國際臺基于互聯(lián)網(wǎng)的節(jié)目高效傳輸方案探討

郭向軍

【摘要】 隨著國際臺音視頻業(yè)務(wù)快速發(fā)展，臺內(nèi)與海外機(jī)構(gòu)的節(jié)目傳輸頻次和數(shù)據(jù)量日益增多，急需在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下解決臺內(nèi)與海外機(jī)構(gòu)的節(jié)目素材高效傳輸問題。本文對基于互聯(lián)網(wǎng)的傳輸技術(shù)進(jìn)行分析、比對、測試等展開論述，尋求更經(jīng)濟(jì)、更高效的解決方案。

【關(guān)鍵詞】互聯(lián)網(wǎng) 傳輸技術(shù) 節(jié)目素材 高效 經(jīng)濟(jì)

一.引言

在國家增強(qiáng)國際傳播能力的大背景下，中國國際廣播電臺（以下簡稱：國際臺）不斷加大外宣力度，通過海外整頻率落地項目建立海外分支機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)節(jié)目本土化播出。目前，除現(xiàn)有的短波環(huán)球覆蓋播出以外，國際臺已建成102個海外整頻率落地調(diào)頻臺和中波臺、8個海外地區(qū)總站、39家海外記者站、23個海外節(jié)目制作室以及13家海外廣播孔子課堂。其中，海外地區(qū)總站負(fù)責(zé)管轄節(jié)目制作室和記者站。國際臺的海外分臺、全球節(jié)目制作室、記者站遍布各大洲，已經(jīng)成為我國增強(qiáng)國際傳播能力最有效、最迅捷的前沿陣地，得到了中央領(lǐng)導(dǎo)的高度認(rèn)可。

當(dāng)下，國際臺快速發(fā)展，急需建設(shè)符合國際臺需求的全球節(jié)目傳輸平臺，實現(xiàn)海外地區(qū)總站、海外分站、全球節(jié)目制作室、記者站與臺內(nèi)的音頻、視頻、圖片、文字等節(jié)目內(nèi)容以及新媒體信息的節(jié)目資源共享。目前，傳統(tǒng)的衛(wèi)星或?qū)＞€方式，主要應(yīng)用于對實時播出的成品節(jié)目或不間斷音頻流的傳輸。而對于節(jié)目素材或音頻片段來說，使用衛(wèi)星或?qū)＞€傳輸成本過高，易造成資源浪費，使用傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)傳輸又存在效率較低的問題，為此，急需找到一個既經(jīng)濟(jì)又高效的解決辦法。

二.國際臺海外節(jié)目傳輸現(xiàn)狀及分析

由于國際臺各分支機(jī)構(gòu)分散在全球各地，各自的基礎(chǔ)設(shè)施條件和當(dāng)?shù)厍闆r復(fù)雜，尤其是網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬參差不齊。目前各節(jié)點間通過FTP、QQ、Email、衛(wèi)星、郵件等方式進(jìn)行節(jié)目素材、節(jié)目成品的傳輸共享，這些方式由于自身的局限性已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國際臺對傳輸效率、傳輸統(tǒng)一管理和傳輸穩(wěn)定性的要求。具體如下：

1.傳輸方式不統(tǒng)一：海外地區(qū)總站、海外分站、全球節(jié)目制作室、記者站等各相關(guān)節(jié)點自行選擇傳輸方式，缺乏統(tǒng)一管理。

2.傳輸范圍廣：傳輸范圍包括國際臺臺內(nèi)、北美地區(qū)、北歐地區(qū)、東南亞地區(qū)、西亞地區(qū)等，各地網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)環(huán)境有很大差異。

3.傳輸效率低：由于傳播力度的增加，各種音頻、視頻、圖片、文字素材在傳輸量與傳輸范圍方面均大幅增加，F(xiàn)TP、QQ、Email、衛(wèi)星、郵件等傳輸效率達(dá)不到時效性要求，尤其在洲際間和部分地區(qū)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境惡劣下的傳輸。

4.缺乏穩(wěn)定性：國際臺臺內(nèi)目前所使用的傳輸手段主要是基于對TCP/IP的優(yōu)化，而由于TCP握手機(jī)制和固定擁塞窗口限制，在長距離、高延時的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，對帶寬的有效利用率很低，從而造成洲際網(wǎng)絡(luò)文件傳輸?shù)男实拖隆?/p>

5.缺乏共享機(jī)制：現(xiàn)有的傳輸方式不符合國際臺臺內(nèi)與海外地區(qū)總站、海外分站、全球節(jié)目制作室、記者站及相關(guān)合作單位之間的素材共享業(yè)務(wù)需求，降低了時效性與靈活性。

6.缺乏整體監(jiān)管性：管理部門缺乏技術(shù)手段對各節(jié)點用戶進(jìn)行統(tǒng)一認(rèn)證管理和傳輸策略的分發(fā)，對傳輸業(yè)務(wù)無法統(tǒng)一監(jiān)控和管理。

三.基于互聯(lián)網(wǎng)的節(jié)目高效傳輸方案

為了解決國際臺目前面臨的節(jié)目傳輸難題以及國際臺未來業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，筆者通過對各類傳輸方案分析和對比，提出一種基于Fasp技術(shù)的高效經(jīng)濟(jì)的傳輸方案，并依據(jù)其高效性、開放性、可管理性和安全性構(gòu)建了整體部署方案。

1.傳統(tǒng)傳輸加速方案

網(wǎng)絡(luò)加速技術(shù)大致分為協(xié)議優(yōu)化、負(fù)載均衡和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身的進(jìn)化，其中負(fù)載均衡大多是采用CDN或者云服務(wù)的方式，這種方式相對不夠靈活，需要和新的高效傳輸方案相互配合，而傳統(tǒng)的方案主要采用的協(xié)議優(yōu)化的方式，主要包括TCP/IP協(xié)議的優(yōu)化、前向差錯控制和基于UDP的流量噴發(fā)等，具體如下：

（1）基于TCP/IP協(xié)議的優(yōu)化[1]

優(yōu)化的方式分為兩類，一類是修改TCP/IP協(xié)議，另一類是并行TCP/IP數(shù)據(jù)流。修改TCP/IP協(xié)議是指對已有TCP/IP協(xié)議棧進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化是一種比較常見的加速方式。這些加速方法通常會通過調(diào)整協(xié)議棧參數(shù)從而使TCP可以維持更大的發(fā)送窗口，并且有選擇性的報告丟包（SACK）以防止TCP在一個往返時間內(nèi)速率下降過多。一些更高級的機(jī)制直接修改TCP的速率控制機(jī)制。譬如，這些“高速”TCP協(xié)議通常在丟包的時候速率減少更緩慢，而在無網(wǎng)絡(luò)擁塞的時候速率增加更快。但是，因為這些協(xié)議并沒有改變TCP根本的基于丟包的速率控制，所以只能在丟包比較小的情況下充分利用帶寬，而在丟包比較嚴(yán)重的情況下帶寬利用率仍然極其低下。非標(biāo)準(zhǔn)的TCP/ IP協(xié)議棧通常以獨立的代理服務(wù)器的形式部署在數(shù)據(jù)中心或廣域網(wǎng)鏈接的前端。這通常需要安裝新的硬件設(shè)備或更換已有的操作系統(tǒng)。相比而言，速鉑的產(chǎn)品可以和現(xiàn)有的運(yùn)行環(huán)境無縫集成，無需對已有軟硬件設(shè)備做出改動。

并行TCP/IP數(shù)據(jù)流也是一種對TCP/IP協(xié)議棧提供加速的方法，當(dāng)單個TCP數(shù)據(jù)流帶寬利用率很低時，用多個數(shù)據(jù)流可以使總的帶寬利用率增加。但是由于這種簡單的方法沒有對TCP的速率控制機(jī)制做出任何改進(jìn)，所以在丟包率嚴(yán)重的情況下（大于10%），其性能仍然不能得到保障。打開多個數(shù)據(jù)流會大量耗費客戶端和服務(wù)器端的CPU和內(nèi)存資源。更嚴(yán)重的是，由于TCP的帶寬控制是基于丟包的，所以當(dāng)并行TCP獲得更高的帶寬利用率的同時，其實際上已經(jīng)在瓶頸鏈路上造成了大量的丟包和擁塞，以至于其余應(yīng)用無法正常工作或?qū)е缕渌俣燃捌渚徛?/p>

（2）前向差錯控制

前向差錯控制是一種在廣域網(wǎng)傳輸中經(jīng)常被采用的技術(shù)[2]。它的原理是在發(fā)送的原始數(shù)據(jù)之上加傳一定比例的冗余碼，這樣當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞造成丟包的情況下可以通過校驗碼恢復(fù)部分原始數(shù)據(jù)。嚴(yán)格來說，前向差錯控制并不是一種純粹的加速機(jī)制，而只是一種可靠性手段，因其并未對傳輸速率有何改善。前向差錯控制只能在一般丟包的情況下改善傳輸?shù)目煽啃?，而其本身在丟包嚴(yán)重的情況下并不能提供完全的可靠性。前向差錯控制相關(guān)的編碼/解碼需要耗費一定量的CPU資源，在高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中往往通過特殊硬件實現(xiàn)。相比而言，faspTM所采用的負(fù)反饋重傳機(jī)制可以保證傳輸100%可靠，并且CPU消耗很小。

（3）基于UDP的流量噴發(fā)

由于傳統(tǒng)TCP傳輸協(xié)議的低效，以及修改TCP協(xié)議本身的復(fù)雜性，近幾年人們相應(yīng)推出了一些基于UDP的傳輸協(xié)議。其中比較常見的開源協(xié)議譬如Tsunami和UDT，正被許多商用產(chǎn)品（Signiant， File Catalyst和Sterling Commerce）使用。不幸的是，這些協(xié)議并沒有高質(zhì)量的設(shè)計，僅僅是采用了基于UDP的流量噴發(fā)。更具體的說，這些協(xié)議通?？梢员ＷC傳輸?shù)目煽啃裕诖酥喜捎煤唵蔚乃俾士刂苼眄憫?yīng)網(wǎng)絡(luò)擁塞。但由于其粗糙的可靠性機(jī)制和速率控制設(shè)計，這些協(xié)議往往傳輸效率很低，并且會加重網(wǎng)絡(luò)擁塞造成大量丟包，對網(wǎng)絡(luò)中其余的TCP數(shù)據(jù)流有極壞的影響。

2.基于Fasp協(xié)議的Aspera傳輸方案

Aspera是一款高速傳輸軟件[3]，并包含開放定制化的解決方案，創(chuàng)新了新一代的傳輸技術(shù)Fasp，并能不受文件大小、形態(tài)、傳輸距離、網(wǎng)絡(luò)條件限制，以最高效的速度來協(xié)助用戶遷移各地的數(shù)據(jù)。解決方案的核心是Fasp傳輸專利技術(shù)，它是一項突破性傳輸協(xié)議，充分利用現(xiàn)有的WAN基礎(chǔ)設(shè)施和通用硬件，傳輸速度和效率遠(yuǎn)超現(xiàn)有的FTP和HTTP技術(shù)。Fasp中的帶寬利用算法能夠快速、自動地發(fā)掘帶寬容量并充分利用，同時，仍為其他傳輸保留公平流量。使用開放標(biāo)準(zhǔn)加密技術(shù)進(jìn)行用戶身份驗證、數(shù)據(jù)完整性驗證，F(xiàn)asp確保關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的全面安全性，而且不會影響到性能。Fasp是一個純軟件應(yīng)用協(xié)議，可在通用硬件上和未經(jīng)修改的標(biāo)準(zhǔn)IP上運(yùn)行。它可在各種操作系統(tǒng)上運(yùn)行（服務(wù)器、桌面、移動和云平臺），無需改變操作系統(tǒng)，無需在文件傳輸端點安裝驅(qū)動程序，無需添加新裝置，也無需改變網(wǎng)絡(luò)。另外，Aspera擁有開放的接口便于定制開發(fā)新的功能，且可以與其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)有效融合。

3.傳輸方案對比

為了選取合適的傳輸方案，通過大量前期進(jìn)行的技術(shù)調(diào)研，產(chǎn)品測試，筆者與同事一起對各類傳輸方案的最大傳輸速度、帶寬利用率、丟包恢復(fù)率、穩(wěn)定性、安全性以及用戶體驗等各方面進(jìn)行了對比分析，具體如下表1：

通過以上對比，Aspera技術(shù)方案在傳輸速度、高效恢復(fù)丟包、穩(wěn)定性和安全性等都有顯著的優(yōu)勢，此方案已廣泛應(yīng)用于各類CDN服務(wù)商。

4.整體方案設(shè)計

本節(jié)將利用Aspera技術(shù)框架，構(gòu)建國際臺高效經(jīng)濟(jì)的全球數(shù)據(jù)傳輸與共享平臺。該平臺可實現(xiàn)上述地區(qū)總站、海外分臺、節(jié)目制作室和記者站與臺內(nèi)圖文、音視頻等節(jié)目資源的共享和交換，建立安全高效傳輸通道、高速節(jié)目素材自動同步、海內(nèi)外節(jié)目文件共享和統(tǒng)一管理調(diào)度。該方案設(shè)計時采用分層架構(gòu)以及基于服務(wù)的模式，以便系統(tǒng)既保障了網(wǎng)絡(luò)傳輸層的獨立及高效，又具備開放的接口，以便能夠適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。具體的架構(gòu)如下圖1：

系統(tǒng)從邏輯結(jié)構(gòu)上分為五層，自下而上分別為：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、數(shù)據(jù)素材庫、業(yè)務(wù)支撐層、統(tǒng)一門戶和用戶接入層，各層間通過SOA結(jié)構(gòu)規(guī)范進(jìn)行銜接，實現(xiàn)各層、各模塊之間的信息傳輸和功能調(diào)用。

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：由互聯(lián)網(wǎng)、國際臺專網(wǎng)、IDC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，為用戶接入服務(wù)和素材傳輸共享服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)層的支撐。

數(shù)據(jù)素材庫：利用專用存儲設(shè)備和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，為節(jié)目素材存儲、用戶信息和傳輸共享信息的存儲管理提供支撐。

業(yè)務(wù)支撐層：提供標(biāo)準(zhǔn)接口，以便統(tǒng)一門戶系統(tǒng)通過接口與數(shù)據(jù)信息進(jìn)行通訊，并在數(shù)據(jù)傳輸和存儲時對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密以保障數(shù)據(jù)安全。

統(tǒng)一門戶：統(tǒng)一門戶為系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)展現(xiàn)層，通過角色權(quán)限分配為普通用戶和管理人員提供業(yè)務(wù)應(yīng)用功能、業(yè)務(wù)管理功能和系統(tǒng)管理功能；通過統(tǒng)一認(rèn)證，用戶單點登錄一次，即可登錄各應(yīng)用子系統(tǒng)。

用戶接入：支持PC、筆記本電腦、手機(jī)、智能終端等跨平臺跨終端的接入服務(wù)。

5.國際臺試用實測情況

筆者部署了上節(jié)中基于互聯(lián)網(wǎng)的節(jié)目高效傳輸方案，臺內(nèi)英語中心、新聞中心、華語中心、西亞非中心已在海外部分站點小規(guī)模試用，并與臺內(nèi)常用的FTP傳輸方式進(jìn)行了對比。以下是臺內(nèi)各中心Aspera試用情況匯總表，以1小時音頻節(jié)目（55MB）傳輸耗時對比為例。

從上表可以看出，同樣帶寬的條件下，Aspera傳輸平臺從傳輸效率角度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的FTP傳輸方式，另外，其具有豐富的節(jié)目管理模塊，如編目、檢索以及靈活的權(quán)限管理，試用期間受到各中心的一致好評，因此采用Aspera的fasp技術(shù)可以滿足國際臺個性化要求的高效節(jié)目傳輸需求。

四.總結(jié)與展望

本文探討的基于互聯(lián)網(wǎng)的節(jié)目高效傳輸方案實現(xiàn)了全球素材資源的高效的、可管控的、流程化的傳輸、共享與同步，將更有效地提高國際臺與海外地區(qū)總站、海外分站、全球節(jié)目制作室、記者站的節(jié)目素材交流，提高臺內(nèi)全球節(jié)目的生產(chǎn)能力，在豐富完善外宣播出平臺節(jié)目的同時，必將促使國際臺海外業(yè)務(wù)拓展，進(jìn)一步增強(qiáng)海外傳播能力與傳播效率，為國際臺打造世界傳媒集團(tuán)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 袁中書《輕量級TCP/IP協(xié)議棧機(jī)制分析與優(yōu)化》，《計算機(jī)工程》，2015年第2期

[2] 姚志強(qiáng)《無線城域網(wǎng)的前向差錯控制方案》，《計算機(jī)工程》，2007年第15期