。

（2）4G工業(yè)路由器傳輸速率高，對(duì)于低速移動(dòng)用戶(hù)（室內(nèi)或步行者）,數(shù)據(jù)速率可達(dá)100Mbit/s，完全可以滿(mǎn)足遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控的需求。

（3）4G工業(yè)路由器功能強(qiáng)大，能與華為等通信廠(chǎng)商匹配搭建虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠。

此外它還具有成本低，幾百元就可以買(mǎi)到，穩(wěn)定性好，有看門(mén)狗等功能，體積小，易安裝等特點(diǎn)。

3. 本地防火墻

本地防火墻主要負(fù)責(zé)互聯(lián)網(wǎng)的接入、VPN的搭建和管理。本項(xiàng)目利用防火墻作為本地服務(wù)器，4G工業(yè)路由器作為遠(yuǎn)程客戶(hù)端，通過(guò)L2TP隧道搭建點(diǎn)對(duì)多的星型VPN通道，而本地服務(wù)器采用本地認(rèn)證方式建立一個(gè)永久穩(wěn)定的L2TP隧道。防火墻采用華為USG6000系列，該防火墻優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）華為USG6000系列防火墻可以滿(mǎn)足點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的L2TP VPN隧道，本地控制端可以實(shí)時(shí)控制任何一臺(tái)遠(yuǎn)程工控機(jī)。

（2）互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)接入防火墻，保障互聯(lián)網(wǎng)的安全可靠性。

此外，該防火墻還集入侵防御、防病毒、數(shù)據(jù)防泄漏、帶寬管理、等多種安全功能于一體，性?xún)r(jià)比高。

4. 本地控制設(shè)備

本地控制設(shè)備主要負(fù)責(zé)所有信號(hào)的采集和監(jiān)控。

三、VPN搭建

該系統(tǒng)在河北廣電進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。本項(xiàng)目總部控制端與分支發(fā)射臺(tái)站設(shè)備之間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖2所示：

圖2 河北廣電4G VPN無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

網(wǎng)絡(luò)方案簡(jiǎn)介：

1本部控制端采用防火墻通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)方式與運(yùn)營(yíng)商互聯(lián)。

2.發(fā)射臺(tái)站設(shè)備通過(guò)4G LTE網(wǎng)絡(luò)連接運(yùn)營(yíng)商。

3.總部控制端與發(fā)射臺(tái)之間，采用虛擬專(zhuān)線(xiàn)（VPN）方式連接，保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全。

本項(xiàng)目采用L2TP VPN，二層隧道協(xié)議L2TP（Layer 2 Tunneling Protocol）是虛擬私有撥號(hào)網(wǎng)VPDN（Virtual Private Dial-up Network）隧道協(xié)議的一種，擴(kuò)展了點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議PPP（Point-to-Point Protocol）的應(yīng)用，是遠(yuǎn)程撥號(hào)用戶(hù)接入本部控制端網(wǎng)絡(luò)的一種重要VPN技術(shù)。

L2TP通過(guò)撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)，基于PPP的協(xié)商，建立發(fā)射臺(tái)設(shè)備到本部控制端的隧道，使本部可以控制遠(yuǎn)端用戶(hù)。L2TP目前主要應(yīng)用在單點(diǎn)或少量遠(yuǎn)端設(shè)備通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)接入總部的需要，本項(xiàng)目中共有10個(gè)發(fā)射臺(tái)的設(shè)備接入本部控制端，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。本項(xiàng)目建立的部分L2TP VPN如圖3所示：

圖3 河北廣電4G L2TP VPN配置圖

L2TP對(duì)PPP報(bào)文進(jìn)行封裝，在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)上建立虛擬鏈路傳輸私有數(shù)據(jù)，節(jié)省了租用物理專(zhuān)線(xiàn)的高額費(fèi)用。同時(shí)將用戶(hù)從復(fù)雜和專(zhuān)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中解放出來(lái)，只需要維護(hù)本部控制端設(shè)備和遠(yuǎn)端接入設(shè)備，降低了維護(hù)難度，節(jié)約了成本。

四、系統(tǒng)管理

該系統(tǒng)在河北廣電試運(yùn)行后，積累了以下系統(tǒng)管理經(jīng)驗(yàn)：

1. IP地址規(guī)劃管理

本項(xiàng)目中IP地址規(guī)劃充分考慮到本部控制端、發(fā)射臺(tái)端兩部分網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相適應(yīng)，既有效地利用地址空間，又體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)的可拓展性和靈活性，減少防火墻中路由表的長(zhǎng)度，減少對(duì)防火墻CPU、內(nèi)存的消耗，提高路由算法的效率，加快路由變化的收斂速度，同時(shí)還要考慮到網(wǎng)絡(luò)地址的可管理性。

2. 賬戶(hù)管理

本項(xiàng)目中賬號(hào)管理主要包括各發(fā)射臺(tái)站工控機(jī)登陸賬號(hào)密碼和IP地址、VPN賬號(hào)密碼和IP地址、4G路由器賬號(hào)密碼和IP地址、本部VPN服務(wù)器賬號(hào)密碼和IP地址、防火墻賬號(hào)密碼和IP地址、VPN服務(wù)器網(wǎng)關(guān)、公網(wǎng)IP地址、各發(fā)射臺(tái)設(shè)備類(lèi)型和數(shù)量等信息，此外各發(fā)射臺(tái)4G無(wú)線(xiàn)路由器所用SIM卡所屬運(yùn)營(yíng)商、手機(jī)號(hào)碼、登記人姓名、服務(wù)密碼、辦理日期、套餐、月租以及繳費(fèi)情況等。管理好這些信息一方面方便用戶(hù)遠(yuǎn)程登錄管理；另一方面可以針對(duì)各發(fā)射臺(tái)不同使用情況進(jìn)行調(diào)整，例如套餐流量不夠，可以及時(shí)調(diào)整等。

結(jié)束語(yǔ)

伴隨著無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)飛速的發(fā)展，我省的廣播電視發(fā)射臺(tái)監(jiān)測(cè)工作可使用的傳輸途徑更加多樣化。廣電部門(mén)應(yīng)當(dāng)借助互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的潮流，加強(qiáng)自身管理能力，充分利用河北廣電部分發(fā)射臺(tái)站基于4G和VPN技術(shù)的無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，不斷提高廣播電視的質(zhì)量和安全性，進(jìn)而為河北省廣播電視發(fā)射臺(tái)站的安全播出工作做出貢獻(xiàn)。