通過異構三備提高播出系統(tǒng)安全性的實際應用

戴喜棟

（太倉市廣播電視總臺 技術中心，江蘇 太倉 215400）

1 硬盤播總控系統(tǒng)設計思路

構建一個播出系統(tǒng)須從廣播電視安全播出的角度出發(fā)，結合國家廣電總局的62號令，遵循安全性、高效性、高質量性、實用性、先進性和可擴展性等原則，需要在前期設計時充分考慮到以下7個關鍵點：1）視頻服務器；2）核心數據庫；3）通道設備（包含切換器及相應信號處理設備）；4）系統(tǒng)監(jiān)測設備（軟、硬件監(jiān)測，信號監(jiān)測、機房環(huán)境監(jiān)測等）；5）成熟的播出軟件；6）完善的應急播出機制等；7）適合本臺的總控矩陣。

在2010年3月中旬，筆者開始對太倉傳媒中心硬盤播出系統(tǒng)項目進行大量的前期調研工作，對整個系統(tǒng)進行了合理設計，并請多位專家對此項目進行多次論證，6月開始按既定方案有序地實施，2011年4月中旬基本完成整體框架的搭建[1-3]。

2 原播出系統(tǒng)介紹

在介紹太倉傳媒中心的播總控系統(tǒng)前，先簡述一下原有系統(tǒng)。目前使用的硬盤播出系統(tǒng)搭建于2005年年底，由北京格非視頻科技發(fā)展有限公司南京分公司負責實施，2006年元旦啟用，該系統(tǒng)已實現(xiàn)數字化。視頻服務器采用格非自主研發(fā)的Magistream服務器，服務器配有2塊獨立的通道卡負責2個頻道各自信號的輸出，配有5塊專業(yè)的300 Gbyte SCSI硬盤，通過自帶模組做成RAID5冗余模式實現(xiàn)1.08 Tbyte的實際可用空間，安全性得到保障?？紤]到單一服務器出現(xiàn)故障時將造成播出信號中斷，因此采用主備服務器實時同步播出的方式來保證信號的不間斷。調度矩陣采用16×16的模式以基本實現(xiàn)一些常用信號的調度。到目前為止該硬盤播出系統(tǒng)使用近6年，總體情況良好，但也存在一些相對不足的地方，如存儲容量稍顯不足，調度系統(tǒng)的靈活性及可擴展性稍顯不佳等。

3 新播總控系統(tǒng)概述

新系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 新系統(tǒng)結構

在太倉傳媒中心播總控系統(tǒng)中，播出系統(tǒng)視頻服務器采用主備進口服務器加三備國產服務器的方式，3臺服務器都實時同步播出，3路服務器輸出信號全都接入主備切換矩陣。并根據實際情況配備了應急播出設備及墊片設備、跳線架、智能監(jiān)控系統(tǒng)等，以便在出現(xiàn)問題時快速判斷故障點并加以處理。系統(tǒng)采用2個20 Tbyte的二級存儲互為主備，設置主備2臺遷移服務器，保證了素材庫和遷移服務的安全性。核心數據庫采用主備數據庫服務器。同步系統(tǒng)使用主備2臺泰克SPG600同步信號發(fā)生器，并使用同步自動倒換器。總控矩陣采用草谷公司128×128的高標清兼容機箱，目前配備64×64矩陣板卡，可實現(xiàn)同時多路外來信號實時主備。同時充分考慮直播節(jié)目的需求，系統(tǒng)中還配備了雙路高標清兼容延時器。

下文就太倉市廣播電視總臺硬盤播出系統(tǒng)采用的兩個關鍵設備進行簡要介紹。

3.1 視頻服務器

作為硬盤播出系統(tǒng)的核心設備，選擇一款高度穩(wěn)定可靠的產品尤為重要，因為它直接關系到最終播出的安全性、穩(wěn)定性和播出質量，因此這里全部采用國際知名品牌草谷公司最新的K2 SUMMIT視頻服務器，該視頻服務器采用支持熱插拔的冗余雙電源設計，確保服務器在供電方面的安全性。冗余的以太網接口配置在網絡連接上有所保障，不會因為單一網絡接口的損壞而影響控制信息和數據流的傳輸。操作系統(tǒng)為嵌入式英文版Windows XP系統(tǒng)，裝載在CF卡中，可以通過K2 SUMMIT服務器自帶的啟動優(yōu)盤引導至備份恢復界面，非常方便地進行操作系統(tǒng)的備份與恢復，操作系統(tǒng)本身的安全性和可靠性也得到了強有力的保障。同時因為嵌入式系統(tǒng)本身的優(yōu)點，系統(tǒng)的啟動速度更為快捷，且有助于防止病毒的入侵，安全性非?？煽俊Ａ硗?，雙iSCSI及雙FC接口的設計提供更多的冗余鏈路，是保證系統(tǒng)在任何情況下消除單潰點的非常優(yōu)秀的解決方案。

K2 SUMMIT服務器作為專業(yè)播出視頻服務器，其設計更加適合于播出領域，支持1路雙向編解碼通道，3路解碼通道，可分別用于節(jié)目的應急上載、播出及審看。K2 SUMMIT服務器內置8盤位磁盤陣列，配置8塊7200轉1 Tbyte容量專用服務器硬盤，相比于傳統(tǒng)桌面的SA?TA硬盤，具有更高的帶寬及穩(wěn)定性。通過K2 SUMMIT服務器自帶的磁盤管理軟件Storage Utility，將每2個硬盤綁定成1組RAID 1，共綁定成4組，然后創(chuàng)建專有的磁盤系統(tǒng)，實際可用容量達到3.63 Tbyte。理論上，損壞的硬盤只要不在一個組里，就可以允許有4塊硬盤同時出現(xiàn)故障而不影響磁盤結構，所以安全性相當可靠。目前按照12 Mbit/s的碼率進行素材采集，可存儲700 h的節(jié)目，完全能夠滿足頻道實際的播出需求。同時，K2 SUMMIT作為一款高標清兼容的服務器，同時具有高清播出功能，為以后電視節(jié)目的高清播出提前奠定了基礎，便于升級到高清播出，只需向經銷商升級相應的軟件授權，而不需要再重新購買新的硬件播出服務器。

第三級備播系統(tǒng)采用格非公司自主研發(fā)的Magis?tream-X視頻服務器，產品穩(wěn)定，成熟可靠，在國內也有典型的成功案例。

Magistream-X視頻服務器具備以下特點：1）具有負載平衡的冗余備份電源；2）完全模塊化設計；3）IO通道數為4個，且每個通道支持單獨串口控制；4）支持嵌入式SDI接口；5）高可靠的內置存儲陣列、高可用硬盤；6）服務器內部獨立的監(jiān)控檢測平臺。Magistream-X服務器在安全性方面做了全面考慮，最大限度保證播出的安全。

Magistream-X視頻服務器內置存儲陣列為12盤位的陣列，目前使用3塊2 Tbyte專用服務器硬盤，在RAID 5模式下同樣實現(xiàn)3.63 Tbyte的實際可用空間，與K2 SUM?MIT服務器一致。保證與K2 SUMMIT主備服務器不會存在容量上的落差，且安全可靠。如果當某一塊硬盤出現(xiàn)故障時，可由備份那塊硬盤自動恢復，在恢復的過程中并不影響存儲陣列的使用，保證數據完整安全地傳輸。

3.2 總控矩陣

根據信號調度系統(tǒng)的特點及設計參考因素，并結合太倉市廣播電視總臺的實際情況，設計了以國際知名品牌GV CONCERTO 128×128（暫配置64×64）數字矩陣為核心的總控信號調度系統(tǒng)，支持高標清信號的調度?？偪鼐仃嚺渲昧?套控制面板：信號調度矩陣XY控制面板1套，單母線面板1套，用于信號技術監(jiān)看。

矩陣采用獨立機箱、雙電源、雙控制板，機箱具有良好的散熱性和防塵能力，支持7×24 h連續(xù)工作。所有組件均為前裝載式，均可熱插拔。矩陣信號輸入、輸出模塊支持帶嵌入音頻的高標清SDI信號，矩陣輸出通道具有時鐘再生功能。矩陣具有BB同步信號輸入。矩陣輸入輸出板以32路為1單元，可靈活配置。主備電源分區(qū)供電，確保信號主備路由的安全性，且電源可熱插拔，內置進口原裝電源。

該矩陣具備如下特點：

1）多格式的靈活設計。Concerto系列矩陣支持在同一機箱內多種混合信號類型，包括模擬視音頻、高標清數字視頻、AES/EBU數字音頻、時間碼及用于機器控制的串口數據。

2）線性擴展能力使升級易如反掌。Concerto系列矩陣易于擴展且成本低廉。不像大多數系統(tǒng)，擴容需訂購專用的輸入板、輸出板和交叉點板模塊，在該系統(tǒng)中僅需添加2塊板就能將64×64系統(tǒng)擴展到128×128系統(tǒng)。而且，由于采用了可分離的無源后板連接器模塊，設備擴容的線路預設成本也大大降低了。

3）高度可靠性。低功耗設計最大限度減少了組件的使用，以確保矩陣的高可靠性。目前將矩陣配置為64×64，只需2塊板卡和2個后面板，而且其內裝有多組風扇，強力制冷裝置保證了設備的出色性能和可靠性而無需外部風扇。為盡可能延長工作時間，Concerto系列矩陣可以通過配置完整的控制系統(tǒng)和備份電源來完成重大播出任務，也可通過配置單控制器和電源來適合一般應用。

4）高度可維護性。Concerto矩陣在維護方面也最大限度為使用者提供方便。它的后面板采用無源設計，所有模塊均可從機箱前面熱插拔，包括電源和風扇。這一特點使矩陣易于升級，且避免了到機架背面進行任何維修操作的不便。

4 傳媒中心播總控系統(tǒng)的安全策略與實際運用

太倉傳媒中心播總控系統(tǒng)，緊緊圍繞安全播出這個核心，系統(tǒng)的搭建也充分考慮到這一點，從以下4個方面進行了落實。

4.1 系統(tǒng)的三備與異構的實際應用

從系統(tǒng)的架構到設備的可維護性、經濟性等各方面綜合考慮，結合異構理念，采用這種主備進口服務器加三備國產服務器的架構。在實際工作中，同一類型、同批次服務器在出現(xiàn)故障時，特別是軟件因素造成的故障，常常可能同時出現(xiàn)問題，采用三備異構方式就能避免此類故障出現(xiàn)。對比新老兩個播出系統(tǒng)可以看出，類似于老的播出系統(tǒng)，如果只是主備服務器構架，其中有一臺出問題，需要維修或者處理時，另外一臺將處于單機工作狀態(tài)。如果此時另外一臺設備再出現(xiàn)問題，將直接影響安全播出。而采用三備異構方式就能避免此類問題的出現(xiàn)。在該硬盤播出系統(tǒng)中，根據系統(tǒng)設計需求采用K2 SUMMIT作為主備服務器，同時兼顧系統(tǒng)的經濟性，采用Magistream-X國產視頻服務器作為三備服務器。在任何一臺服務器出現(xiàn)故障的時候，通過軟件檢測，能自動對播出信號進行無縫切換。

在實際應用中，對服務器進行了大量測試，模擬當主備兩臺K2 SUMMIT服務器因素材文件在遷移過程中出現(xiàn)文件缺失或有壞幀所造成的服務器播出信號靜幀，或者設備硬件出現(xiàn)問題時的現(xiàn)象，由于第三級備播是不同類別的國產服務器，在素材及硬件完好時實時同步播出，通過穩(wěn)定可靠智能的播控端可做到實時監(jiān)測，一旦任一服務器出現(xiàn)故障，都能實現(xiàn)無縫切換，保證輸出信號無異常，安全可靠。

4.2 總控系統(tǒng)的實際運用

在播出系統(tǒng)正常工作時，總控信號調度系統(tǒng)承擔著對參與播出的各種視音頻信號包括演播室信號、靜止圖像信號、錄像機信號、外來信號、播控PGM及CLEAN信號的調度、處理、分配，并向播出頻道分控系統(tǒng)輸出信號的任務，有時甚至參與播出，作為頻道播出的備份矩陣使用。

總控系統(tǒng)由基準和時鐘同步系統(tǒng)、主矩陣、周邊設備系統(tǒng)、監(jiān)看和UMD系統(tǒng)、衛(wèi)星接收系統(tǒng)、設備監(jiān)測監(jiān)控報警系統(tǒng)和信號監(jiān)測監(jiān)控報警系統(tǒng)等部分構成。

總控系統(tǒng)主要承擔以下4個任務：1）為播控系統(tǒng)提供用于各頻道播出需要的各類信號；2）幀同步機調度，根據需要對幀同步路由進行相應的信號調度；3）各頻道播出凈信號的調度，可用于節(jié)目回錄；4）完成臺內各子系統(tǒng)間電視信號互連互通。

總控系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 總控系統(tǒng)示意圖

從系統(tǒng)的可持續(xù)性、可發(fā)展性上考慮，在設備的選型上，充分考慮電視高清化的因素，服務器跟總控矩陣均采用高標清兼容設備，總控矩陣配備128×128機箱，目前只用了64×64，但已經滿足臺里的需要，各種直播和其他外來信號都有了備份，如果一路信號出現(xiàn)問題，通過簡單的切換，就能確保信號不中斷，實現(xiàn)安全播出。Concerto矩陣通過簡單的增加板卡，就能實現(xiàn)總控規(guī)模的提升，服務器均采用4通道服務器，為以后頻道擴容等提前作了充足的準備。同時也體現(xiàn)了該系統(tǒng)在節(jié)能增效上的考慮。

4.3 通道設備的交叉應用

結合太倉市廣播電視總臺實際情況，從播出系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性上考慮，頻道主通道上硬件設備都使用了備份，無法熱備的采用冷備方式，并且通道中主備設備均安置于不同機箱交叉互備，從而避免了單一節(jié)點出現(xiàn)問題時對系統(tǒng)構成的威脅。機箱交叉示意圖見圖3。

4.4 系統(tǒng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)

圖3 機箱交叉示意圖

智能監(jiān)控系統(tǒng)具有系統(tǒng)硬件設備工作狀態(tài)監(jiān)控、硬件系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)控、硬件設備的輔助控制和管理、系統(tǒng)故障報警、故障信息記錄和綜合信息管理、機房環(huán)境和輔助設備的工作狀態(tài)監(jiān)控等功能。設置了節(jié)點監(jiān)測設備，從而能快速判斷故障點。關鍵節(jié)點全部設置了應急跳線，如監(jiān)測到的某一節(jié)點出現(xiàn)問題時，利用跳線能快速跳過此設備，實現(xiàn)播出信號不中斷，確保安全播出。

實際運用表明，相比于原播出系統(tǒng)，新系統(tǒng)的優(yōu)勢大致為3個方面：

1）這種三備與異構結合的模式進一步加強了硬盤播出系統(tǒng)核心版塊的穩(wěn)定性和安全性，也是相較于原硬盤播出系統(tǒng)的一個創(chuàng)新突破。

2）相比原先的小型總控矩陣，新系統(tǒng)中多種外來信號的靈活調度、安全穩(wěn)定可靠、操作性強、易于維護及易于擴展等方面的改變是顯而易見的，為整個播控系統(tǒng)增加了不少亮點。

3）系統(tǒng)通過交叉互備及相關智能監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)，對于提高系統(tǒng)的安全性也有明顯效果。

5 結束語

從目前日益嚴峻的安全播出角度看，此次太倉傳媒中心播總控系統(tǒng)中的一些設計思路和核心設備的實際運用，都較好地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，對照國家廣電總局62號令各項要求均達到二級配置要求，部分已達到一級配置要求。通過半年的試運行，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，為確保安全播出奠定了堅實的基礎。

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