基于3G网络的HFC监控系统设计与实现

　　摘 要：文章首先简单介绍HTC网络监控系统，然后提出一种基于3G的HFC网络（光纤同轴电缆混合网络）监控系统解决方案，该方案可以解决由3G带来的NAT（网络地址转换）穿透，最后详细阐述基于GOOGLE（谷歌）电子地图开发的四种HFC系统应用。该设计对于低成本防范非法信号切入、保障播出顺利进行有无法替代的作用。

　　1 HFC网络监控系统介绍

　　随着三网融合业务的不断开展。HFC监控网络的安全性及稳定性，防止非法信号切入、提高服务质量、满足三网融合业务的开展变得越来越重要。目前HFC网络的监控设备具有以下特点：

　　（1）单向HFC网络与双向网络同时并存目前国内绝大部份网络设计还是以单向网络为主。

　　双向网主要集中在有一定经济基础且对数字业务有强烈需求的区域，例如高档小区、写字楼、宾馆等。而拥有大量用户的城中村和城乡结合部等区域的HFC网设计，还是以普及数字电视的网络建设为中心。

　　（2）采用HFC网的双向通道无法提高监测可靠性由于双向网本身依赖于HFC网作为传输介质。一旦网络异常，采用HFC网本身双向通道的监测器将失去回传信道，无法将监测点的准确信息传送回前端。前端仅能判断监测器失效，而无法判断网络状态，影响系统对网络安全及网络状态的判断精度。

　　（3）目前采用的无线接入方式存在带宽瓶颈目前采用Wi-Fi等大带宽的无线方式覆盖率低，无法形成规模效应。而采用GPRS方式由于带宽问题，无法实时传送大量播放截图，无法有效判断网络是否受到非法信号入侵。

　　2 HFC网络监控系统解决方案

　　2.1 系统拓扑

　　图1为本系统解决方案拓扑图。系统由前端的中心服务器集群和终端的HFC网监测器组成。中心服务器集群安装在前端机房，HFC网监测器安装在HFC网的关键节点，如光机、楼放、干放处。两者采用3G网络的IP（互联网协议）信道进行数据交互。

　　图1 HFC网络监控系统拓扑

　　图2 为前端中心服务器集群架构，平台分为Web（互联网站）操作平台及中心平台模块。Web操作平台提供用户与系统内核的图形化接口，根据功能要求分为权限管理、内容管理、业务管理以及日志管理四大功能模块。用户可通过登陆Web平台对系统进行操作管理。系统中心平台提供数据管理、集群均衡管理、交换管理、终端特性管理以及接口管理。

　　图2 HFC网络监控系统架构

　　2.2 监测器设计方案

　　图3为本系统监测器设计原理图。监测器通过高频头接收HFC网的信号，并获取信号质量以及信号源的数字信息。CPU（中央处理器）通过USB模块与3G模块连接，监测器获取到的HFC信号质量数据以及HFC在播的节目图像通过3G模块发送至3G网络，并通过其回传至中心服务器。

　　图3 监测器设计方案

　　图4为监测器3G模块开启软件流程。监测器采用多线程设计模式。系统初始化CPU的USB硬件接口后。

　　USB监测线程将不断访问CPU的USB状态寄存器，检测是否有USB硬件变更事件。若USB状态寄存器中发现有3G模块硬件接入事件。系统将寻找3G模块的驱动程序并打开3G通信的应用程序线程。系统可通过该线程启动3G通信，并开启HFC网监测线程。当USB状态寄存器显示事件为3G通信移除，系统将删除HFC网监测线程。

　　图4 监测器3G模块开启软件流程

　　2.3 数据包穿透方案

　　基于3G网络为第三方接入网络以及全球IPv4资源枯竭等问题，例如目前使用联通的3G上网，终端获得的IP地址均为私网IP地址，所以在系统设计中，必须考虑到NAT穿透等问题。监测器定时向中心服务器集群发送注册包，并且在两个注册包之间，设计发送用于穿透的小数据包，保持服务器与监测器的会话通道。在此过程中，必须保持服务端的发送与接收端口一致，以及监测器的发送与接收端口一致。服务器可通过该通道向监测器下发监测指定，解决数据包穿透问题。