硬盤(pán)播出層次化安全部署

■梁飛龍

傳統(tǒng)的硬盤(pán)播出采用的是主備鏡像備份，這在主備視頻服務(wù)器運(yùn)行良好時(shí)，具有一定的安全性。但隨著視頻服務(wù)器老化，會(huì)導(dǎo)致各種不可控的故障出現(xiàn)，例如硬盤(pán)故障頻率高、操作系統(tǒng)崩潰、播出通道經(jīng)常靜幀等。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，廣西電視臺(tái)對(duì)播出系統(tǒng)多個(gè)環(huán)節(jié)做了層次化的部署，使系統(tǒng)具備第三路熱備份硬盤(pán)通道，根據(jù)最新節(jié)目單播出節(jié)目，在故障發(fā)生時(shí)，更具有擇優(yōu)切換播出功能，從而大大增強(qiáng)了播出安全性。

圖1 視頻服務(wù)器部署示意圖

廣西電視臺(tái)硬盤(pán)播出層次化安全部署是針對(duì)主備鏡像系統(tǒng)的固有缺點(diǎn)而做的具有更高安全性的部署。我們?cè)谥鱾浞?wù)器之外，部署了第二備視頻服務(wù)器，播出控制獨(dú)立于主備控制，自動(dòng)偵測(cè)主播控機(jī)的節(jié)目單改動(dòng)，及時(shí)保存最新的節(jié)目單，并通過(guò)心跳線(xiàn)檢測(cè)視頻服務(wù)器的硬件故障，素材傳輸則采用互相堆疊的帶光纖模塊的千兆交換機(jī)，以遷移服務(wù)器群作跟蹤管理，迅速地將主備服務(wù)器的素材同步到第二備視頻服務(wù)器。最后在系統(tǒng)通道末端部署SDI 信號(hào)層次的聲像檢測(cè)和自動(dòng)擇優(yōu)切換。

一、第二備份視頻服務(wù)器部署

1.視頻服務(wù)器硬件異構(gòu)

廣西電視臺(tái)目前24 小時(shí)不間斷播出衛(wèi)視、綜藝、都市、資訊、樂(lè)思購(gòu)、影視、公共、國(guó)際8 個(gè)頻道的節(jié)目，不久將上馬高清衛(wèi)視頻道和壯語(yǔ)頻道，這樣播出系統(tǒng)將承擔(dān)10 個(gè)頻道24 小時(shí)不間斷播出任務(wù)，可謂任務(wù)繁重，安全播出的壓力也很大。因此廣西電視臺(tái)主備鏡像硬盤(pán)播出服務(wù)器采用了Omneon 服務(wù)器組成存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（即SAN 結(jié)構(gòu)）。Omneon 服務(wù)器價(jià)格昂貴，性能極其穩(wěn)定，擴(kuò)展性好，維護(hù)也簡(jiǎn)單。但是如果第二備份視頻服務(wù)器也采用Omneon 服務(wù)器部署，將需支出大量的資金，而且結(jié)構(gòu)上輕重不分，造成資源浪費(fèi)。因此，我們針對(duì)各頻道播出的影響力、重要性，部署不同的國(guó)內(nèi)外視頻服務(wù)器以形成梯次搭配，在滿(mǎn)足需求的同時(shí)，也節(jié)約成本。

經(jīng)過(guò)對(duì)多種視頻服務(wù)器性能價(jià)格的詳細(xì)比較，我們決定利用哈里斯NX3601 服務(wù)器部署于高清衛(wèi)視和標(biāo)清衛(wèi)視的第二備份播出，兩部國(guó)產(chǎn)的大洋磐石視頻服務(wù)器（Vips）則部署于綜藝、都市、資訊、樂(lè)思購(gòu)、影視、公共、國(guó)際、壯語(yǔ)頻道的第二備份播出，從而形成梯次搭配、主次分明的第二備份硬盤(pán)播出。

視頻服務(wù)器通道的部署如圖1所示。

多種服務(wù)器共同部署，通過(guò)相同MXF 文件封裝格式進(jìn)行兼容整合，同步播出相同的硬盤(pán)信號(hào)，從而具備了主備之外，第三路硬盤(pán)播出的能力，能在主備出現(xiàn)故障的時(shí)候馬上切換第三路，大大增強(qiáng)了播出的安全性。

2.視頻服務(wù)器操作系統(tǒng)兼容

圖2 遷移服務(wù)器群跟蹤管理各存儲(chǔ)體間的傳輸任務(wù)

播出服務(wù)器上，我們不但部署不同品牌、不同編解碼硬件通道的服務(wù)器保障播出硬件對(duì)各種文件格式的兼容，更是在各類(lèi)視頻服務(wù)器中部署不同的操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)層次的安全性方面，如果所有的播出服務(wù)器都使用相同的操作系統(tǒng)，當(dāng)計(jì)算機(jī)病毒入侵且發(fā)生作用時(shí)，則所有的服務(wù)器都會(huì)受到影響，甚至無(wú)法播出。而廣西電視臺(tái)主備鏡像播出的服務(wù)器Omneon 采用了Omneon 公司為其服務(wù)器專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用操作系統(tǒng)，哈里斯NX3601服務(wù)器則采用了服務(wù)器領(lǐng)域常用安全性較高的Unix 操作系統(tǒng)，大洋磐石服務(wù)器Vips 則采用了64位windowsXP 操作系統(tǒng)。三個(gè)操作系統(tǒng)都是基于不同的文件系統(tǒng)，由于計(jì)算機(jī)病毒也是文件系統(tǒng)內(nèi)的文件，通常只能對(duì)一個(gè)文件系統(tǒng)產(chǎn)生破壞作用，即使傳染到了別的文件系統(tǒng)也發(fā)生不了作用，因此幾種服務(wù)器在操作系統(tǒng)間的異構(gòu)，增強(qiáng)了播出服務(wù)器對(duì)計(jì)算機(jī)病毒的防御能力。

二、播出控制層面的安全部署

1.自動(dòng)偵測(cè)節(jié)目更新的獨(dú)立播出控制減低對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴(lài)性

為了更深層次地實(shí)現(xiàn)安全部署，我臺(tái)采用的播出控制能夠跟隨主備播控機(jī)播出，但控制方式相對(duì)于主備播控機(jī)，具有獨(dú)立性。它在播控軟件中集成了節(jié)目單更新偵測(cè)功能的軟件模塊，指向某IP 地址的播控主機(jī)，主動(dòng)偵聽(tīng)該主機(jī)節(jié)目單更改時(shí)發(fā)出的更新信號(hào)和確認(rèn)信號(hào)，一旦該播控主機(jī)節(jié)目單確認(rèn)有修改，馬上可以同步更新節(jié)目單。播控人員對(duì)節(jié)目單修改完畢確認(rèn)后，播控機(jī)自動(dòng)保存最新的節(jié)目單到本地。因此，當(dāng)主、備播控機(jī)均發(fā)生故障，或者系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)已崩潰，根本連不上數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的情況下，控制第三路硬盤(pán)播出的播控機(jī)仍舊能讀取本地保存的最新節(jié)目單進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間脫機(jī)播出，減低了系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴(lài)性，同時(shí)為修復(fù)故障爭(zhēng)取較長(zhǎng)的時(shí)間。

2.硬件故障檢測(cè)多級(jí)切換

播出控制除了能偵測(cè)指定播控主機(jī)的節(jié)目單更新外，處于主控狀態(tài)的播控機(jī)能夠利用冗余的控制線(xiàn)，檢測(cè)硬盤(pán)服務(wù)器的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)服務(wù)器發(fā)生故障無(wú)法連接，則會(huì)發(fā)出告警。同時(shí)能夠按照在軟件里預(yù)先設(shè)定的主硬盤(pán)、備硬盤(pán)、第二備硬盤(pán)、墊片等多級(jí)切換，自動(dòng)切換到正常的信號(hào)源。最大限度地減少通過(guò)播控人員的巡檢去發(fā)現(xiàn)故障的幾率，并能有效減少播出事故的發(fā)生。

3.集中式控制

在保證主備硬盤(pán)播出通道是交互式完全冗余備份控制方式的同時(shí)，針對(duì)第二備份硬盤(pán)通道，我們采用一臺(tái)播控機(jī)控制多個(gè)頻道的集中式控制，每個(gè)頻道的控制采用跟隨播出與主備播出控制機(jī)同步，在節(jié)省設(shè)備投資的同時(shí)，又不增加人員工作量，具有自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)。

三、傳輸層次部署遷移服務(wù)器群

播出系統(tǒng)在備播和分控的各個(gè)存儲(chǔ)體之間素材傳輸是播出安全的核心環(huán)節(jié)之一，保證高效暢通的傳輸，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)文件審片、通道審片、安全播出功能的必需要素。

多個(gè)頻道的播出素材是海量數(shù)據(jù)，為保證傳輸?shù)膶?shí)時(shí)與安全，通常采用的是雙FC 冗余傳輸通道，利用策略服務(wù)器驅(qū)動(dòng)任務(wù)的傳輸，傳輸任務(wù)在傳輸時(shí)的各種信息有限，無(wú)法知道任務(wù)生成同時(shí)是否已經(jīng)提交、是否處理、傳輸路徑、預(yù)播時(shí)間、完成時(shí)間等。在故障出現(xiàn)的時(shí)候，播控人員缺乏必要的信息去做出及時(shí)合適的應(yīng)急措施。

為了跟蹤和管理每一個(gè)傳輸任務(wù)，獲取更為豐富的素材傳輸信息，實(shí)現(xiàn)無(wú)單潰點(diǎn)、多路徑，又具備任務(wù)跟蹤式的同步傳輸，廣西電視臺(tái)在傳輸網(wǎng)絡(luò)中部署了遷移服務(wù)器群。如圖2 所示。

由圖2 可知，傳輸網(wǎng)絡(luò)主體由帶光纖模塊的千兆以太交換機(jī)組網(wǎng)，光纖鏈路保證了上載服務(wù)器、二級(jí)存儲(chǔ)、播出服務(wù)器、廣告存儲(chǔ)之間的高速傳輸。

千兆以太交換機(jī)間用堆疊線(xiàn)串聯(lián)，保證了傳輸帶寬不會(huì)因?yàn)榭缃粨Q機(jī)的傳輸而大幅降低，因此可以充分利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)主備服務(wù)器傳輸節(jié)目素材到二備服務(wù)器，而不必要利用光纖傳輸，節(jié)省了設(shè)備投資。

播出系統(tǒng)有多種存儲(chǔ)體，由于播出任務(wù)的需要，各存儲(chǔ)體之間需要迅速傳輸節(jié)目素材，所有的傳輸任務(wù)由策略服務(wù)器驅(qū)動(dòng)生成并遞交給數(shù)據(jù)庫(kù)，而遷移服務(wù)器群的管理機(jī)則到數(shù)據(jù)庫(kù)去讀取任務(wù)，然后分發(fā)給各執(zhí)行主機(jī)。

遷移服務(wù)器接受任務(wù)后則負(fù)責(zé)跟蹤管理此任務(wù)，將節(jié)目素材從源存儲(chǔ)體讀到本機(jī)內(nèi)存，并復(fù)制到目標(biāo)存儲(chǔ)去。還提供該任務(wù)的預(yù)播時(shí)間、處理開(kāi)始時(shí)間、完成進(jìn)度、傳輸路徑、完成時(shí)間等信息，將所有傳輸任務(wù)集中管理，便于播控人員的應(yīng)急和日后的任務(wù)查詢(xún)等。遷移服務(wù)器對(duì)具體任務(wù)的跟蹤匯總到管理機(jī)的界面如圖3 所示。

如果正在跟蹤處理某一任務(wù)的遷移服務(wù)器發(fā)生故障，管理機(jī)則會(huì)立即將該任務(wù)派發(fā)到另一較為空閑遷移服務(wù)器。即使管理機(jī)發(fā)生故障，備用的管理機(jī)也能很快接管，進(jìn)行任務(wù)的管理派發(fā)。

因此，整個(gè)遷移服務(wù)器群形成了具有跟蹤管理功能的傳輸中介，具備無(wú)單潰點(diǎn)、多路徑傳輸、均衡負(fù)載、全域跟蹤管理、充分利用雙網(wǎng)傳輸特性的特點(diǎn)，很好地完成整個(gè)播出系統(tǒng)各存儲(chǔ)體的同步傳輸任務(wù)。

四、播出通道部署SDI 信號(hào)層面聲像檢測(cè)和擇優(yōu)切換功能

圖3 傳輸任務(wù)跟蹤界面

播出控制層次，廣西電視臺(tái)部署了利用播控機(jī)心跳檢測(cè)機(jī)制檢測(cè)視頻服務(wù)器的硬件故障，通過(guò)RS422線(xiàn)控制切換臺(tái)切換既定的主、備、第二備、墊片信號(hào)。為了進(jìn)一步加強(qiáng)到對(duì)播出畫(huà)面內(nèi)容安全應(yīng)急部署，我們?cè)谥鳌?、第二備每個(gè)播出通道部署了JF 數(shù)字監(jiān)測(cè)盒，從SDI 物理電平信號(hào)層面上去分析畫(huà)面內(nèi)容，對(duì)播出中的黑場(chǎng)、彩場(chǎng)、彩條、靜幀、音頻中斷或音頻劣播等具有告警、記錄的功能，并能利用信號(hào)源擇優(yōu)電路判斷哪一路是優(yōu)質(zhì)信號(hào)源，通過(guò)RS422 控制線(xiàn)發(fā)出切換指令，切換到優(yōu)質(zhì)內(nèi)容的節(jié)目信號(hào)，令系統(tǒng)具有更高層次的安全級(jí)別。

五、總 結(jié)

通過(guò)多種國(guó)內(nèi)外視頻服務(wù)器硬件存儲(chǔ)和通道設(shè)置的整合、操作系統(tǒng)異構(gòu)、播出控制最自動(dòng)偵測(cè)指定主機(jī)節(jié)目單更改、多路徑任務(wù)跟蹤式同步傳輸、自動(dòng)擇優(yōu)切換等各個(gè)層次的針對(duì)性部署，本項(xiàng)目相比于傳統(tǒng)的主備鏡像播出，具備了第三路熱備份的硬盤(pán)播出，播控人員對(duì)播出的控制方式彈性又靈活，播出任務(wù)從建立到刪除整個(gè)時(shí)間域的屬性信息豐富，為播控人員更好地掌控系統(tǒng)的運(yùn)行提供了更多的渠道，在易于維護(hù)的同時(shí)，又保持了良好的可擴(kuò)展性，為日后的進(jìn)一步升級(jí)打下基礎(chǔ)。

硬盤(pán)播出層次化安全部署整個(gè)項(xiàng)目的提出、制定、建設(shè)、測(cè)試、應(yīng)用、優(yōu)化，均由一線(xiàn)技術(shù)人員完成，有較高的自主性和適用性。整個(gè)項(xiàng)目系統(tǒng)在我臺(tái)運(yùn)行期間，穩(wěn)定性高，安全可靠，集中管理程度高，易于維護(hù)，克服了傳統(tǒng)主備鏡像備份的一些缺點(diǎn)，大大提高了硬盤(pán)播出的安全性，較好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)實(shí)施的目標(biāo)和需求，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。