1 HFC網絡監控系統介紹

　　隨著三網融合業務的不斷開展。HFC監控網絡的安全性及穩定性，防止非法信號切入、提高服務質量、滿足三網融合業務的開展變得越來越重要。目前HFC網絡的監控設備具有以下特點：

　　（1）單向HFC網絡與雙向網絡同時并存目前國內絕大部份網絡設計還是以單向網絡為主。

　　雙向網主要集中在有一定經濟基礎且對數字業務有強烈需求的區域，例如高檔小區、寫字樓、賓館等。而擁有大量用戶的城中村和城鄉結合部等區域的HFC網設計，還是以普及數字電視的網絡建設為中心。

　　（2）采用HFC網的雙向通道無法提高監測可靠性由于雙向網本身依賴于HFC網作為傳輸介質。一旦網絡異常，采用HFC網本身雙向通道的監測器將失去回傳信道，無法將監測點的準確信息傳送回前端。前端僅能判斷監測器失效，而無法判斷網絡狀態，影響系統對網絡安全及網絡狀態的判斷精度。

　　（3）目前采用的無線接入方式存在帶寬瓶頸目前采用Wi-Fi等大帶寬的無線方式覆蓋率低，無法形成規模效應。而采用GPRS方式由于帶寬問題，無法實時傳送大量播放截圖，無法有效判斷網絡是否受到非法信號入侵。

　　2 HFC網絡監控系統解決方案

　　2.1 系統拓撲

　　圖1為本系統解決方案拓撲圖。系統由前端的中心服務器集群和終端的HFC網監測器組成。中心服務器集群安裝在前端機房，HFC網監測器安裝在HFC網的關鍵節點，如光機、樓放、干放處。兩者采用3G網絡的IP（互聯網協議）信道進行數據交互。

　　圖1 HFC網絡監控系統拓撲

　　圖2 為前端中心服務器集群架構，平臺分為Web（互聯網站）操作平臺及中心平臺模塊。Web操作平臺提供用戶與系統內核的圖形化接口，根據功能要求分為權限管理、內容管理、業務管理以及日志管理四大功能模塊。用戶可通過登陸Web平臺對系統進行操作管理。系統中心平臺提供數據管理、集群均衡管理、交換管理、終端特性管理以及接口管理。

　　圖2 HFC網絡監控系統架構

　　2.2 監測器設計方案

　　圖3為本系統監測器設計原理圖。監測器通過高頻頭接收HFC網的信號，并獲取信號質量以及信號源的數字信息。CPU（中央處理器）通過USB模塊與3G模塊連接，監測器獲取到的HFC信號質量數據以及HFC在播的節目圖像通過3G模塊發送至3G網絡，并通過其回傳至中心服務器。

　　圖3 監測器設計方案

　　圖4為監測器3G模塊開啟軟件流程。監測器采用多線程設計模式。系統初始化CPU的USB硬件接口后。

　　USB監測線程將不斷訪問CPU的USB狀態寄存器，檢測是否有USB硬件變更事件。若USB狀態寄存器中發現有3G模塊硬件接入事件。系統將尋找3G模塊的驅動程序并打開3G通信的應用程序線程。系統可通過該線程啟動3G通信，并開啟HFC網監測線程。當USB狀態寄存器顯示事件為3G通信移除，系統將刪除HFC網監測線程。

　　圖4 監測器3G模塊開啟軟件流程

　　2.3 數據包穿透方案

　　基于3G網絡為第三方接入網絡以及全球IPv4資源枯竭等問題，例如目前使用聯通的3G上網，終端獲得的IP地址均為私網IP地址，所以在系統設計中，必須考慮到NAT穿透等問題。監測器定時向中心服務器集群發送注冊包，并且在兩個注冊包之間，設計發送用于穿透的小數據包，保持服務器與監測器的會話通道。在此過程中，必須保持服務端的發送與接收端口一致，以及監測器的發送與接收端口一致。服務器可通過該通道向監測器下發監測指定，解決數據包穿透問題。

　　3 系統應用

　　本系統可實現地理信息化管理，以下是本系統基于Google（谷歌）電子地圖開發的HFC系統應用。

　　3.1 在線預警

　　圖5 為本系統與Google 電子地圖進行在線預警示例。圖中標注了幾個網絡監測器在Google地圖中的位置及其在線狀態。通過標注的顏色顯示當前網絡監測器或其它設備的狀態，如本示例所示，當監測器無法解擾電視節目、偵測信號有異常波動時，監測器通過3G網絡向服務器發送異常信息，服務器將地圖標注顏色更改為黃色；當網絡中斷時，標注更改為紅色；當網絡運行正常時，標注為綠色。操作員可在電子地圖上標注各電節點以及光節點的節點信息，描繪網絡拓撲信息。更重要的是，監控平臺可實現智能化、自動化的網絡狀態信息標注，顯示突發事件，如安全播出故障、非法信號切入等。地理信息化有利與給操作人員帶來更直觀的系統狀態，更便捷的操作方式，極大地壓縮初級維修人員的地理信息培訓時間。維修人員可從地圖上直接了解故障所在地點，安排適當的交通工具。

　　圖5 Google電子地圖在線預警示例

　　3.2 圖像監測

　　目前國內外現有技術對于網絡異常的偵測，采用偵測信號強度方式或是識別碼方式判斷網絡運行狀態。這兩種識別手段均以模擬電視偵測技術發展而來。

　　由于信號強度由信號功率和噪聲功率累加，因此網絡產生的突發噪聲往往引起監測器的大量誤判。采用GPRS通道會由于帶寬瓶頸無法大量傳輸網絡的節目播放截圖，采用3G接入則可解決帶寬瓶頸問題。圖6為通過Google地圖平臺操作的監測點電視節目播放截圖。節目圖像通過3G網絡回傳發布，實現遠程監測節目播放圖像。

　　圖6 Google電子地圖監測器節目播放狀態測量示例

　　3.3 信號測量

　　HFC網絡受到干擾來源，主要為突發噪聲。噪聲持續一段時間后，將會減弱。采用現場測試手段，往往會發生測試人員到達現場后觀察不到噪聲現象，而當測試人員不在場時現象反而明顯的情況。圖7為系統通過監測器遠程實時采集網絡節點的星座圖，通過星座圖的噪聲模型，定性、定量、定時對噪聲進行分析，達到智能化、遠程化檢測網絡的目的。

　　圖7 單頻點信號質量測量示例

　　3.4 頻譜掃描

　　圖8為Google電子地圖模式下進行頻譜掃描操作。

　　頻譜掃描通常用于HFC網絡安裝及維修，它是信號在線路傳輸穩定性的重要依據。通過頻譜調整有源器件的增益及均衡，可有效提高HFC傳輸線路的穩定性。

　　圖8 Google電子地圖頻譜掃描操作

　　4 結束語

　　本系統采用3G技術進行HFC網絡監測，特點如下：

　　（1）解決單向HFC網的網絡監測，目前3G網已大量覆蓋。

　　（2）提高網絡監測可靠性，采用第三方網絡進行監測可有效提高網絡監測可靠性。

　　（3）接入便利，3G網采用無線接入方式，解決回傳網絡布線問題。

　　（4）解決網絡回傳帶寬，3G網較GPRS等接入方式，具有更大的帶寬反饋監測器所檢測到的節目安全播出圖像。

　　本文方案HFC網監控監測器可通過3G網絡將HFC網的信號質量及數字電視圖像反饋到前端服務器，實現單向HFC低成本安全播出監測。不僅可以提高HFC網絡運營商對HFC網絡的監控能力，降低HFC網絡運營商的運維成本，還可提高HFC網絡運營商的運維效率。