郭译群
（中国人民解放军海军航空工程学院青岛校区，山东 青岛 266041）
【摘 要】本文对比了数字非压缩视频光端机与模拟视频光端机的技术差异和优势，介绍了数字非压缩视频光端机的基本工作原理和关键电路设计，以及如何充分利用数字通信领域的先进技术在产品性能、应用上去创新和发展。提出了一种基于电话网的远程维护系统在光端机中的应用，阐述了光端机远程维护模块和计算机远程维护网管终端的设计和实现。
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关键词 光端机；数字非压缩视频光端机；模拟视频光端机；电话网；远程维护
0 引言
光纤传输视频信号相比同轴电缆、非屏蔽双绞线、无线等其他传输介质，有着带宽高、传输距离远、抗干扰性强等较多的技术优势，随着光纤价格的逐步降低，视频光端机在平安城市、道路监控、高速公路、轨道交通、军队、石油石化等需要远距离传输视频的行业领域得到了广泛应用。由于光端机的生产和使用受地理位置的局限，当光端机所处的地理位置偏僻，并出现业务不通、配置失效或者软件故障时，研制生产单位都需要派遣技术人员到现场进行故障定位和排查，大大增加了光端机的维护成本。由于我国电话网络具有高覆盖率的特点，基于电话网的远程维护系统在光端机中的应用，不仅能及时对光端机的非硬件故障进行定位和排除，还能在最大程度上减少研制生产单位的维护成本[1]。
1 光端机技术的发展历程及趋势
１．１ 光端机技术的发展历程
光端机是一个延长数据传输的光纤通信设备，它主要是通过信号调制、光电转化等技术，利用光传输特性来达到远程传输的目的。光端机一般成对使用，分为光发射机（如图1所示）和光接收机（如图2所示），光发射机完成电/光转换，并把光信号发射出去用于光纤传输；光接收机主要是把从光纤接收的光信号再还原为电信号，完成光/电转换。
图1 光发射机
早期的视频光端机是采用调幅、调频、调相等模拟调制方式，视频传输路数少，易受到外界环境干扰和通道之间相互串扰，视频传输质量不能满足使用要求，从本世纪初开始就逐渐被数字非压缩视频光端机取代。数字非压缩视频光端机采用脉冲编码调制方式（PCM）对模拟视频进行采样，经过数字化编码后的视频码流就可以借助成熟的时分复用（TDM）、波分复用（WDM）等通信技术，把1路或多路视频信号以及其他辅助信号一起通过光纤传输。目前市场上的光端机使用单波长就可以传输16～18路视频，加上粗波分复用（CWDM）技术，可以单纤传输100多路视频。在组网方式上可以支持点对点、节点链型、节点环型、多点汇聚型等多种拓扑方式，在业务接入方面，除了视频还可以支持低速异步数据、音频、以太网、开关量、电话、E1等信号。
数字非压缩视频光端机作为传输设备，最重要的是要保证视频的传输质量，而衡量视频质量一般采用视频测试仪表对视频进行相关的指标测试，视频指标通常包括视频电平、微分增益、微分相位、幅频特性、信噪比等。因此，要保证较高的传输质量，采样位数至少要使用8bit或10bit，这样才能保证视频信号有足够的信噪比；采样频率要在13.5MHz以上，这样才能保证模拟视频的带宽和幅频特性。
除了点对点光端机外，还有通过光纤组成节点链型或环形拓扑结构的节点式光端机。多个节点式光端机可以分段共用一根光纤，这种方式能节省大量的光纤资源，比较适合道路监控应用。节点式光端机在设计上需要采用同步方式，即每个节点复接和传输的时钟都是同源的，这样才能完成多点的业务数据复用。由于多级传输会造成信号劣化和抖动增加，所以每个节点的时钟电路精度和抖动参数很关键，一般会选用压控晶振或者专用时钟芯片电路来实现系统时钟同步。
１．２ 光端机未来的发展趋势
视频网络化、高清化是未来视频监控的发展方向。视频信号在前端进行压缩降低了传输带宽，使传输的成本降低，以太网的组网、交换十分灵活，同时压缩数据还可以直接存储，这些都是网络视频的优势。正是由于这些优势，网络摄像机（IPC）近年来迅速普及，给传统的视频光端机厂家带来了巨大冲击。由于IP监控方案与非压缩视频方案在技术上差别过大，不可能很方便地把非压缩视频系统升级为压缩视频系统，因此，未来产品只有向IP视频监控系统转型，才能满足市场发展需求。在目前的过渡阶段，可以在光端机业务接口上加大对网络的支持，包括增加多端口的百兆以太网和千兆以太网，这样可以同时兼容模拟视频传输和网络视频的传输。
２ 光端机远程维护系统中的应用
２．１ 光端机远程维护模块的系统组成
光端机远程维护模块主要由一个内置的调制解调器、网管通道、数据传输协议、各类业务、各类性能统计、各类告警、CPU、FPGA和存储器组成。其中嵌入式系统运行在CPU上负责对低速综合业务、以太网业务和光口业务进行配置，FPGA专门用来收集光端机的性能和告警，SDRAM负责存储设备的运行信息，ROM存储设备的历史告警。其系统组成如图2所示。
图2 光端机远程维护系统组成
２．２ 系统工作原理
计算机远程维护网管终端通过外接的调制解调器与处在电话网远端的光端机内置调制解调器建立了一条基于电话网的通信通道，计算机远程维护网管终端向远端的光端机发送各类指令，指令经过网管通道进入数据传输协议层，通过数据传输协议对指令包进行解析，运行在CPU上的嵌入式系统开始执行指令包中的指令。如果是配置指令就直接对设备各相关芯片进行配置，如果是收集告警信息就需要通过FPGA将收集到的历史告警和当前告警传送到SDRAM中。然后，通过数据传输协议对告警信息进行打包封装传输，数据信息仍通过调制解调器建立的电话网通道将数据传送回远端的计算机远程维护网管终端。
计算机远程维护网管终端通过传回的设备告警信息可以判断设备中的低速综合业务、以太网业务和光口业务是否工作正常，处于远端的维护人员可以通过当前告警和历史告警信息定位光端机故障，并通过配置来排除光端机故障。在基于电话网的远程维护系统中，采用了目前比较通用的一种网络管理协议(简单网管协议（下转第126页）（上接第124页）SNMP)，SNMP提供了从网络上的设备中收集定义的数据信息，它主要包含三个部分：管理信息结构SMI、管理信息库MIB和简单网络管理协议SNMP。为了有效地对网络中的设备进行管理，读取数据采用批量数据操作(GetBukl-Reques)t，对设备进行配置采用Set-Request，对设备的性能统计和告警信息收集采用Trap机制，整个系统数据传输协议采用SNMP完成[2]。
２．３ 计算机远程维护网管终端模块的设计
计算机远程维护网管终端模块由远程网络拨号、数据处理、图形化界面显示、业务配置、性能统计和告警信息等模块组成，如图3所示。
图3 计算机远程维护网管终端系统组成
计算机远程维护网管终端通过远程拨号模块与远端的光端机建立通信通道，计算机远程维护网管终端从光端机中读取所需的数据信息，通过数据传输协议将接收的数据发送到数据处理模块，按预先定义的数据结构对数据进行分析保存。业务配置、性能统计和告警信息分别从数据处理模块中读取与之相关的设备数据信息，并将配置状态、性能统计结果和告警详细信息显示在图形化界面中。当设备发生故障时，计算机远程维护网管终端接收到来自远端设备的告警Trap数据信息，并通过数据传输协议解析后发送到数据处理模块。操作人员可通过接收到的告警信息定位故障，并通过图形化界面对相关业务进行配置来排除故障，达到远程故障排除[3]。
对于光端机而言,业务模块主要分低速综合业务、以太网业务、PDH电口业务和光口业务等，需要统计的信息包括告警信息和性能。在计算机远程维护网管终端中，主要是对各类业务配置、性能统计和告警信息进行数据结构定义。在计算机远程维护网管终端中采用面向对象的设计方法，将所有业务按业务类别不同定义成相应的类，该类中包含了各自的性能信息和告警信息，然后使用链表对定义的各种类型的类对象进行存储，在使用过程中，只需要遍历数据链表即能完成对各类业务的配置、性能和告警的显示和操作。
告警模块作为光端机运行不可或缺的故障诊断大师，在整个远程故障定位和排除过程中都起着至关重要的作用。远端光端机通过FPGA实时的收集设备的性能信息和告警信息，并将收集到的信息储存在设备的存储器中，方便管理者实时查看设备状态。告警信息分为当前告警和历史告警，当计算机远程维护网管终端通过电话网与光端机建立连接后，计算机远程维护网管终端就会向远端设备发送读取当前告警指令，远端设备响应后，返回当前告警信息数据，计算机远程维护网管终端通过数据传输协议解析收到的数据包，并存储到定义好的数据结构中，然后通过可视化界面显示当前告警信息。当前告警传输完成后才对历史告警信息进行读取，由于电话网传输带宽有限，历史告警设置了筛选条件(如按时间、按业务、按告警类型等)以便更直接、更快地定位远光端机的故障。
３ 结束语
随着光纤覆盖范围的不断扩大，作为光信号传输中转设备的光端机应用也越来越广泛，基于电话网的远程维护系统在光端机中的应用，使得光端机生产厂家可以不受地域限制对产品进行故障定位和维护，大大节省了维护成本。目前，该系统已经在光端机中得到稳定的应用，电话网覆盖的地域都能使用具有远程维护系统的光端机，而且在实际应用中以其便捷的故障排除功能获得了用户的好评。
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参考文献
［１］吴克军,沈瑞松,奚旭镛.本地电话网网络管理系统的研究与开发[J].军事通信技术,2003,24(2):24-26.
［２］谢希仁.计算机网络[M].5版.北京:电子工业出版社,2008.
［３］杨世平,张引发,邓大鹏,等.SDH光同步数字传输设备与工程应用[M].北京:人民邮电出版社,2001.
［责任编辑：杨玉洁］