为生命安全而设计——高规格非集中式公共广播系统解析

http://www.audio.hc360.com2016年11月07日09:54 来源:依马狮视听传媒作者:江博文T|T

音响灯光

     慧聪音响灯光网报道   

  安全,我们共同关注

  公共安全从来都是一个敏感而重要的议题,优先级处在当之无愧最重要的位置,而及时而又清晰的通信对于达到公共安全这个目标是至关重要的。其中通过鲁棒性、可靠性极高的高规格非集中式公广系统向公众传达清晰而简明的广播指引是其中最有保证的方式之一。

  本文将探讨高规格非集中式公广系统最普遍意义的要求和功能特点,以及保证以上功能实现的相关组件和工作模式,以及如何处理和看待单一设备乃至整个系统的故障。

  公共广播系统三要素

  公共广播从原来的乡村大喇叭,发展到现在商场、酒店、机场、楼宇内外,甚至楼宇间的能够实现具体区域寻呼的系统。我们会发现系统的覆盖面越来越大,覆盖分区越来越多、越来越细致。将所有信号集中到一台核心设备进行统一分配和管理的传统集中式公共广播系统将在面临这样的发展是存在以下三个方面的掣肘:传输、系统容量、安全性。

  传输:一个公广设备需要供电、控制、音频三个基础才能实现寻呼广播的功能,所以广播系统的传输核心就是要能以最简单的方式同时传输供电、控制和音频。随着系统覆盖面的扩大同时面临下面两个问题:传输通道容量问题以及传输距离问题。随着网络技术的发展,很多厂商发现网络或者网线是解决传输问题的最低成本且最灵活通用的选择。POE解决供电问题,TCP/IP解决控制问题,通过交换网络甚至路由网络解决传输问题,至此诞生了大批的基于网络传输的广播系统,而此时的传输面临的最大问题在于采用压缩的流媒体传输,在音质上大打折扣,不可否认基于流媒体的广播系统在低规格场合有着不小的市场。但是在诸如机场、星级酒店、商场等对音频系统要求越来越高的场合流媒体的方案将无法满足需求。所以同期发展的是一些具备技术实力的专业DSP制造商,通过采用专业音频传输协议来实现稳定可靠延迟极低音频传输。在音频要求更高的场合这一类型的系统被采用。采用POE供电+TCP/IP控制+专业音频传输协议的模式很好的解决的广播系统面临的传输困境。

  系统容量:由于核心矩阵的容量不是无限量供应。但是广播系统的项目周期较长,且更多的是分期进行,面临的巨大挑战就是如何选择最合适大小的核心矩阵。在初期就投入最大矩阵明显不符合所有人的期望,投入能满足当前需求的矩阵,意味着后期需要额外投入更多矩阵来完成所有系统的整合,而且整合系统往往意味着停业,而这也是用户所不希望看到的。如何面对日益增长的用户需求和投入之间的矛盾则摆在了传统公广系统面前。

  安全性:公共广播系统正在逐步的承载着语音救援的责任。而系统的安全性则变成了系统面临的最大议题。一套完备的系统备份方案是解决系统稳定性和安全性的终极方案。但是要想做到一个真正的完备的备份几乎不可能。安全性是传统公广系统面临的一个核心根本问题。

  基于以上所面临的问题,高规格非集中式公广系统应运而生,应采用网络化的架构,通过专业音频协议解决信号的传输问题,同时将音频处理部分分散至所有终端节点,信号的路由通过网络直接实现即信号从输入端直接通过网络传输到输出端,控制管理采用TCP/IP直接接入网络进行控制。如下图所示:

  采用非集中式系统架构将从根本上解决系统传输问题,以太网可达理论上系统即可达。而系统容量此时由于没有核心矩阵概念,音频路由直接通过网络实现,所以容量仅关乎带宽以及相关专业网络音频的限制。

  

  而在谈到系统安全性时,则提出了一个全新的角度——不能保证永远100%的运行,但一定能保证不会产生100%的故障。此时将不复存在系统的整体瘫痪,当某一设备出现故障时,仅会影响该设备负责的区域或者功能。而此时的备份也与过去传统集中式备份的概念完全不一样,采用一种模块化备份,备份的成本也将大幅下降,而备份的效率将会大幅提升。而这也是高规格非集中式公广系统最终能够胜任日益关注的安全议题的核心理念。

  网络至关重要

  正如前文所提到的,系统的原来的核心矩阵转移到了网络中实现信号路由。正因为网络能够实现非集中式架构我们的非集中式公广系统才得以成立。并且由于网络的备份技术适用范围更广成本更低,这也是一个重要因素。所以此时一个高规格的公广系统网络必须具备足够的鲁棒性和故障管理。

  由于控制、音频和电源都高度依赖于以太网络,所以网络的稳定性和可靠性至关重要。最常见的比如在某处将网线切断了,在可靠网络下网络将会自动从新协商一条路径从而绕过中断处。而切换的速度非常之快,几乎很难被察觉。所以RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)或REP(Resilient Ethernet Protocol)在很多安全网络环境下是一个必选项。

  连接公广系统关键设备的交换机同时应具备故障逻辑输出功能。通过这个可以通知到管理员,并告知其当前网络存在故障,需要处理。

  高规格非集中式公广系统的网络必须与其他网络数据彻底隔离,个中缘由主要来自带宽的限制。最可靠的方式自然是在物理上采用分离的交换机和线缆。当然要实现这种分隔也可以通过在现有网络基础设施上创建VLAN来连接公广系统和相关的控制设备。当部署这样的公广系统时,对网络技能和经验的要求会更高。

  高规格非集中式公广系统组件概览

  公广系统在建筑设施的日常运营、监控和应急疏散中扮演重要角色。由于采用网络,所以无需像传统的公广系统花费大量的时间和金钱在线缆和安装上。同时根据不同国家的法规,需要满足响应的公共安全设备要求。

  输出设备。功放故障可能是所有公广系统中最常见的了。这有可能是通道故障(功放某个通道没有正常工作),当然也有可能是设备故障(整个设备瘫痪)。在一个高规格非集中式的公广系统中,功放具备多种层级的备份和前瞻性的保护措施去避免功放故障是非常必要的。而这通常包含下面三个层面通道备份,设备备份和网络备份:

  通道备份。每条功放通道都将负责建筑内相应区域的扬声器,而其中某些通道可以被指定用于备份切换。比如:如果通道1发生故障,将会自动切换到通道2.当然也可以实现其中某一个通道来备份其他几个通道。

  设备备份。在这种情况下,一台功放所有的通道被用于备份另外一台,两台完全独立的设备。正如前面所提到的当供给电力给两张卡的电源发生故障时,此时通道备份将无法达到目的。而设备备份则可以应对这样的情况。而采用设备备份还有一个优势,即可以为两台设备供应相互独立且隔离的电力。

  网络备份。高规格非集中式公广系统应配备主备以太网口。通过连接到不同的已形成备份架构的以太网交换机。这样可以确保即使其中一台交换机出现故障,功放仍能够连接到网络中。

  输入设备。高规格非集中式公广系统的输入设备将包含桌面或强装式寻呼基站,建筑设施的管理人员通过它来实现广播。

  在一个高可靠的系统下,所有组件的监控都应做到定期报告并自动完成日志记录,并且系统能够发送相应的通知或警报,从而让管理员去替换或维修有故障的设备组件。

  服务器和控制器大部分现今的的公广系统都会使用预录语音,其工作模式是通过比如系统的定时计划任务或员工的一些按钮来触发信息服务器播放语音。高规格非集中式公广系统的信息服务器支持诸多功能,包括存储和播放预录语音消息,自动计时和事件调度计划,VoIP寻呼接口等等。

  为确保系统在任何时候具备全备份,可以加入第二台信息服务器连接到网络中,并配置成与主服务器完全一致的“镜像系统”。当主服务器出现故障时备服务器将会无缝自动接管所有功能。最具实践意义的建议是将这台镜像服务器与主服务器放置在建筑的不同地点。这是可以确保系统在应对大型灾难时仍能工作的重要节点。

  高规格的公广系统要与紧急或消防报警系统相连,就需要借助一个接口设备来完成两者的对接。在诸如化学泄露或火灾下,紧急或消防报警系统发出警告至公广系统,公广系统将播放相应的警告信息到相应区域的扬声器。

  要连接消防报警信号和公广系统通常会通过一个单一接口设备来完成。为满足EN54-16的标准,这台设备需内置多重备份。比如,任何消防安全接口设备需遵循下面的规定:

  ◆ 主备网口。这个设计主要用于连接备份的网络,如果主网口丢失连接备份网口自动激活。

  ◆ 三重电源备份。主电源的接口最好具备使用备份储蓄电池电力的能力,而备份电源口也应该提供这样的电池供电(双备份)。同时额外一个层级的电源供应将进一步提升可靠性,确保即使在主备电源失去电力时,设备还具备报告错误的能力。

  ◆ 实时监控设备关键故障端口状态。通过设备的逻辑输出端口来完成系统错误的警报。如果连接该端口的线路出现中断或者短路,系统都应及时提供错误警告。同样的消防对接设备的警报输入的端口也应该被系统监控。

  ◆具备监控整个系统所有设备状态的能力。所有与紧急或消防相关的设备系统都应具备监测其功能是否完整,同时所有的网络通路也要处于监控状态(需与交换机对接)。确保都有与之对应的故障指示。

  ◆干接点闭合信号触发外部系统。如果接口设备发生故障,该设备应具备将两个干接点线路闭合的能力,以此来触发建筑内其他部分设备来警报接口设备的故障。

  确保高可靠性功放的其他重要功能

  1.扬声器线路监测。一个连接到扬声器链路终端的设备,该设备通过监听人不可闻的测试音来向系统报告功放所连接的扬声器线路状态。

  2.环境噪声补偿。通过在某一空间中放置噪声感应麦克风,测量当前的环境噪声水平,根据当前噪声自动调整播报语音的音量。

  3. 内置紧急语音存储。在功放上直接集成这一小块存储是非常关键的。这保证了非集中式公广系统不会出现任何单点故障——即使整个网络都已经瘫痪,只要功放的供电还存在,就会持续的播放该存储上的紧急语音。

  功放的供电也应通过UPS来完成,在断电时也能确保系统的全部功能。提供功放的备份(通道和设备)和线路终端监测将确保系统最高级别的持续监控。无论是谁都无法保证每个扬声器都正常工作,如何应对某个链路扬声器故障而导致其后的所有扬声器都无法出声,对此的建议是考虑额外的扬声器安装和连接更多的扬声器线路。通过备份通道或设备连接的扬声器,至少需要能够保证关键区域的听音覆盖。

  其他考量

  高规格非集中式公广系统的硬件设备应是管理友好型的,经过基础简单的培训,建筑设施的管理员应能够轻松做到维护和管理。这是确保系统最低的停机时间的重要属性。本地的管理员可以快速安全的置换掉故障设备。

  另外还值得一提的是设备防尘属性也是一项指标。所有的设备应至少具备IP-30的防尘级别。

  总结

  在高可靠的环境下,高规格非集中式公广系统工作的几个重要方面:

  ◆ 在关键地点足够的寻呼基站,且基站被系统定期和自动化的监控。设备日志记录所有状态,同时将信息服务器对所有设备进行日志和配置的记录备份。

  ◆ 功放应具备通道或整机备份,网络备份,扬声器线路终端监测,环境噪声补偿,内置紧急语音消息存储器每一个关键设备通过不间断UPS供电(如功放、服务器、交换机等)。信息服务器的镜像备份确保所有重要功能的实现(如消息播报和VoIP寻呼接口等)生命安全接口需内建多重备份(如果公广系统需要与紧急或消防系统连接)基于标准网络架构,配合RSTP以及故障逻辑输出。

  ◆故障设备应由工作人员轻松置换,无需更多额外操作。防尘指数必不可少。

  当我们在探讨公共安全相关系统时,如何提供最具灵活,最具扩展性而又最具安全可靠性的系统是我们最关心的。关于系统的安全性并不是时刻保证整个系统的可运行而让系统处于整体瘫痪的风险中。而应该是确保即使是系统的一个设备还能工作也能完成它的功能,加之完备的监控个警报系统才是我们应该思考的方向。而这正是高规格非集中式公广系统的设计哲学。

责任编辑:黄雁

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