山東教育電視臺蘋果非編網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺的分析與實踐

趙帥帥 朱絢梅子

【摘要】該平臺使用的是4Gbp高速交換機加中央儲存以及雙網(wǎng)架構(gòu)所組成的網(wǎng)絡(luò)框架基礎(chǔ)，這是一個可以滿足不同清晰度視頻制作的一個非編輯工作站架構(gòu)。通過多功能的相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)所有的編輯工作站進行數(shù)據(jù)交換。該架構(gòu)所配置的超大的中央儲存器和高速的數(shù)據(jù)交流系統(tǒng)可以切實的滿足運行中的需要。為了保證數(shù)據(jù)的安全性，通過采用Raid實時保護用戶數(shù)據(jù)。為了滿足不同站臺之間的數(shù)據(jù)交流，該架構(gòu)采用了4Gbps交換機作為數(shù)據(jù)交流中轉(zhuǎn)站，從而實現(xiàn)了不同終端的工作站都能夠有足夠的數(shù)據(jù)帶寬，避免了一些核心數(shù)據(jù)，在交流過程中因為帶寬等問題出現(xiàn)數(shù)據(jù)擁堵的情況。本方案通過對比不同類型的San架構(gòu)，找出適合教育臺后期新聞制作的San方案。

【關(guān)鍵詞】后期制作;非編網(wǎng);IPsan FCsan Xsan; 光纖通道;私有以太網(wǎng)

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.02.022

1. 設(shè)計背景

廣電技術(shù)發(fā)展至今，經(jīng)歷了數(shù)代的變革，而現(xiàn)今高清化已成常態(tài)。新模式的改革也對傳統(tǒng)電視臺的業(yè)務(wù)系統(tǒng)帶來了一定的壓力和挑戰(zhàn)，比如制作、媒資、播出系統(tǒng)等。

制作系統(tǒng)作為控制節(jié)目質(zhì)量的核心所在，其制作系統(tǒng)性能的表現(xiàn)會直接影響到節(jié)目播出的效果。在如今數(shù)字視頻技術(shù)的推動之下，傳統(tǒng)的電視節(jié)目的制作也進入了快速的發(fā)展時期，隨著一些新興的硬軟件產(chǎn)品的出現(xiàn)，明顯的提高了制作系統(tǒng)的工作效率和質(zhì)量。

山東教育臺蘋果非編網(wǎng)系統(tǒng)始建于2010年，整套非編

網(wǎng)運行于標清模式，多年來負責新聞、廣告等節(jié)目的日常生產(chǎn)，至今已運行多年，設(shè)備老化嚴重，故障高發(fā)，硬件配置及性能較低，且較為封閉，已難于滿足日益增長的節(jié)目制作需要。隨著教育臺高清化建設(shè)的不斷推進，拍攝、播出環(huán)節(jié)已完全高清化，非編網(wǎng)高清化勢在必行。老系統(tǒng)圖如圖1所示：

本次的升級，要求非編網(wǎng)能夠支持最新的軟、硬件技術(shù)和規(guī)范，穩(wěn)定可靠的支持HD、UHD的實時在線編輯，具有完備的冗余、備份機制，并通過定制實現(xiàn)和臺內(nèi)其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整合，實現(xiàn)更大范圍的資源共享及流程化高效作業(yè)。

2. 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺分析與選型

對于高清制作系統(tǒng)來說，要確保節(jié)目制作流程暢通，節(jié)目的產(chǎn)量穩(wěn)定，系統(tǒng)性能及與其他系統(tǒng)的互連安全可靠，必須構(gòu)建一個高性能的存儲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在整個存儲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理來說，一套完整的存儲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理軟件，是確保系統(tǒng)整體統(tǒng)一管理、系統(tǒng)資源統(tǒng)一協(xié)調(diào)、系統(tǒng)問題排查及保障的前提。管理系統(tǒng)必須支持上述大量工作站在網(wǎng)絡(luò)之中的資源調(diào)配和穩(wěn)定運行。在設(shè)備支持上，存儲網(wǎng)絡(luò)的文件管理系統(tǒng)需要同時支持不同品牌、不同型號、不同操作系統(tǒng)的服務(wù)器、工作站在同一存儲網(wǎng)絡(luò)中可以方便地接入，構(gòu)成為一個異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。所管理的中央存儲體可以允許不同品牌、不同操作系統(tǒng)的平臺進行直接訪問，以確保整個系統(tǒng)的讀寫可能性。在整個存儲網(wǎng)絡(luò)的擴展性上，文件管理系統(tǒng)可以允許向更大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模進行擴展，具備高前瞻性的網(wǎng)絡(luò)擴展前景。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入，在每個站點部署元數(shù)據(jù)實行整個網(wǎng)仲裁是這次設(shè)計的必要選擇。下面我們就對基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺展開分析。

現(xiàn)今電視臺后期制作網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃上，各大廠商推出了不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計。作為需要共享存儲和訪問的后期制作網(wǎng)絡(luò)，各廠商的網(wǎng)絡(luò)主要是基于SAN（存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計）。無論是IPSAN，F(xiàn)CSAN，都是SAN網(wǎng)絡(luò)體系中的一員。

2.1 IPSAN是一個新型的架構(gòu)。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過SCSI程序轉(zhuǎn)換調(diào)試后形成可以傳輸和共享的，IP/TCP協(xié)議。在網(wǎng)絡(luò)采用該協(xié)議的時候?qū)拵捰肋h不會突破1Gb，在實際運行中的實際帶寬效率只會達到25%～30%，按照這個比例算，那么最終網(wǎng)絡(luò)寬帶的帶寬也就只有250-300Mb。

2.2 FCSAN使用的是光纖網(wǎng)絡(luò)中的儲存區(qū)網(wǎng)絡(luò)

FCSAN才是一個標準的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)的光纖網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通道。將其原本的數(shù)據(jù)工作一分為二，任務(wù)命令以及相關(guān)協(xié)議由以太網(wǎng)傳輸，用戶所需要的數(shù)據(jù)有光纖傳輸。

目前減少因網(wǎng)絡(luò)原因造成數(shù)據(jù)滯留和錯誤的重要手段之一就是將元數(shù)據(jù)和大容量的數(shù)據(jù)分開傳輸。目前的光纖網(wǎng)絡(luò)普遍都是使用的4G通道寬帶帶寬，該帶寬的實際數(shù)據(jù)傳輸效率為20～30%，理論數(shù)據(jù)為500-600Mb，這個數(shù)據(jù)量已經(jīng)完全可以滿足常規(guī)運行的需要，這個模式也可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)后期升級的需求。

基于以下分析我們考慮使用FCSAN方案。

1.在本次設(shè)計中，共有14臺編輯工作站，按照在線節(jié)目制作的要求，以每個視頻流100Mb來計，整個非線性編輯網(wǎng)絡(luò)按照2軌實時編輯的要求來計算實際工作帶寬。100Mb ×2軌×14臺=2.8GB/s。

2.IPSAN使用的IP/TCP協(xié)議，其帶寬極限不會突破1Gb，按照實際20%～30%的數(shù)據(jù)傳輸效率，該協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)帶寬維持在250-300Mb;FCSAN是的光纖網(wǎng)絡(luò)為達到4Gb帶寬的寬帶網(wǎng)絡(luò)，按照實際20%～30%的數(shù)據(jù)傳輸效率來算，傳輸速率能夠達到500-600Mb及以上。

3.FCSAN讀取本地數(shù)據(jù)的方法主要是IO方式。IPSAN通常使用IP包傳輸模式，傳輸過程中的IP包便成了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€重要隱患。

IPSAN是單網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，大容量數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)通過一條鏈路傳輸過去，容易因大容量數(shù)據(jù)阻塞鏈路造成元數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂茀f(xié)議和任務(wù)指令中斷;FCSAN是雙網(wǎng)絡(luò)傳輸，將控制協(xié)議任務(wù)命令以及真正的數(shù)據(jù)文件分開，前者由以太網(wǎng)傳輸后者由光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸。不會出現(xiàn)鏈路阻塞造成的控制協(xié)議和任務(wù)中斷。

3. 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺設(shè)計與實施

在本次方案的設(shè)計中，我們設(shè)計采用Apple的Xsan存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)設(shè)計模式，具體系統(tǒng)示意圖如圖2 。

Apple的Xsan是企業(yè)級的存儲網(wǎng)絡(luò)解決方案。該方案是將Apple直接鏈接Xsan的網(wǎng)絡(luò)主機，所有的磁盤列陣的儲存空間通過該主機形成單獨的文件系統(tǒng)。所有的主機能通過數(shù)據(jù)通道查看共同文件。用戶中斷也可以通過該主機去訪問和分享其他的數(shù)據(jù)，包括不同平臺的SAN文件也可以做到多主機對同一文件的訪問。全部使用Fibre Channel Direct I/O功能，SAN系統(tǒng)里面不使用TCP/IP及NFS的模式進行數(shù)據(jù)共享。確保SAN系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)能及時的升級，在SAN網(wǎng)絡(luò)性能改進的同時提高。文件里面的原數(shù)據(jù)通過SAN系統(tǒng)進行分享和保留，再通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸出去，從而達到通過提高儲存吞吐量而釋放數(shù)據(jù)傳輸通道帶寬的目的。不僅在最大限度上提升了系統(tǒng)的性能，同時也降低了磁盤的儲存成本。核心光纖交換機采用業(yè)界成熟的4Gb產(chǎn)品。4G端口和光纖通道的結(jié)合可以滿足大數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，多路徑的光纖通道在使用的過程中會獲得很大的集合吞吐量，從而從帶寬上滿足工作站的需求。通過使用高端1G帶寬的以太網(wǎng)交換機，保證用戶端穩(wěn)定性。

中央儲存設(shè)備通過采用高性能的Raid產(chǎn)品，實能夠支持多種Raid級別及hotspare熱備確保數(shù)據(jù)的安全。共享卷能夠?qū)崿F(xiàn)音頻、圖像字幕等多種不同格式的文件寫入。

每一個San網(wǎng)絡(luò)客戶端都可以讀取San卷里面所有的數(shù)據(jù)文件，達到數(shù)據(jù)共享的效果。Xsan網(wǎng)絡(luò)可以滿足無限制數(shù)量的客戶端，已足夠滿足方案的需要。XSAN上每個站點安裝XSAN存儲共享軟件，由MDC元數(shù)據(jù)服務(wù)器來實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)的管理。Xsan是PC平臺的Stornext，是專為滿足數(shù)據(jù)可用性的最高需求的蘋果非編網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計的 64 位簇文件系統(tǒng)。 Mac桌面和os Server系統(tǒng)通過該技術(shù)實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通道的網(wǎng)絡(luò)共享RAID 存儲卷標。每一個客戶端都可以實現(xiàn)對中央數(shù)據(jù)的讀取和寫入操作。增強了工作組協(xié)議提高了用戶使用效率。Xsan 可以讓文件的訪問權(quán)限更加靈活，除了可以在Mac終端實現(xiàn)權(quán)限，而且也與多系統(tǒng)兼容。

所有的文件項目都可以通過系統(tǒng)里面ACLS進行重新劃分到具體的工作組以及用戶，包括每一個工作下做下面的小單元。而不同的文件也同時被設(shè)定訪問權(quán)限。通過設(shè)置一套加密的的權(quán)限管理系統(tǒng)對于目標文件的操作工作，保證了數(shù)據(jù)的安全。Xsan能讓文件的相關(guān)權(quán)限得到繼承，當文件進入San系統(tǒng)后并不改變其權(quán)限目標，從而實現(xiàn)了用戶權(quán)限的同步更新。

參考文獻：

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