淺析播出系統(tǒng)中的安全機制的構(gòu)建

郭偉強

（烏魯木齊電視臺 播控部，新疆 烏魯木齊 830092）

廣播電視播出平臺是電視臺的生命線，要建立一套完備的播控平臺，不僅需要先進的技術(shù)設(shè)備支持，更需要合理的設(shè)計。如何在有限的資金范圍內(nèi)，建立一套穩(wěn)定、高質(zhì)量的系統(tǒng)，就需要對每個環(huán)節(jié)都要進行細(xì)致的思考，這樣才能建設(shè)高效、穩(wěn)定的播出系統(tǒng)，包括整體的穩(wěn)定性、異構(gòu)兼容性、維護的簡易程度、整個系統(tǒng)的安全體系等。在硬盤播出系統(tǒng)中，只有發(fā)揮各個技術(shù)的特點，才能更加有效地提高播出系統(tǒng)的安全性，做好安全播出工作。

1 播控平臺中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全設(shè)計

數(shù)據(jù)庫技術(shù)是播控系統(tǒng)的一個核心，它的安全性直接影響到整個平臺的安全性，數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障對于客戶端的訪問是非常致命的，直接影響到安全播出。經(jīng)常會出現(xiàn)的故障有服務(wù)器斷電、數(shù)據(jù)庫報錯、關(guān)鍵操作系統(tǒng)程序故障、網(wǎng)絡(luò)資源故障、人為錯誤等。如果出現(xiàn)故障必須在短時間內(nèi)解決，否則就會影響安全播出，因此做好數(shù)據(jù)庫的安全保障工作，不僅需要工作人員過硬的技術(shù)基礎(chǔ)，更需要高安全性技術(shù)架構(gòu)。

安全備份技術(shù)是數(shù)據(jù)庫一個比較關(guān)鍵的技術(shù)。數(shù)據(jù)庫存儲著整個播控系統(tǒng)的配置文件、所有的操作日志信息、節(jié)目素材信息、各頻道的節(jié)目單信息等，對整個系統(tǒng)重要性顯而易見。這些信息對于通常的播出系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫而言，是比較小型的，數(shù)據(jù)量并不大，但由于廣播電視播出的性質(zhì)，對數(shù)據(jù)庫的安全可靠性的需求極高。在硬件方面，安全性的保證策略主要采用比較傳統(tǒng)的雙機熱備方式。雙機熱備由備用的服務(wù)器解決了在主服務(wù)器故障時服務(wù)中斷的問題[1]，如圖1所示，主要采用設(shè)備的冗余備份。

有些電視臺主備數(shù)據(jù)庫之間的同步技術(shù)主要采用SQL SERVER自身的分發(fā)訂閱機制進行同步，也就是對數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫對象進行復(fù)制和分發(fā)并進行同步以確保其一致性。這種方式是目前中小型電視臺所采用的，因為其成本比較低，構(gòu)建簡單，配置維護相對簡單。

數(shù)據(jù)庫的訂閱分發(fā)技術(shù)是提供數(shù)據(jù)的集成和交換，其機制是在一種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，在不同資源之間實現(xiàn)信息動態(tài)交換的一種信息共享。在播控系統(tǒng)中可以實現(xiàn)將主數(shù)據(jù)庫上的數(shù)據(jù)向備數(shù)據(jù)庫發(fā)布，主備數(shù)據(jù)庫之間包括發(fā)送和接收訂閱請求、自動獲取變化數(shù)據(jù)、分發(fā)備數(shù)據(jù)庫訂閱的內(nèi)容，訂閱分發(fā)技術(shù)可以確保主備數(shù)據(jù)庫自動同步更新，從而保障兩臺數(shù)據(jù)庫的一致性。圖2比較直觀地描述了這種技術(shù)的數(shù)據(jù)流向。

上述的數(shù)據(jù)庫的安全保障是利用SQL SERVER復(fù)制技術(shù)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的復(fù)制，但對于電視播出系統(tǒng)來說，存在著一些不足：1）這種備份不是真正意義上的實時；2）當(dāng)主數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)問題時，無法進行比較直觀的實時檢測報警，提供自動倒換；3）由于只是相對意義上的同步，不是實時備份，當(dāng)一個數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)問題時，可能無法恢復(fù)到最新狀態(tài)。

考慮到以上數(shù)據(jù)庫備份的實際因素，硬盤播出系統(tǒng)的安全性是首要保障，因此采用數(shù)據(jù)庫主+備+差異備份的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器架構(gòu)，在主備服務(wù)器之間采用EMC AutoStart技術(shù)實現(xiàn)實時、無差異同步，縮短數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的復(fù)原時間，確保整個播出系統(tǒng)的正常運行。EMC AutoStart是一套軟件系統(tǒng)，以“心跳線”支持，它運行在主備數(shù)據(jù)庫之間，實現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫不間斷的監(jiān)視，如出現(xiàn)故障可按設(shè)定進行自動修復(fù)和報警，并直觀顯示主備數(shù)據(jù)庫情況。在播出系統(tǒng)中，它最大的特點就是在無人值守的情況下可把各應(yīng)用服務(wù)切換到正常的服務(wù)器上。這種機制的故障監(jiān)測、自動修復(fù)、靈活倒換及有效的擴展性為播出系統(tǒng)的中數(shù)據(jù)庫的安全性提供了最大的保障。

新疆臺設(shè)計采用了EMC AutoStart，實現(xiàn)主備服務(wù)器的雙機熱備。這種技術(shù)實現(xiàn)首先需要配置符合其運行的安裝環(huán)境，如圖3所示。

從圖中可以看出，這種技術(shù)采用了一條實時心跳線，這樣就可以更好地實現(xiàn)實時監(jiān)測，使主備數(shù)據(jù)庫之間真正實現(xiàn)無差異切換。當(dāng)主數(shù)據(jù)庫服務(wù)器遇到意外掉電、服務(wù)停止或網(wǎng)絡(luò)中斷等情況時，備數(shù)據(jù)庫在這種技術(shù)支持下能夠自動接管主機的數(shù)據(jù)庫服務(wù)，可以完全實現(xiàn)無人化操作。

AutoStart軟件體系作為最高權(quán)限管理者，負(fù)責(zé)監(jiān)測主備數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的各項運行參數(shù)，并實時實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，使倒換服務(wù)器數(shù)據(jù)不間斷。AutoStart各模塊配合其環(huán)境下的控制臺，并透過AutoStart命令中心進行監(jiān)視和管理控制。實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的管理、監(jiān)控和切換，實現(xiàn)高效性管理控制。當(dāng)出現(xiàn)主數(shù)據(jù)庫故障時，Auto-Start首先監(jiān)測主數(shù)據(jù)服務(wù)器的各項參數(shù)指標(biāo)判斷是否需要進行倒換，如果符合切換條件，首先按順序停止主服務(wù)器上的服務(wù)，逐步釋放相關(guān)數(shù)據(jù)庫資源，并同時做好整個系統(tǒng)的同步，緊接著啟動備數(shù)據(jù)庫相關(guān)服務(wù)，使其獲得相關(guān)資源，開通應(yīng)用和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通道，使備數(shù)據(jù)庫為整個播出系統(tǒng)提供相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)。同時也可以進行主備數(shù)據(jù)庫之間的人工隨時倒換，只要點擊控制臺上的Relocating選擇鏡像主機就可以實現(xiàn)。這時Auto-Start將陸續(xù)對正確運行中的數(shù)據(jù)庫或出現(xiàn)故障的數(shù)據(jù)庫進行停止操作，完畢后開始啟動逐一備用數(shù)據(jù)庫服務(wù)，接替主數(shù)據(jù)庫為整個系統(tǒng)提供服務(wù)，保障為整個系統(tǒng)提供不間斷數(shù)據(jù)服務(wù)。

2 播控平臺中系統(tǒng)架構(gòu)的安全性設(shè)計

播控中的安全通常體現(xiàn)為：播控機和周邊設(shè)備的環(huán)境是否穩(wěn)定，例如溫度和濕度；操作人員的操作是否規(guī)范、準(zhǔn)確。首先從節(jié)目素材安全保障和控制安全保障來看如何確保安全。

1）節(jié)目素材的安全保障，采用RAID（磁盤陣列）技術(shù)實現(xiàn)，由多組小容量磁盤構(gòu)成的大存儲，這種存儲在一定設(shè)備故障條件下可以保障數(shù)據(jù)不丟失[2]。磁盤陣列技術(shù)有軟件、硬件兩種模式。硬件具有更高的性能，而軟件模式更具有實際價值，可以大大降低成本，但缺點是主要依靠CPU，必然會帶來壓力，導(dǎo)致異常狀況的出現(xiàn)。電視臺播出系統(tǒng)主要采用硬件模式來提高可靠性。RAID技術(shù)有RAID0～RAID5，也可相互組合，例如RAID0+RAID1。不同技術(shù)的校驗信息存儲的方式都不一樣，所采用的硬盤數(shù)量也不同。新疆臺以RAID3為主，如圖4所示，通過一個固定硬盤來存儲校驗信息，其有效總?cè)萘渴俏锢砜側(cè)萘繙p去存儲校驗信息的容量。

2）控制安全保障，也就是播出控制端必須實現(xiàn)對視頻服務(wù)器及播出設(shè)備的有效、實時、精準(zhǔn)的控制。除了設(shè)備本身的質(zhì)量，還要從系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)來進行確保。以高清播出控制為例，新疆臺高清有2個頻道CH1和CH2，高清視頻服務(wù)器有2臺，相互之間互為備份，由各頻道播控機進行遠程操控，同時其播控機也配置2臺互為備份。這樣能有效確保設(shè)備在出現(xiàn)故障的情況下，安全播出控制端不受影響。頻道雙機控制系統(tǒng)如圖5所示。

對于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層面的安全性，可從幾個方面體現(xiàn)：硬件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)的備份，操作流程和應(yīng)急處理方案。新疆臺系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)均采用切換臺+切換器+應(yīng)急二選一開關(guān)的方式完成主備方式的播出。倒換器實時監(jiān)測主備通路信號情況，達到實時切換。整個設(shè)備都是冗余設(shè)計。這種簡單、明確的架構(gòu)方式，能夠使分控操作人員在遇到突發(fā)問題時，快速處理，保證在一項操作不起作用后，能夠快速轉(zhuǎn)向另一項操作，確保安全播出。

3 系統(tǒng)的實時報警監(jiān)測機制

新疆臺設(shè)計有一套全方位設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時導(dǎo)入臺內(nèi)AUTOCAD格式系統(tǒng)設(shè)計方案圖進行設(shè)備的系統(tǒng)定制化管理。設(shè)備監(jiān)控可以涵蓋系統(tǒng)鏈路中的各個部分。監(jiān)控界面如圖6所示。

監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)播出系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接圖進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)端口的監(jiān)控監(jiān)測。因為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是硬盤播出系統(tǒng)的重要組成部分，網(wǎng)絡(luò)交換機的工作狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)端口的數(shù)據(jù)流量、網(wǎng)絡(luò)連接情況都是監(jiān)控必不可少的環(huán)節(jié)。

在硬盤播出系統(tǒng)正常使用過程中，監(jiān)控設(shè)備負(fù)責(zé)監(jiān)控服務(wù)器的素材遷移網(wǎng)絡(luò)流量、二級存儲的素材存儲、遷移網(wǎng)絡(luò)流量、磁盤容量、存儲水位直觀顯示等。上載工作站的工作情況都可以通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、端口的監(jiān)控檢測提供有效的設(shè)備工作信息，幫助工作人員實時掌握關(guān)鍵設(shè)備的工作狀態(tài)。

4 系統(tǒng)安全性測試的指標(biāo)和方法

針對新疆臺構(gòu)建的硬盤播出系統(tǒng)，一般有兩方面測試內(nèi)容：1）對硬件的硬指標(biāo)測試；2）對播控軟件的軟指標(biāo)測試。

4.1 硬件指標(biāo)測試

通常對數(shù)字通道質(zhì)量進行衡量，要用到幾個重要的測試指標(biāo)，例如誤碼率、信噪比等[3]。主要測試系統(tǒng)的各關(guān)鍵節(jié)點的輸入和輸出，在每個節(jié)點采集數(shù)據(jù)進行分析量化。這樣可以綜合各個設(shè)備的性能指標(biāo)，最終測試整個播出通路中的情況。以對本臺2個通路數(shù)據(jù)采集的節(jié)點的測試為例：

1）標(biāo)清數(shù)字視頻信號由總控矩陣輸入，經(jīng)總控矩陣、標(biāo)清數(shù)字視頻分配器、新聞綜合標(biāo)清頻道主矩陣、切換臺、響度控制器、標(biāo)清數(shù)字視頻分配器、主2×1數(shù)字切換開關(guān)，由主（備）標(biāo)清數(shù)字視頻分配器輸出。

2）標(biāo)清數(shù)字視頻信號由標(biāo)清上載工作站采集/標(biāo)清視頻服務(wù)器輸出。

分析上面節(jié)點中采集的信號數(shù)據(jù)，與源信息進行對比分析，可以得出這個鏈路中信號變化的情況。如果輸出信號質(zhì)量不達標(biāo)，可能是鏈路中某個設(shè)備對信號有影響，這時就需要查看、調(diào)整，保證每個設(shè)備的性能指標(biāo)達到標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 軟件指標(biāo)測試

軟件測試周期如圖7所示。

4.2.1 基本要求測試

主要是檢測軟件是否達到要求的所有功能，每個功能是否符合播出需求。進行功能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)測試時，必須充分了解自動播出控制軟件的原理和操作。如果對軟件進行修改，在測試中發(fā)現(xiàn)問題，必須重新測試所有內(nèi)容。

下面列舉部分模塊所需的測試內(nèi)容：

1）節(jié)目編輯，包括節(jié)目單編輯、模塊功能。

2）素材查詢模塊，包括素材查詢、素材修改、素材一致性等。

3）播出控制，包括播出方式、播出設(shè)備控制能力、自動更新及鎖定節(jié)目單、安全操作提示、主備設(shè)備倒換方式等。

4）網(wǎng)管系統(tǒng)，包括頻道配置、素材刪除、用戶管理、節(jié)目內(nèi)容類型管理等。

5）冗余設(shè)備倒換情況，包括主備播出工作站、主備數(shù)據(jù)庫、主備視頻服務(wù)器等。

4.2.2 極限性能測試

極限測試的內(nèi)容有：

1）節(jié)目單測試：對某條節(jié)目進行連續(xù)插入；反復(fù)進行節(jié)目單編輯—保存—調(diào)取操作，查看是否正確。

2）播出測試：使用軟件上下鍵，再手動在切換臺上進行上下鍵，查看是否正常；在5 s內(nèi)反復(fù)進行觸發(fā)、跳播、保存操作，查看軟件連接狀況；添加最短時間的素材，查看系統(tǒng)最短素材值；測試廣告組進行插播操作，查看軟件是否禁止在廣告段位進行插播；連續(xù)進行“觸發(fā)”、“保持”操作查看服務(wù)器同步情況。

以上的測試內(nèi)容是軟件安全測試的一小部分，要對一個播出軟件的安全性、可靠性、實用性進行完善測試，還要進行很多方面的工作，需要反復(fù)修改，最終建立一個安全可靠的播出系統(tǒng)。

5 總結(jié)

對于一個全自動化播出系統(tǒng)，影響其安全的因素有很多，例如必須記錄所有操作記錄，控制好系統(tǒng)的CDROM、軟驅(qū)、USB等入口，防止任何對系統(tǒng)和軟件的改動，控制人員的操作權(quán)限。所以不僅要從宏觀上考慮系統(tǒng)架構(gòu)的合理性，還要從細(xì)節(jié)上考慮運用哪些技術(shù)才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

[1] 張琦.雙機熱備，讓業(yè)務(wù)永不間斷[J].中國計算機用戶，2006（2）：44.

[2] 王宇明.磁盤陣列存儲技術(shù)簡析[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2006（7）：54-56.

[3] 尚永林.電視中心系統(tǒng)測試實踐[J].電視技術(shù)，2009，33（8）：118-120.