智能化N+1备份通用型数字化电视发射系统的研究

韦志勇

摘 要：采用智能备份系统保证数字化电视发射系统的稳定运行，有利于数字电视地面广播的发展。从N+1备份系统的工作原理和系统模式入手，简要叙述了地面数字电视发射机智能N+1备份系统，以流程图的形式阐述了该备份系统的软件设计和实现方法，以期为相关工作提供借鉴。

关键词：数字电视发射机；智能N+1备份系统；工作原理；软件设计

中图分类号：TN934.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.017

随着我国经济的飞速增长，信息化建设的步伐也在不断加快。在我国国家数字电视地面广播传输标准实行的推动下，数字电视地面广播进入了全新的发展阶段，多路数字发射机的使用量也在逐步增加。因为数字电视用户的数量在增加，稳定运行的数字电视发射系统就显得十分重要，发射系统不停播和输出信号稳定是工作人员现阶段的主要目标。

1 N+1备份系统概述

1.1 N+1系统工作原理

N+1地面数字电视发射机智能备份系统包括调制器、码流切换器、发射机、激励单元、监控单元、N+1切换器、负载、同轴开关控制器和交换机。其中，N+1切换器是系统的控制中心，负责监测发射机状态、切换发射机、切换调制器、切换码流切换器、与PC管理端通信。

N+1切换器对每一路发射机都设有相关参数的监控门限值，并且实时监测每一路发射机的参数。当发射机输出功率低于或者高于N+1设置的门限值时，N+1内部则要启动1个时间可配置的稳定延时判断，防止偶然因素导致的误判断，功率过高或过低的持续时间超过设定值后，N+1切换器就会自动关闭相应的发射机电源，然后将相应码流通过码流切换器切换到备份调制器上，同时载入故障通道调制器的配置信息。N+1系统收到备用调制器切换完成、确认指令后，开始切换发射机的射频输出端口的同轴开关，将故障发射机输出端口切换到负载，将备用发射机切换到天馈系统。最后，N+1切换器打开备用发射机电源，启动备份发射机工作。

1.2 系统模式说明

N+1地面数字电视发射机智能备份系统有两种工作模式，即自动模式和手动模式。在自动模式下，智能备份系统的所有操作都是由系统自主完成的，无需人工干预；在手动模式下，智能备份系统的操作需要直接在切换器按键面板上操作或者通过远程网管操作。手动模式与自动模式是互斥的，当启动自动模式时，会屏蔽手动模式，反之，启动手动模式时，会屏蔽自动模式。在发射机系统运行正常的情况下，用户可以自由设置工作模式。如果有发射机出现故障，在智能备份系统切换的过程中，直至切换完成以前，会屏蔽一切操作，以确保切换过程的安全性和可靠性。如果在切换过程中出现不可预知的故障导致切换未成功，智能备份系统会停止切换过程，并关闭相应的发射机，启动声光报警，提示切换故障。

2 系统软件设计和实现

2.1 操作系统和平台

N+1地面数字电视发射机智能备份系统采用嵌入式实时操作系统（RTOS）VxWorks。该操作系统以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术和对实时性要求极高的领域中，比如卫星通讯、军事演习、弹道制导和飞机导航等。在美国的F-16、FA-18战斗机，B-2隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1997-04在火星表面登陆的火星探测器、2008-05登陆的凤凰号和2012-08登陆的好奇号也都使用了VxWorks。

采用VxWorks操作系统可以确保整个智能备份软件系统的

实时性和可靠性。系统的运算核心采用Marvell的88E6218芯片，芯片带有5个支持IEEE802.3的MAC（Media Access Layer，媒体访问层）+PHY（Physical Layer，物理层）接口（Port0～Port4）、1个多功能网络接口（Port6）。它能提供基于QoS机制的快速以太网交换功能，并在其内部采用拥有专利技术的UniMAC结构，在88E6218内部的CPU与多个快速以太网交换口之间形成高效的网络接口。由于智能备份系统之间各个设备的数据通信是建立在网口通信上的，因此，采用该款芯片可以确保网络数据传输的高效性和可靠性。

2.2 软件设计和流程

软件设计采用分层方式和多线程方式，主要包含8个独立模块。其中，应用层主要完成状态显示、模式切换、手动控制、Web网管远程控制和系统软件升级功能。系统层是整个智能备份系统的核心层，负责响应上层应用的请求，处理底层数据，实现N+1智能切换的逻辑处理和系统其他设备的通信处理。而数据层主要完成整个系统的数据存储功能，智能备份系统会定时保存当前工作状态的所有参数，即使突然断电，也不会丢失当前状态的，待重新打开电脑后，就会自动恢复到断电以前的状态。接口层主要是完成各个发射机的数据接收和网络数据的收发。

2.3 系统主程序流程

主程序流程如图1所示。

图1 N+1智能备份系统软件流程图

该系统的子程序流程如图2所示。其中，切换程序处理过程包含两部分，即由正常状态到备份状态（图2左）、由备份状态恢复到正常状态（图2右）。

在切换过程中，要确保系统在安全状态下切换，不能带功率切换，因为这样容易发生事故。所以，在切换同轴开关之前，要关闭其所在的发射机，然后再切换，保证设备不会被突发射频输出损坏。

2.4 核心代码

N+1智能备份系统的自动切换部分核心代码采用阻塞方式设计，其简化代码如下：

该自动切换函数是不可重入函数，一旦被调用就会独占该切换线程。如果此时上层仍然发送切换指令调用该函数，那么，此函数就会直接返回不作响应，进而保证了切换的可靠性和独立性。

该函数会检测是否有发射机通道发生状态迁移，然后判断备份发射机是否已经在工作中。如果备份发射机在待机状态，则需启动相应的切换程序；如果备份发射机已经在工作，并且指令已经切换到了备份状态，那么，该函数直接返回。因为N+1系统只能启动1个备份系统，如果2个及以上的发射机出现故障，N+1备份系统会首先切换预先设置的高优先级通道，其他的通道则放弃响应。

3 结束语

综上所述，文中说明了稳定运行地面数字电视发射机智能备份系统的有效方法。数字电视产业的发展规模越来越大，用户对其的要求也在不断提高，因此，保证地面数字电视发射系统的稳定性和可靠性是一项非常重要的工作，而采取备份系统的方法就可以做到不停播、减少干扰，确保数字电视地面广播的稳定运行。

参考文献

[1]罗文锋，许晓波.智能化“N+1备份”通用型数字电视（调频广播）发射系统[J].中国有线电视，2014（z1）.

〔编辑：白洁〕