分布式存儲在電視臺制播網(wǎng)的應(yīng)用探討

廣東工業(yè)大學(xué)計算機(jī)學(xué)院 楊煜彬

電視臺對制播網(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。而網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)的性能，直接關(guān)系到整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和安全。高清制作開始廣泛應(yīng)用的今天，網(wǎng)絡(luò)對存儲和帶寬的要求飛躍式的增長，存儲架構(gòu)的選擇與應(yīng)用顯得至關(guān)重要。

一、高清制播網(wǎng)對存儲的需求

1.存儲容量

高清素材的高碼流，決定了存儲高清所需要的磁盤空間需求劇增。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，一個小時的節(jié)目素材存儲所需的硬盤空間需要在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。考慮到磁盤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)的素材存儲量都需要達(dá)幾十個TB。

2.存儲帶寬

以一個10個高碼流編輯、上下載工作站點(diǎn)，10個低碼流編輯站點(diǎn)、4臺合成服務(wù)器、4臺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。每個高碼流編輯工作站100Mb/S的寫帶寬，100Mb/S*2層=200Mb/S的讀帶寬；每個合成服務(wù)器的寫帶寬為100Mb/S,讀帶寬為100Mb/S*3層=300Mb/S；每個遷移服務(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忽略不計。按照這個規(guī)模計算，極限讀寫混合帶寬將達(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，存儲設(shè)備所需帶寬達(dá)到7個多Gb/S。

3.存儲安全

安全生產(chǎn)是電視制播的生命，制播網(wǎng)當(dāng)然也不例外，對于制播網(wǎng)的安全與穩(wěn)定性能的要求接近苛刻。存儲系統(tǒng)是整個網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺中一個十分重要的組成部分，一旦存儲系統(tǒng)出現(xiàn)問題，編輯帶寬甚至編輯素材和成品節(jié)目就會出現(xiàn)問題，就會影響到電視節(jié)目的生產(chǎn)效率，甚至?xí)绊懙焦?jié)目的正常播出，所以存儲系統(tǒng)在整個系統(tǒng)中的地位可以說是重中之重。在高使用帶寬、大容量、讀寫頻繁的應(yīng)用環(huán)境下，要保證存儲系統(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)所需面對的問題。

二、針對制播網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的存儲解決方案

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

1.對等存儲構(gòu)架

將A、B兩個存儲設(shè)備作為相等的存儲，讀寫工作站同時向A存儲和B存儲上寫入相同的數(shù)據(jù)，在讀取數(shù)據(jù)時按管理軟件的規(guī)則向A、B存儲同時讀取，獲得雙倍的讀取帶寬。由于兩個存儲的數(shù)據(jù)一致，所以在數(shù)據(jù)上能起到安全備份的效果，但是在其中一臺存儲發(fā)生故障后，讀取的帶寬就剩下一半，而且數(shù)據(jù)恢復(fù)時也需要占用一定的帶寬。在存儲的擴(kuò)展方面，因?yàn)閮蓚€存儲只是簡單的對等關(guān)系，所以存儲擴(kuò)展時，只需要簡單的增加相應(yīng)對等的存儲設(shè)備，對系統(tǒng)造成的影響不大。這種對等的AB存儲模式，相對簡單，即使存儲數(shù)據(jù)分配軟件出現(xiàn)問題，也能夠直接使用單個存儲進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問，在一定程度上，提高了該系統(tǒng)構(gòu)架的安全性。但是，該存儲構(gòu)架只能在數(shù)據(jù)讀取方面，為存儲的讀取帶寬減輕一半的壓力，對于存儲系統(tǒng)讀寫帶寬的橫向擴(kuò)展能力有限。

2.存儲網(wǎng)格概念構(gòu)架

存儲網(wǎng)格是指運(yùn)用網(wǎng)格思路和技術(shù)，包括虛擬化和開放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)分布、異構(gòu)的存儲和數(shù)據(jù)一體化，為各類網(wǎng)格應(yīng)用服務(wù)。就像計算網(wǎng)格一樣，存儲網(wǎng)格也是一種有機(jī)的“智能單元”的組合，各個“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)備來組成。

存儲網(wǎng)格的行為方式類似于單個資源，它智能地共享工作負(fù)荷以確保存儲網(wǎng)格的單個部分不會過度負(fù)載。在數(shù)據(jù)的寫入時，管理設(shè)備將數(shù)據(jù)智能的復(fù)制、分片后寫入多個智能存儲設(shè)備中，對數(shù)據(jù)起到安全備份作用。在讀取數(shù)據(jù)時，管理設(shè)備按照寫入的信息，向多個存儲設(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。并且存儲的容量與帶寬會隨著網(wǎng)格中智能存儲設(shè)備的數(shù)量增加而增大，所以智能存儲設(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.云存儲概念構(gòu)架

云存儲是一個以數(shù)據(jù)存儲和管理為核心的云計算系統(tǒng)，是通過集群應(yīng)用，將網(wǎng)絡(luò)中各種不同類型的存儲設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問功能的一個系統(tǒng)。具有數(shù)據(jù)高效的備份和針對不同應(yīng)用的實(shí)時遷移功能。

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

三、應(yīng)用的探討

以上談到的幾種存儲系統(tǒng)架構(gòu)，都是應(yīng)用了分布式的存儲概念，將數(shù)據(jù)資源打散分布，通過多方協(xié)作來完成存儲系統(tǒng)的縱向擴(kuò)展與橫向擴(kuò)展。電視臺高清制播網(wǎng)絡(luò)的存儲系統(tǒng)構(gòu)架，突破普通的單一存儲方式，向分布式存儲方向發(fā)展是一種趨勢，也是其自身高可靠性、高可擴(kuò)展性、高容量、高帶寬的需求。而針對電視臺制、播、存相應(yīng)環(huán)節(jié)對存儲的需求，分布式存儲的結(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，核心制作部分對系統(tǒng)的實(shí)時性要求非常高，上下載和合成環(huán)節(jié)中，存儲帶寬哪怕出現(xiàn)極短時間的超載，都會使節(jié)目的質(zhì)量出現(xiàn)問題。而且制作網(wǎng)的核心制作部分的工作站點(diǎn)和存儲系統(tǒng)一般地域跨度不大，現(xiàn)時普遍選用FC存儲這種對帶寬穩(wěn)定性最有保證的存儲設(shè)備。加上不同素材類型容量與帶寬可遇見性高，可簡單的進(jìn)行手動分配存儲區(qū)域等存儲特點(diǎn)，對等存儲這種解決方式，可能更適合于編輯制作這部分的存儲系統(tǒng)構(gòu)架。

播出網(wǎng)的存儲主要來至于制作網(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)時性要求不是很嚴(yán)格，但與日俱增的素材碼率及播出時間，也讓存儲容量和存儲速度面臨很大的挑戰(zhàn)。針對存儲的特性，許多播出網(wǎng)絡(luò)都采用IPSAN這種物美價廉的存儲設(shè)備來完成。而IP-SAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，特別是萬兆以太網(wǎng)的推廣，正使存儲網(wǎng)格這種存儲方式得到更好的發(fā)揮。純以太網(wǎng)的架構(gòu)，讓數(shù)據(jù)站點(diǎn)與存儲的接入地域跨度增大，并且存儲帶寬可以伴隨著存儲容量的增大而增加。

媒資網(wǎng)由自身海量的存儲需求，從在線、近線的磁盤存儲到磁帶、光盤儲存，一開始就決定了其存儲設(shè)備的多樣化，異構(gòu)化。“云存儲”的概念無疑對用戶系統(tǒng)提供了更智能化、虛擬化的存儲后端，讓用戶數(shù)據(jù)的讀寫選擇處理，在存儲系統(tǒng)的強(qiáng)大運(yùn)算中解決，提高用戶讀寫的效率。

四、結(jié)束語

一個良好的存儲系統(tǒng)解決方案應(yīng)能適應(yīng)數(shù)字資源的海量存儲和不斷增長，同時能夠滿足當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜性和擴(kuò)展性的不斷提高。隨著電視臺制、播、存網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，分布式存儲的架構(gòu)應(yīng)該會得到越來越多的使用。實(shí)際應(yīng)用中，究竟選用哪種存儲技術(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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[3]楊楓.高清節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲技術(shù)應(yīng)用研究[J].廣播與電視技術(shù),2010.12.