分布式存儲(chǔ)在電視臺(tái)制播網(wǎng)的應(yīng)用探討

廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 楊煜彬

電視臺(tái)對(duì)制播網(wǎng)絡(luò)的要求都非常高，不僅要功能強(qiáng)大、特效豐富、優(yōu)質(zhì)高效、流程合理，最重要的是安全穩(wěn)定、高效率、低風(fēng)險(xiǎn)。而網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能，直接關(guān)系到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和安全。高清制作開(kāi)始廣泛應(yīng)用的今天，網(wǎng)絡(luò)對(duì)存儲(chǔ)和帶寬的要求飛躍式的增長(zhǎng)，存儲(chǔ)架構(gòu)的選擇與應(yīng)用顯得至關(guān)重要。

一、高清制播網(wǎng)對(duì)存儲(chǔ)的需求

1.存儲(chǔ)容量

高清素材的高碼流，決定了存儲(chǔ)高清所需要的磁盤(pán)空間需求劇增。一般高清節(jié)目素材的碼流為100Mb/S，加上編輯用的低碼流素材和音頻素材，一個(gè)小時(shí)的節(jié)目素材存儲(chǔ)所需的硬盤(pán)空間需要在50GB左右。另外，收錄節(jié)目素材和合成成品節(jié)目素材的空間也相應(yīng)提高?？紤]到磁盤(pán)空間的利用率控制在70%的原則和擴(kuò)展余地，一般中小型高清編輯網(wǎng)的素材存儲(chǔ)量都需要達(dá)幾十個(gè)TB。

2.存儲(chǔ)帶寬

以一個(gè)10個(gè)高碼流編輯、上下載工作站點(diǎn)，10個(gè)低碼流編輯站點(diǎn)、4臺(tái)合成服務(wù)器、4臺(tái)用于收錄素材和合成素材遷移的遷移服務(wù)器的制播網(wǎng)絡(luò)作為例子。每個(gè)高碼流編輯工作站100Mb/S的寫(xiě)帶寬，100Mb/S*2層=200Mb/S的讀帶寬；每個(gè)合成服務(wù)器的寫(xiě)帶寬為100Mb/S,讀帶寬為100Mb/S*3層=300Mb/S；每個(gè)遷移服務(wù)器的帶寬占用為300Mb/S；還有低碼流編輯站點(diǎn)碼流、音頻碼流等其它比較低碼率的帶寬讀寫(xiě)忽略不計(jì)。按照這個(gè)規(guī)模計(jì)算，極限讀寫(xiě)混合帶寬將達(dá)到6Gb/S左右。考慮網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要20%的帶寬作為冗余，存儲(chǔ)設(shè)備所需帶寬達(dá)到7個(gè)多Gb/S。

3.存儲(chǔ)安全

安全生產(chǎn)是電視制播的生命，制播網(wǎng)當(dāng)然也不例外，對(duì)于制播網(wǎng)的安全與穩(wěn)定性能的要求接近苛刻。存儲(chǔ)系統(tǒng)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)中一個(gè)十分重要的組成部分，一旦存儲(chǔ)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，編輯帶寬甚至編輯素材和成品節(jié)目就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)影響到電視節(jié)目的生產(chǎn)效率，甚至?xí)绊懙焦?jié)目的正常播出，所以存儲(chǔ)系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)中的地位可以說(shuō)是重中之重。在高使用帶寬、大容量、讀寫(xiě)頻繁的應(yīng)用環(huán)境下，要保證存儲(chǔ)系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全備份，還需要在容量與帶寬上保持高可擴(kuò)展性，這些都是高清制播網(wǎng)所需面對(duì)的問(wèn)題。

二、針對(duì)制播網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的存儲(chǔ)解決方案

存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展，即是存儲(chǔ)在縱向的擴(kuò)展，在存儲(chǔ)產(chǎn)品容量增長(zhǎng)速度飛快的今天，通過(guò)選取或者更換大容量磁盤(pán)，擴(kuò)展磁盤(pán)陣列柜的方式，比較容易實(shí)現(xiàn)。較之存儲(chǔ)容量的增加，存儲(chǔ)讀寫(xiě)帶寬的增加，即是存儲(chǔ)在橫向的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難不少。按照之前分析，目前普通的光纖存儲(chǔ)或者是ISCSI存儲(chǔ)，單臺(tái)設(shè)備很難能達(dá)到7Gb/S的讀寫(xiě)帶寬，讀寫(xiě)帶寬已經(jīng)成為存儲(chǔ)設(shè)備的瓶頸所在。而且在如此高容量和讀寫(xiě)帶寬的應(yīng)用背景下，大量數(shù)據(jù)的備份恢復(fù)，出現(xiàn)災(zāi)難時(shí)帶寬的保證，對(duì)于電視臺(tái)制播系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，都是非常重要的問(wèn)題。針對(duì)這些情況，很多廠家提出了各種存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)的解決方案：

1.對(duì)等存儲(chǔ)構(gòu)架

將A、B兩個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備作為相等的存儲(chǔ)，讀寫(xiě)工作站同時(shí)向A存儲(chǔ)和B存儲(chǔ)上寫(xiě)入相同的數(shù)據(jù)，在讀取數(shù)據(jù)時(shí)按管理軟件的規(guī)則向A、B存儲(chǔ)同時(shí)讀取，獲得雙倍的讀取帶寬。由于兩個(gè)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)一致，所以在數(shù)據(jù)上能起到安全備份的效果，但是在其中一臺(tái)存儲(chǔ)發(fā)生故障后，讀取的帶寬就剩下一半，而且數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)也需要占用一定的帶寬。在存儲(chǔ)的擴(kuò)展方面，因?yàn)閮蓚€(gè)存儲(chǔ)只是簡(jiǎn)單的對(duì)等關(guān)系，所以存儲(chǔ)擴(kuò)展時(shí)，只需要簡(jiǎn)單的增加相應(yīng)對(duì)等的存儲(chǔ)設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)造成的影響不大。這種對(duì)等的AB存儲(chǔ)模式，相對(duì)簡(jiǎn)單，即使存儲(chǔ)數(shù)據(jù)分配軟件出現(xiàn)問(wèn)題，也能夠直接使用單個(gè)存儲(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)，在一定程度上，提高了該系統(tǒng)構(gòu)架的安全性。但是，該存儲(chǔ)構(gòu)架只能在數(shù)據(jù)讀取方面，為存儲(chǔ)的讀取帶寬減輕一半的壓力，對(duì)于存儲(chǔ)系統(tǒng)讀寫(xiě)帶寬的橫向擴(kuò)展能力有限。

2.存儲(chǔ)網(wǎng)格概念構(gòu)架

存儲(chǔ)網(wǎng)格是指運(yùn)用網(wǎng)格思路和技術(shù)，包括虛擬化和開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)分布、異構(gòu)的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)一體化，為各類網(wǎng)格應(yīng)用服務(wù)。就像計(jì)算網(wǎng)格一樣，存儲(chǔ)網(wǎng)格也是一種有機(jī)的“智能單元”的組合，各個(gè)“智能單元”之同可以有效地協(xié)同工作。而這種所謂的“智能單元”，則是由一些基礎(chǔ)的硬件設(shè)備來(lái)組成。

存儲(chǔ)網(wǎng)格的行為方式類似于單個(gè)資源，它智能地共享工作負(fù)荷以確保存儲(chǔ)網(wǎng)格的單個(gè)部分不會(huì)過(guò)度負(fù)載。在數(shù)據(jù)的寫(xiě)入時(shí)，管理設(shè)備將數(shù)據(jù)智能的復(fù)制、分片后寫(xiě)入多個(gè)智能存儲(chǔ)設(shè)備中，對(duì)數(shù)據(jù)起到安全備份作用。在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，管理設(shè)備按照寫(xiě)入的信息，向多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備智能的讀取數(shù)據(jù)，起到負(fù)載均衡和帶寬增加功能。并且存儲(chǔ)的容量與帶寬會(huì)隨著網(wǎng)格中智能存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)量增加而增大，所以智能存儲(chǔ)設(shè)備的應(yīng)用數(shù)量，也直接影響到該構(gòu)架的工作效率。

3.云存儲(chǔ)概念構(gòu)架

云存儲(chǔ)是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)，是通過(guò)集群應(yīng)用，將網(wǎng)絡(luò)中各種不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)應(yīng)用軟件集合起來(lái)協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問(wèn)功能的一個(gè)系統(tǒng)。具有數(shù)據(jù)高效的備份和針對(duì)不同應(yīng)用的實(shí)時(shí)遷移功能。

在這種存儲(chǔ)構(gòu)架的工作模式下，各個(gè)存儲(chǔ)的容量和帶寬，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及備份的數(shù)量和位置，都可以通過(guò)云計(jì)算系統(tǒng)的管理進(jìn)行協(xié)調(diào)分配，以達(dá)到最理想模式。從存儲(chǔ)的橫向擴(kuò)展或者故障恢復(fù)方面分析，這種存儲(chǔ)系統(tǒng)都有非常突出的優(yōu)勢(shì)，但是必須有復(fù)雜的計(jì)算管理系統(tǒng)作為支持，維護(hù)相對(duì)復(fù)雜。

三、應(yīng)用的探討

以上談到的幾種存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)，都是應(yīng)用了分布式的存儲(chǔ)概念，將數(shù)據(jù)資源打散分布，通過(guò)多方協(xié)作來(lái)完成存儲(chǔ)系統(tǒng)的縱向擴(kuò)展與橫向擴(kuò)展。電視臺(tái)高清制播網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)架，突破普通的單一存儲(chǔ)方式，向分布式存儲(chǔ)方向發(fā)展是一種趨勢(shì)，也是其自身高可靠性、高可擴(kuò)展性、高容量、高帶寬的需求。而針對(duì)電視臺(tái)制、播、存相應(yīng)環(huán)節(jié)對(duì)存儲(chǔ)的需求，分布式存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)也應(yīng)有相應(yīng)的選擇。

在節(jié)目素材制作合成階段的存儲(chǔ)，核心制作部分對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求非常高，上下載和合成環(huán)節(jié)中，存儲(chǔ)帶寬哪怕出現(xiàn)極短時(shí)間的超載，都會(huì)使節(jié)目的質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題。而且制作網(wǎng)的核心制作部分的工作站點(diǎn)和存儲(chǔ)系統(tǒng)一般地域跨度不大，現(xiàn)時(shí)普遍選用FC存儲(chǔ)這種對(duì)帶寬穩(wěn)定性最有保證的存儲(chǔ)設(shè)備。加上不同素材類型容量與帶寬可遇見(jiàn)性高，可簡(jiǎn)單的進(jìn)行手動(dòng)分配存儲(chǔ)區(qū)域等存儲(chǔ)特點(diǎn)，對(duì)等存儲(chǔ)這種解決方式，可能更適合于編輯制作這部分的存儲(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)架。

播出網(wǎng)的存儲(chǔ)主要來(lái)至于制作網(wǎng)、媒資網(wǎng)與播出上載工作站的遷移數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求不是很?chē)?yán)格，但與日俱增的素材碼率及播出時(shí)間，也讓存儲(chǔ)容量和存儲(chǔ)速度面臨很大的挑戰(zhàn)。針對(duì)存儲(chǔ)的特性，許多播出網(wǎng)絡(luò)都采用IPSAN這種物美價(jià)廉的存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)完成。而IP-SAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，特別是萬(wàn)兆以太網(wǎng)的推廣，正使存儲(chǔ)網(wǎng)格這種存儲(chǔ)方式得到更好的發(fā)揮。純以太網(wǎng)的架構(gòu)，讓數(shù)據(jù)站點(diǎn)與存儲(chǔ)的接入地域跨度增大，并且存儲(chǔ)帶寬可以伴隨著存儲(chǔ)容量的增大而增加。

媒資網(wǎng)由自身海量的存儲(chǔ)需求，從在線、近線的磁盤(pán)存儲(chǔ)到磁帶、光盤(pán)儲(chǔ)存，一開(kāi)始就決定了其存儲(chǔ)設(shè)備的多樣化，異構(gòu)化?！霸拼鎯?chǔ)”的概念無(wú)疑對(duì)用戶系統(tǒng)提供了更智能化、虛擬化的存儲(chǔ)后端，讓用戶數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)選擇處理，在存儲(chǔ)系統(tǒng)的強(qiáng)大運(yùn)算中解決，提高用戶讀寫(xiě)的效率。

四、結(jié)束語(yǔ)

一個(gè)良好的存儲(chǔ)系統(tǒng)解決方案應(yīng)能適應(yīng)數(shù)字資源的海量存儲(chǔ)和不斷增長(zhǎng)，同時(shí)能夠滿足當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜性和擴(kuò)展性的不斷提高。隨著電視臺(tái)制、播、存網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，分布式存儲(chǔ)的架構(gòu)應(yīng)該會(huì)得到越來(lái)越多的使用。實(shí)際應(yīng)用中，究竟選用哪種存儲(chǔ)技術(shù)方案還是幾種方案的整合，不能一概而論，盲目追求最新潮方案。最適合需求的方案，才是最好的方案。

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