基于云中心的非編網絡在高校中的設計及應用

陳 勇，張勇波

(中國石油大學(華東)，山東 青島 266580)

基于云中心的非編網絡在高校中的設計及應用

陳 勇，張勇波

(中國石油大學(華東)，山東 青島 266580)

結合中國石油大學(華東)網絡及教育技術中心的非編網絡改造，從實際需求出發，對構建一個基于云計算中心的非編系統進行了整體規劃。簡要介紹了學校云計算中心的建設，在此基礎上詳細闡述了非編網的設計方案及具體實施過程、網絡的安全性設計等問題，并利用服務器虛擬化和存儲虛擬化等技術提高了系統的效率，大大減少了投資成本，在高校同類系統中起到了很好的借鑒作用。

非編網；虛擬化；媒資系統；非編工作站；云計算

國家教育信息化十年發展規劃(2011—2020年)中提到“建設各級各類優質數字教育資源，促進優質教育資源普及共享”。教育部十二五規劃明確提出了“推動優質資源的開發、集成與共享。出臺國家精品開放課程建設的實施意見，加快數字教育資源開發”戰略。教學資源的開發、建設和利用是教學信息化的核心內容之一，中國石油大學(華東)網絡及教育技術中心承擔著全校視頻教學資源的建設，包括各類教師課程、各類教學片和宣傳片的拍攝與制作。

非線性編輯系統在各類視頻資源的制作中是不可或缺的，學校自從2005年至2013年開始陸續購置多臺標清、高清大洋非線性編輯工作站用于視頻的后期制作。由于非線編設備昂貴，學校采購均為單臺次分批購買，在節目制作模式上一直以來沿用單臺非線性編輯的模式。但隨著教學視頻制作任務的逐步增加，傳統單臺非線編“單打獨斗”的缺陷越來越明顯，主要體現在以下幾個方面：

1)素材無法共享，前期的素材來源多樣化，有索尼XDCAM HD 422、松下P2HD、高清硬盤錄像機、標清模擬磁帶采集等各類素材，同樣的素材需要重復拷貝導入多次，步驟非常繁瑣，工作效率低下，大大浪費了人力物力。

2)故事板無法共享，在哪一臺非線編工作站建立的故事板只能在哪一臺工作站上編輯，這樣就造成了很大的風險。高清視頻一般碼流都在100 Mbyte/s以上，小高清碼流也大都在35 Mbyte/s、50 Mbyte/s，在編輯過程中硬盤的讀寫是非常頻繁的，而且數據量巨大，硬盤的故障率就會大大增加，同時也容易引起工作站其他部件的故障，一旦出現問題，故事板就無法打開，那損失將是不可想象的。

3)非編系統存儲容量小，不容易擴展?，F有非編工作站由于主板接口少，最多只能外掛4個素材盤，單個素材盤的容量太大容易出現問題，存儲擴展困難。

出現上述問題最主要的原因是沒有將整個資源統一規劃利用，而云計算技術可以集中資源提供分散的服務，實現異源、異構海量數據集中、高效、安全的存儲管理，并對外提供統一的存儲服務平臺。所以為了解決由于制作任務增加而帶來的各種弊端，決定利用云計算技術對現有的非編系統進行改造組網，同時和現有的媒資管理系統進行融合。

1 云計算中心建設概述

中國石油大學網絡及教育技術中心一直承擔著學校的校園信息化建設，中國石油大學校園云計算中心(簡稱“石大云”)是學校信息化建設的基礎和保障，非編網的設計和運行也是以它為基礎的。

云計算在教育領域中的遷移稱為“教育云”，“教育云”是指利用云平臺實現教學數字化、電子化、信息化、無紙化，為教育者提供良好的平臺?！笆笤啤钡慕ㄔO采用云計算技術對數據中心硬件資源和基礎軟件的統一管理、統一分配、統一部署、統一監控和統一備份，打破原先信息系統建設中普遍采用的應用系統“封閉運行，相對獨立”的模式，實現各類計算資源和運用動態調整、自動故障切換和應用系統快速部署，將全校的計算資源、存儲資源、網絡資源池化和自動化，搭建一個全校的數據中心、應用中心、資源中心、計算中心，為全校相關的業務部門提供應用云服務?！笆笤啤钡耐負浜唸D如圖1所示。

圖1 “石大云”拓撲簡圖

“石大云”的建設通過組建虛擬化資源池為業務系統提供計算資源服務，主要包括網絡的虛擬化、服務器的虛擬化和存儲的虛擬化。

2 非編網絡架構設計及應用

2.1 非編網絡架構概述

非線性編輯網絡架構包含通信網絡和存儲網絡兩個結構，主要分為3種架構：“FC+以太”的雙網結構、IP-SAN結構、NAS網絡架構。

“FC+以太”雙網結構的系統具有高性能，可以保證大數據量并發訪問的情況下非編讀寫帶寬穩定，但是其造價高昂和FC設備維護比較復雜，這種結構適用于高投入、資金充足的單位搭建，大型電視臺一般均采用此架構。

IP-SAN網絡架構基于iSCSI存儲技術，它和NAS一樣可以通過IP網絡來傳輸數據，但在數據存取方式上，則采用與NAS(TCP/IP)不同、卻與FC-SAN相同的塊協議。它的最大優勢在于協議設計的高效性，IP-SAN適合于那些對流量帶寬穩定性要求不是太高的應用場合。

NAS技術是一種將分布、獨立的數據整合為大型、集中化管理的數據存儲技術，它的優點是系統功能簡單和可管理性強，數據共享容易，用戶之前可以共享文件級數據，缺點是傳輸效率比較低、難以保證帶寬的穩定性，它適用于非編站點較少的場合。

2.2 非編網設計與具體實施

從“石大云”的拓撲簡圖中可以看出“FC+以太”、“IP-SAN”的網絡架構和它的架構不同，如果要采用這兩種結構需要額外購置存儲及光纖交換機，需要單獨的鋪設網絡，這和設計初衷不符，而且投入巨大，所以采用NAS網絡架構是最好的解決方案。在這個結構中將非編網與校園網隔離，通過交換機單獨劃出一個VLAN，千兆網絡直連非編工作站。

目前中心共有3臺高清有卡工作站、1臺高清無卡工作站、1臺標清有卡工作站，后期編輯業務主要集中在 35 Mbyte/s、 50 Mbyte/s的高清視頻源，節目制作通常使用2層視頻軌道編輯，制作要求比較精細的節目一般會用到 3～4層視頻軌道進行編輯。非編網絡讀寫帶寬取決于NAS存儲硬盤的數據讀寫速度及網絡帶寬，系統網絡的實際帶寬一般由系統存儲硬盤的數據讀寫速度來決定。經測試，千兆網到磁盤陣列的讀寫帶寬一般可以達到 650 Mbit/s 左右。這樣，按照3臺高清有卡工作站編輯3層 50 Mbit/s 的節目計算，3臺×3層×50 Mbits/s=450 Mbit/s，在系統滿負荷運載的情況下，尚可提供剩余的200 Mbit/s的帶寬，完全可以滿足業務帶寬需求，并且將來可以留有2～3臺非編工作站的擴展空間。非編網系統結構如圖2所示。

圖2 非編網系統結構圖

整個非編網絡由在線存儲、服務器和有卡高標清非編工作站、媒資管理系統等設備組成。數據中心新購大容量存儲一臺和原數據中心的一臺EMC存儲進行存儲虛擬化，形成共享存儲，為整個非編網系統提供存儲資源。非編網數據庫服務器、MDC服務器、媒資管理服務器和Web檢索服務器等所有服務器均利用了云中心的虛擬機系統搭建，利用VMware對虛擬服務器進行安裝和管理。在圖2中可以看出，非編網的前期素材包括索尼XDCAM攝像機的SXS素材、松下攝像機的P2素材、高清硬盤錄像機和外部直接拷貝的素材、模擬磁帶的素材，所有前期素材統一數字化處理后拷貝進入云存儲；素材經過篩選之后按照具體的編目規范上載到媒資管理系統之中。所有非編工作站通過千兆網絡與云存儲和媒資管理系統相連，具體編輯制作節目時可以從云存儲直接以“引入”的方式將素材調入到非線編系統中(避免了二次拷貝)；或者從媒資系統中進行素材檢索，這樣的好處是可以不用將整個素材導入，通過打入出點的方式只將需要的部分導出，在有海量素材的情況下，系統可以用全文檢索、參數檢索等多種檢索方式查詢素材，可以大大提高工作的效率。

2.3 非編網安全性設計

非編網屬于一個高度集成化的系統，它的安全性設計是非常關鍵的，在安全性方面做了以下措施保證網絡最大限度的安全化：

1)素材共享化、故事板共享化、網絡虛擬化、服務器虛擬化、存儲虛擬化等都是以“石大云”為基礎的，非編網和互聯網、非編網和校園網之間都設置了不同規則的防火墻，封閉了非編網內所有的外部輸入端口，從物理鏈路上隔斷了來自互聯網上的病毒和攻擊。

2)非編網數據庫、各個非編站點的數據庫都設置了自動備份功能，按照不同的備份策略自動備份數據庫。

3)非編網使用Windows域帳戶策略來防止非法人員進入，所有用戶只要登錄到域，在域內均能進行身份驗證，管理人員可以較好地管理非編網內部資源，管理網絡的成本大大降低。工作人員登陸到域后才能進行素材的導入導出、素材的檢索，才能正常使用非編軟件和媒資軟件的所有功能。

4)非編網內設備除了在網絡上和“石大云”相連，在物理供電上也與數據中心設備共用一個電力，后臺由UPS和柴油發電機組保障非編工作站的用電安全，預防供電中斷帶來的機器損壞和數據丟失。

3 結束語

實踐證明，非編網搭建近一年時間，運行狀況良好，滿足了需求，之前的各種缺陷完全改進。近半年以來，利用這套非編網絡系統共制作各類教學片、宣傳片共10余部，制作課堂教學視頻錄像幾百小時，它的優勢主要體現在有多個制作任務同時進行時，素材共享化、故事板共享化、檢索快速化所帶來的制作人員工作效率的極大提高，同時在“石大云”的軟硬件系統的保障下，使得非編網的安全性得到了極大的保證。另外，基于學校云計算中心的非編系統搭建方案在滿足需求的前提下，大大節約了建設經費，在高校中也起到了良好的示范作用。

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Design and Applied Research of NLE Network Based on Cloud Computing Center

CHEN Yong, ZHANG Yongbo

(China University of Petroleum, Shandong Qingdao 266580, China)

According to the demand,the reconstruction of NLE network in China University of Petroleum is combined with and provides an integrated plan of constructing the NLE network that based on the cloud computing center. The construction of Cloud computing center in college, clarifies the design of NLE Network and the specific implementation process, also with the problem of security design of the network. As a result, the efficiency of system is ascending and the cost of investment reduces a lot by the server virtualization and storage virtualization, which plays an important role in similar system in the colleges.

nonlinear editing network; virtualization; media asset management system; nonlinear editing workstation; cloudcomputing

TN948

A

10.16280/j.videoe.2015.20.019

2014-11-06

【本文獻信息】陳勇，張勇波.基于云中心的非編網絡在高校中的設計及應用[J].電視技術,2015，39(20).

陳 勇(1968— )，副研究員，網絡及教育技術中心主任。

責任編輯：許 盈