福建电视台非编网的设计和创新技术.doc

福州电视台非编网的设计及创新技术福建省福州电视台 杨震摘要福州电视台非编网络建设的目标是利用先进的网络存储和视频技术，构建一个数字化、网络化、自动化、高效率的节目制作平台，提高节目生产效率，为将来全台网的建设积累经验，做好技术准备。本文从网络架构、系统构成、安全管理等几个方面介绍了该系统，并对系统的主要创新点进行了总结。关键词 FC-SAN 双网结构 中心存储 MDC FC磁盘阵列福州电视台根据广播电视数字化的发展进程，结合自办节目后期制作的需要，对原综合节目编辑机房进行改造，建立非编网络制作平台，以满足少儿频道、专题部、晚会组及其他自办栏目的使用需求，从而提高节目生产效率、提升节目质量。一 系统定位和网络架构系统建设的目标是利用先进的网络存储和视频技术，构建一个数字化、网络化、自动化、高效率的节目制作平台，使成熟、稳定的非编网络技术逐步取代传统的线编和单机非编，并能满足各种新增业务的需要。同时，对系统的要求是必须保证能够长时间、不间断且安全、可靠的运行，还要具备一定的开放性和可扩展性，便于日后的维护和升级。另外，要求网络的整体性能要高，融入最新技术，系统设计中应考虑完善的应急方案和备份措施，关键设备要采用冗余备份，确保单点故障不会对系统造成大的影响。 基于以上的目标要求，结合福州电视台的实际情况，我们将系统定位为以制作为主，兼有一定包装功能的小型综合节目制作网。在考察了多种网络架构后，我们决定采用目前比较成熟的FC-SAN和以太网并行的双网双码率结构。FC网络用于构建一个高速集中共享网络，供有卡精编站实时访问高码率的视音频素材；以太网络用于整个系统的管理和低码率素材的传输。系统在素材的压缩格式上不做限制，可以支持多种格式在线混编，网络的基本硬件可以同时接入市场上主流厂商开发的硬件平台，不同平台之间素材可以无缝共享。二 系统构成如图1所示，整个系统的架构由以下几个子系统构成：中心存储子系统、核心数据处理平台子系统、编辑制作子系统以及集中上下载子系统。其中核心数据处理平台是整个系统的核心部分，各编辑站点通过数据处理平台与核心服务器及中心存储体进行数据交互，从而实现节目素材共享以及整个网络的统一管理。本系统采用双网结构，各编辑站点与中心存储体之间通过FC网络进行视音频素材传输，使站点有更强的实时编辑能力；双网结构保证了节目素材和元数据信息各自传输，互不影响，避免了网络拥塞，也便于管理。1. 中心存储子系统中心存储是节目素材共享的基础，在线存储体采用的是迪菲特公司的高端光纤盘阵DFT GS3992磁盘阵列。GS3992可以使用光纤交换机构建多主机共享的存储区域网络（SAN）；同时，该产品支持的RAID级别为0、1、3、5、0+1，配置非常灵活。在安全性设计方面，GS3992采用冗余体系结构，提供冗余硬盘、电源、风扇、控制器、分布式热备用硬盘，所有组件都是热插拔的，无单点故障。 （1）存储容量在DFT存储体的设计中，我们配置了18块300G FC硬盘，总容量为5.4 TB。在18块硬盘中有两块作为冷备盘，暂不使用，有一块作为热备盘。剩余的15块硬盘划分为两个LUN，LUN1：8块300G硬盘组成，采用RAID 5，容量约为1.9TB；LUN2：7块300G硬盘组成，也采用RAID 5，有效容量约为1.6TB，整个存储阵列总有效容量约为3.6TB，在50M码率情况下，能提供约160小时在线存储能力。（2）系统带宽系统使用DFT存储体，在1盘箱、16块硬盘的情况下，理论上单端口带宽为306.25MBps。实际单端口读带宽为300 MBps，单端口写带宽为84 MBps，并发总带宽为384 MBps，需要指出的是以上各类用户并不会全部同时在线，这里考虑的是各类用户可能同时在线的最大数量，所以带宽满足要求。具体如表1所示。2. 核心数据处理平台子系统数据处理平台是整个系统的核心部分，是系统的心脏。它主要由MDC服务器、数据库服务器、光纤交换机、以太网交换机等组成，下面分别介绍各部分的详细情况。（1）MDC服务器MDC（Meta Data Controller）即元数据控制器，作为FC盘阵共享的核心部件，管理数据共享，所有编辑站点对FC盘阵的访问都要经过MDC的统一管理。为了排除MDC损坏导致网络单点故障，我们配置了两台MDC服务器，采用冷备方式，选用DELL 2950服务器。主备MDC上运行FC管理软件和SANergy MSCS软件。当主MDC服务器宕机时，需要先关闭各编辑站点，然后启动冷备MDC，手动更改共享硬盘与MDC之间的映射关系，备MDC接管共享管理的服务，并向所有编辑站点发出相关信息，在备MDC正常接管所有服务后，重新启动编辑站点即可正常工作。MDC采用冷备方式，备机接管需要花费一定时间，但考虑到我们的系统只是一个制作网络，这种时间是可以接受的，冷备牺牲时间换来的好处是服务器的使用寿命得到延长。（2）数据库服务器数据库是网络管理的核心，为了保障网络安全，提高数据处理能力，我们采用SQL Server 2000企业版数据库软件，运行在Windows 2000 Server操作平台上。系统配置了两台DELL 2950作为主备数据库服务器，为网络提供优秀的计算能力，适合于关键数据的处理。数据库服务器采用双机热备，两台服务器心跳连接，主备服务器上运行Legato公司的Co-Standby Server 2000软件，Co-Standby Server是一款双机容错软件。两台数据库服务器心跳相连，互相监测对方的运行状态，当主服务器SQL1出现故障时，Co-Standby Server会自动启用备服务器SQL2接管服务。SQL Server数据库系统中有三种文件：系统文件、程序文件、数据库文件。出于安全考虑，每台服务器配置两块独立硬盘，一块存放系统文件和程序文件，盘符设为C:和D:；另一块专门存放数据库文件，盘符设为E:。Co-Standby Server使用镜像引擎技术，将两个服务器E盘做RAID 1镜像备份，数据同时存于两台服务器内，有效保障了数据的安全性，避免了单点崩溃的可能。另外，数据库需要定期备份，以便出现紧急情况时可以恢复。我们在每晚系统工作量最少的时段（凌晨3:00），实现数据库的自动备份。在这一时段SQL Server启动自动备份功能，对所有数据库（包括用户认证、网管、日志管理、资源管理中心等数据库）进行完整备份，备份文件放在D盘，即使数据盘E损坏，也能恢复数据库。此外，数据库服务器还作为整个系统的主备域控制器，使用Windows 2000 Advanced Server提供的域用户管理器建立不同的登录用户，并利用系统策略编辑器设置不同的用户或用户组的权限，对网络进行管理。（3）光纤交换机光纤（FC）交换机是编辑站点与MDC及中心存储体之间进行数据存取的桥梁。系统配置了一台Brocade-5020光纤交换机，它是一款配置灵活、扩展性强的高性能4Gbps光纤通道SAN交换机，它有16个端口激活（目前够用），支持按需扩展到24或32端口。在系统中，该交换机分别连接DFT存储体的控制器端口、主备MDC以及各编辑站点。具体的端口分配如图2所示。 （4）以太网交换机以太网交换机是整个系统控制信息和低码率素材的交互平台。系统配置了一台DELL 5324千兆以太交换机，拥有24个接口。作为一台核心交换机，系统中几乎所有设备都接入该交换机，包括：主备MDC、主备数据库服务器、各编辑站点、配音工作站、防病毒工作站等。其端口分配如图3所示。 3. 编辑制作子系统（1）精编工作站编辑制作子系统由8台精编工作站、一台移动非编和一台配音工作站组成。精编工作站承担了系统主要的视音频制作任务。我们采用了大洋的D3-Edit-5600A有卡编辑站，每台精编站配有一块4Gb的光纤网卡，通过光纤网络调用DFT存储体的视音频进行网络编辑。精编工作站的视频板卡采用的是大洋的广播级视音频处理卡Red Bridge（红桥）卡，配合ATI 1650高级图形卡，具有更强的特效生成功能和更高实时性，能提供4层50M码率的实时编辑。它能同时支持如M-JEPG、MPEG-2 I帧、MPEG-2 IBP、MPEG-4、DV、DV25、DV50、WMV、MOV、蓝光和P2卡等多种格式在同一时间线上进行任意混合编辑，实现跨平台的素材共享。此外，在精编站点上均配置了2160G的单机素材硬盘，为非编网络的单机备份手段提供必要的条件。（2）移动非编系统配置了一台笔记本非编（HP Pavilion dv6201TX）作为粗编工作站。支持四层低码率素材的实时编辑，粗编站能实现基本的字幕、特技编辑，它配有一个1394接口，支持1394信号的上载和输出，还有一个S-Video输出。笔记本非编便于携带、移动灵活，适于现场编辑和外出应急使用，有利于提高工作效率。（3）配音工作站配音工作站配置M-AUDIO专业声卡，能自助式完成电视节目的配音工作。配音站带有音量VU表，能显示并调整音量电平。配音方式可后期配音（根据画面配声音），也可前期配音（直接采集声音）。可以对声音进行打点、预听、逐帧编辑，对故事板其他部分则无修改权限。为防止配音时故事板在其他站点被意外修改，系统设置为配音时该故事板不允许其他用户编辑修改。配音站通过以太网将配音素材传输到DFT存储体，供非编系统使用。4. 集中上下载部分集中上下载部分主要由矩阵和录像机组成。系统配置了一个1616视音频切换矩阵。非编和录像机的SDI信号，以及模拟音频信号接入该矩阵。矩阵采用手动切换，只要选定源和目标即可实现，操作方便。另外还配置了一个168的RS-422矩阵，用来接9芯遥控信号，实现每台精编站都能对录像机进行点对点控制。考虑到以后升级扩容的需要，切换矩阵都具备通过级联扩充端口的功能。另外，考虑到前期设备的多样性，系统配置了多种格式的录像机以保证顺利上下载，包括一台DVCAM、两台IMX、 一台JVC、一台蓝光PDW-1500以及六个P2卡驱动器，方便上下载，提高了编辑效率。三 网络的安全管理安全性是一个复杂的概念，针对不同的系统，有不同的要求。目前各电视台在建的围绕节目生产与播出的数字化网络系统，是视音频技术和IT技术的结合体，既有IT系统的特点，也有自身的特点，其安全性可以从以下几个方面加以考虑：物理安全、网络安全、系统安全、数据安全、管理安全。1. 物理安全首先，在投资预算允许范围内，我们尽量选用安全性、稳定性好的设备，保证系统可靠地运行。其次，将非编制作网络独立出来，不与任何其他网络相连。虽然将非编网与OA（办公自动化）网相连，可以方便记者在任何地方通过Internet回传节目，但是出于安全第一的考虑，还是将两个网络进行物理隔断。第三，为预防病毒，屏蔽网络中所有站点的对外接口，包括光驱、软驱、USB接口，不允许编辑或其他人员安装使用任何无关软件；所有外来数据的交互，需通过技术人员从专用接口交互。在系统中设立专门杀毒区，定期升级病毒库。2. 网络安全按照业务需要设置网络系统的安全策略，包括网络使用账号设置、交换机与路由设置、共享存储空间规划设置、设备访问权限、网管软件设置等，减少安全漏洞。关闭那些不需要的服务，对不同级别的用户设置相应的资源访问权限，并不得随意变更网络配置和用户权限。另外，系统中安装了大洋网管软件NETmanage 2.0，具备完善的网络管理功能。可以根据用户需求定制网络工作流程，能实现基于个人的用户管理、设备管理、素材管理、日志管理、存储空间管理、统计计费管理等功能。系统配有相应的管理服务软件、网管监控服务软件，安全和故障管理软件。具备完善的权限管理功能，结合网络操作系统的安全策略，保障网络系统素材和数据的安全。3. 系统安全系统安全主要体现为系统的容灾能力，比如设备的冗余、数据的冗余、服务的冗余等。这些手段使得系统在出现故障时仍可保证基本运行或降级运行。在设计系统时，我们充分考虑了容灾要求，核心服务、存储设备、数据库等关键节点都采用了冗余配置。主备方式的冗余配置保证了关键设备出现故障时，备机或备服务能立即自动或人工接管，保障系统的继续运行。4. 数据安全电视台的数据包括节目内容和元数据，以及系统配置和运行数据。为了保证数据安全，系统在出现故障时能尽快恢复，我们对重要数据进行了备份。例如我们采用数据库维护计划，在每晚系统工作量最少的时段（凌晨3:00），实现数据库的自动备份，备份文件保留两周，满两周后自动删除第一天的备份文件。另外，建立非编单机备份手段，在非编单机上配置本地素材盘。编辑人员可以定期把各自栏目固定的广告片头、角标、字幕等模板，用故事板导出的方法在本地盘进行备份。这样即使网络瘫痪了，也能在每台单机上进行节目编辑制作。加强对共享硬盘的管理，制定了网络素材删除规定。要求编辑人员做好重要素材的备份，定期删除过期素材，技术人员负责监督，以确保系统有足够的使用空间。5. 管理安全良好的管理是实现系统正常运转的基本保障。非编网络系统属于技术复杂的节目制作平台，其用途是为了满足电视台专业性节目制作的业务需要。为保证系统正常使用，所有编辑人员需参加统一培训，并通过考核认证才能使用该系统制作节目，技术人员也必须通过严格培训与考核，才可承担该系统的日常维护工作。另外，我们还制定了网络机房管理规定、非编网络使用注意事项、系统日常巡检制度等各项规定，使管理有章可循、照章办事，保证了系统的正常运行。四 主要创新点1. 使用Legato软件管理数据库服务器数据库服务器是系统的核心部件，必须保证24小时不间断的稳定运行。系统对数据库服务器采用双机热备，并运行双机容错软件Co-Standby Server 2000。Legato公司的Co-Standby Server 2000采用镜像引擎技术，将两个服务器E盘作RAID 1镜像备份，使数据同时存于两台服务器内，有效保证了数据安全性，避免了单点崩溃的可能。另外，Co-Standby Server会创建一个资源组Group，并为该Group设置一个虚拟IP，该IP与两个数据库服务器的网卡对应，同时将数据库服务器中的服务添加到该Group中。以后各站点对数据库的访问只需访问该虚拟IP即可实现所有服务。这样做的好处是无论两个数据库服务器中的哪一个出现故障，Co-Standby Server都会安排另一个服务器自动