演出場所數據匯聚協議研究和應用

姜燕冰 侯春海 王誠 胡啟興

【摘要】提出了演出場所基于物聯網網關的橋接演出控制系統與演出管理系統數據匯聚協議（DAP）模型，內容包括建立DAP參考模型、操作程序和報文定義，并開發了SWFusioner智能融合系統及配套的IoT網關設備SWF-GW01以驗證DAP的實用性、有效性，闡述未來區塊鏈技術在演出場所大數據管理的應用前景。

【關鍵詞】演出場所;數據匯聚協議;演出控制系統;演出管理系統;物聯網;網關;區塊鏈;大數據

D01：10.3969/j.issn.1674-8239.2021.12.010

Research and Application of Data Aggregation Protocol for Performance Venues

JIANG Yan-bing1，HOU Chun-hai1，2，WANG Cheng3，HU Qi-xing2

（1. Communication University of Zhejiang，Hangzhou Zhejiang 310018，China;

2. Shenzhen SWJockey Science and Technology Co.，LTD.，Shenzhen Guangdong 518000，China;

3. Zhejiang RADIO&TV Group，Hangzhou Zhejiang 310005，China）

【Abstract】A Data Aggregation Protocol （DAP）model，including DAP reference model，operating schedule and data packet defination，is presented for bridging Show Control System （SCS）and Show Management System （SMS）based on IoT （Internet of Things）gateway for performance venues. With the development of SWFusioner intelligent merging system with SWF-GW01 IoT gateway，feasibility and effectiveness for DAP are verified. A perspective block chain technology applications for big data management in future performance venues are illustrated.

【Key Words】performance venues;Data Aggregation Protocol （DAP）;Show Control System（SCS）;Show Management System（SMS）;Internet of Things （IoT）;gateway;block chain;big data

演出場所數據匯聚協議（Data Aggregation Protocol，DAP）研究是演出控制[1]向演出管理演化的基礎性研究，也是物聯網（Internet of Things，IoT）和區塊鏈技術[2]應用于文化和演藝裝備管理的基石。因此，文化和旅游部將演出場所安全數據匯聚協議規范納入標準化研究內容，望建立演出場所燈光系統、機械系統、環境空氣質量系統、特效系統、音響系統、視頻系統、監督及通信系統、舞美裝置系統、演出控制系統等相關數據統一協議規范，將原先獨立于信息化管理之外的演出場所各個獨立子系統和裝備納入大數據管理范疇。通過對演藝裝備的統一數據監測和管理，開發和應用物聯網網關，對演藝裝備的基礎運維數據進行區塊鏈管理，從演出控制提升至演出管理和文化大數據管理[3]，從而大幅度優化和提升對經營團體和演出場所的管理水平。

1橋接演出控制系統與管理系統的數據匯聚協議模型

演出場所的主要功能是服務于演出活動和觀演需求，演出控制（Show Control）統一協調燈光、機械和音響等一系列子系統有序運作，成為演藝專用設備的核心技術活動。目前已經很難考證“演出控制（Show Control）”一詞最早出處，一場演出需要燈光、音響、特效等方面的專業技術人員組成Show Control團隊，統一配合演員完成演出活動，已成為所有各個演出場所的實際存在。1994年，John Huntington在《Control Systems for Live Entertainment〉〉一書中正式給出演出控制系統（Show Control System）和娛樂控制系統（Entertainment Control System）的定義，具體如下。

娛樂控制系統（Entertainment Control System，又稱“ECSs”）：

演出娛樂場所用于專用設備的獨立控制系統，遵循各專業設備的特殊控制要求和規則。如燈光控制、音響控制、視頻控制、索具（或威亞）、煙花特效控制等。一般每個獨立ECS包括一系列的CUEs（表演場景交接轉換）的觸發和控制操作。

演出控制系統（Show Control System，又稱“SCS”）：

應用自動化技術統一連接及協調操作多個ECSs的集中控制系統。使各個獨立ECSs子系統按照文化創意或演出內容要求同時或獨立觸發和控制操作一系列CUEs，達成忠實服務于文化創意和演員藝術表演的功能要求。

按照John Huntington的定義，應用自動化技術的SCS可能在MIDI協議出現以后，把音響系統通過MIDI協議納入自動控制觸發的操作中來。1990年，MIDI Show Control（MSC）標準由USITT（United States Institute for Theater Technology）MIDI Forum創立，1991年，MIDI MA（MIDI Manufacturers Association）正式發布了MSC 1.0標準[4]。隨著人工智能、視頻技術、傳感器、自動控制等信息技術發展，SCS正朝著智能化、集成化和網絡化方向持續演進。

SCS的任務是演出活動時將演藝裝備和技術運用到創作過程中，協調各個ECSs的CUEs觸發和控制操作。SCS的廣泛應用不僅僅局限于CUEs動作幾乎不變的個別秀場、娛樂、主題樂園等場合，通過時間軸、飛CUEs等操作，尤其是視頻效果（如濾鏡、多圖層現場制作、摳像、轉場效果等），使得現場技術人員即興制作CUEs融入藝術創作中。因SCS更側重于現場控制，不能解決演出場所專用設備的操作維護問題，所以要實現演藝裝備和各個ECSs日常在線的運行維護管理，還要借助于演出管理系統（Show Management System，SMS）。當前，國內外演出場所存在無統一數據采集及協議規范、報警和預警信息的數據依據不統一等狀況，迫切需要建立演出場所安全數據匯聚協議規范，將各個子系統的監測數據按照統一的協議規范格式匯聚到各個演出管理系統，實施規范化管理。因此，SMS實現的關鍵則是建立一套可實現演藝裝備物聯網管理的統一數據匯聚接口網關，橋接演藝裝備和各個ECSs到SMS管理節點，如圖1所示。

這些IoT網關可看作演藝裝備和ECSs的物聯網媒介（Agent），可以接入到SMS節點。數據匯聚協議模型如圖2所示，SMS是DAP服務器端，各個IoT網關是DAP 客戶端。SMS可以應用區塊鏈技術，建立演出管理的區塊鏈網絡，并可通過信息分析和數據挖掘等技術抓手，掌控各個演出場所和經營團體管理的全局信息。

2DAP內容研究

數據匯聚協議的研究是演出管理以及未來演藝裝備大數據管理的物聯網應用研究的一部分，內容包括建立DAP參考模型、協議操作程序和協議報文定義三部分。

2.1DAP參考模型

DAP協議參考模型（如圖2所示）定義了三個關聯單元，包括DAP 服務器端、DAP客戶端和演出場所專業設備安全數據接口，DAP服務器端與DAP客戶端通過TCP/UDP協議連接。

DAP服務器端服務于演出場所安全數據匯聚的根節點，也是本地統一數據管理節點;DAP客戶端與DAP服務器端多對一，實現將演出場所專業設備安全數據協議轉換成DAP，并匯聚到DAP服務器端;在DAP客戶端，演出場所專業設備安全數據接口實現接收演出場所相關設備的安全數據，這些設備包括燈光系統、機械系統、環境空氣質量、特效系統、音響系統、視頻系統、監督及通信系統、舞美裝置系統、演出控制系統等。

2.2DAP操作程序

DAP操作（如圖3所示）通過TCP/UDP，采用客戶端/服務器模式進行數據通信。

步驟1：DAP客戶端與DAP服務器端建立連接，由DAP客戶端發起請求連接，DAP服務器端同意連接后，建立連接;

步驟2：DAP客戶端與DAP服務器端之間可以進行雙向通信;

步驟3：當通信結束時，由DAP客戶端發送結束通信請求后，DAP客戶端與DAP服務器端連接結束，并釋放通信端口資源。

2.3DAP報文

協議數據包基本格式如圖4所示，包括數據包頭、數據包內容和數據包尾三大部分。數據包頭包括IP地址、通道數、特征字、操作類型、擴展字和數據內容長度;數據包尾包括校驗位低位和校驗位高位。

數據包采用JSON格式[5]，依據JSON語法規則，DAP數據包基本格式說明如表所示，其書寫的語法規則為：

（1）數據在鍵值對中;

（2）數據由逗號分隔;

（3）花括號保存對象;

（4）方括號保存數組。

3DAP的應用開發

為驗證DAP的實用性、有效性，開發了演出管理的SWFusioner智能融合系統及配套的IoT網關設備SWF-GW01，并應用于浙江國際影視中心，實現2 500 m²、1 200 m²及2個600 m²共4個演播廳的燈光配電、機械吊掛和空氣質量監測等專用設備的環境能源等安全信息進行獲取匯聚、統一分析、規范管理，其系統功能如圖5所示，具體包括以下管理內容。

（1）SWFusioner系統（操作界面如圖6所示）設于影視制作中心二樓中央控制室，實現4個演播廳的燈光配電、機械吊掛和空氣質量在線實時監測及安全報警功能;并對4個演播廳的環境能源數據進行統一分析及處理，具有本地能源管理和報表分析等功能。

（2）各個演播廳安裝協議轉換網關SWF-GW01（如圖7所示），分別對各個演播廳智能機械吊掛、燈光配電和空氣質量監測3個子系統進行數據獲取，并統一匯聚到SWFusioner系統。

（3）借助于浙江廣電現有VPN網絡，實現VPN專線服務，實現蕭山國際影視中心及杭州莫干山路總部的遠程桌面環境能源監管功能。

SWFusioner系統將數字化和網絡化技術成功引入演出管理領域。根據演出管理的產業特點，將異種通信協議規范于演出場所DAP，并在數據信息的處理、傳輸和應用上，挖掘音視頻、燈光、舞臺機械等演藝行業的新型管理模式，以“跨界整合”推動規范化管理。

SWFusioner系統具有較高的安全防范性和可控性，可充分滿足規范管理的要求，操作方便，維護簡單，便于管理。在演出的整個過程中都會實時地提供精確的設備運行狀態參數，供相關舞臺操作人員參考，以便于及時的處理和設置應急預案和措施，或規避相應風險，保證演出的正常安全運行。整個系統的信息處理和傳輸建立在TCP/IP加密隧道技術基礎上，對環境能源安全信息統一管理和維護，即避免了演藝信息丟失的風險，又保證了重要信息的安全性，為將來滿足廣電系統的演播廳專用設備統一區塊鏈管理奠定基礎。

環境能源管理模塊是整個SWFusioner系統的能源分析和展示模塊，有能源分析工具箱、報表生成及管理工具及遠程VPN桌面管理服務三部分，可定制環境能源監控接口、能源管理分析報表、遠程VPN桌面展示等功能。借助于能源分析工具箱，可實現演播廳環境能源數據的過濾、整合、環比、同比以及故障智能預警、報警等功能。

協議轉換網關SWF-GW01是演出場所安全數據匯聚協議轉換網關，支持調光柜、環境監測和機械承重設備的集中參數收集、緩存和轉發功能，可設定接入設備使用的協議，并將安全數據轉換為統一DAP匯聚到中心數據庫，以滿足演出場所IoT管理需求。

4未來演出管理的區塊鏈應用

區塊鏈技術是比特幣系統的底層核心技術，作為一種去中心化數據庫技術，其開放式、扁平化、平等性、不具備強制性的中心控制的系統結構已應用到眾多領域[6]。區塊鏈技術不僅僅解決信任問題，其去中心化、透明性、公平性以及公開性與面向演藝裝備和ECSs運行維護的演出管理物聯網理念相吻合，其在演出管理的應用也將進一步推動演藝文化大數據管理架構的建設。

區塊鏈技術的特點與演出管理物聯網理念在一定程度上具有相似性，如表2所示，具體敘述如下。

（1）區塊鏈和演出管理物聯網都體現了去中心化的思想。區塊鏈系統中，不存在中心化的數據庫，每個節點都保存了區塊鏈的全部信息，權利和義務對等;演出管理物聯網中分布式演出場所演藝裝備和ECSs將成為重要的組成部分，各個演出場所的演出活動平等且分散，產生的運行維護數據可以平等分享。

（2）區塊鏈和演出管理物聯網都體現了自治協同性。區塊鏈系統由網絡中的所有節點運行和維護，不存在統一的管理機構;在演出管理物聯網中強調演出控制系統的自調度和生態化運行。

（3）區塊鏈和演出管理物聯網都能夠信息可追溯。利用區塊鏈技術能夠建立公平開放的安全運行管理機制，同時各個演出管理節點可以很好地分享大數據分析的共性信息，提升安全運行管理水平。

（4）區塊鏈和演出管理物聯網都具有自動化特征。區塊鏈系統可以通過智能合約來實現合同執行的自動化和智能化;演出管理物聯網將存在大量的設備運行維護信息，以及ECSs的自動執行的CUEs信息。

因此，構建如圖8所示的基于區塊鏈技術的演出管理物聯網，不但發揮區塊鏈去中心化架構的技術優勢，也為未來演出場所大數據管理應用提供必要的技術和管理手段。

該基于區塊鏈技術的演出管理物聯網系統具有如下特點。

（1）調度運行去中心化。區塊鏈使多個演出管理系統之上不需存在統一的機構進行調度管控，通過IoT網關SWF-GW01將演出場所不同ECSs和演藝裝備的運行維護信息共享于多個演出管理運行區塊鏈，多ECSs系統中每個個體都能夠通過所在地區的不同SCS和SMS信息進行自調度決策，優化自身設備管理和維護。

（2）數據具有保密性與可靠性。不同SMS系統內的信息是私有信息，這些信息通過公鑰加密后上傳拷貝的方式確保信息傳遞的保密性;而系統SMS節點信息是共有信息可以被公開查詢，區塊鏈分布式賬本的存儲方式能夠保證節點運行維護信息的真實可靠，不易被篡改，進而具有公正性。

（3）共享全局信息分析和規范化數據管理服務。通過運行于區塊鏈之上的信息分析和大數據挖掘平臺，可以使各個子系統共享全局信息分析和規范化數據管理服務。這些服務借助區塊鏈技術，將大大增加共享信息的傳播和應用效率，包括但不限于演藝裝備的綜合評價、演出場所管理評價及對標管理、演出團體管理評價及對標管理等。

雖然目前區塊鏈應用還處于探索階段，但隨著文化大數據應用的布局和展開，未來區塊鏈技術可擴展至包括各種演出場所管理信息、演出裝備操作維護數據、演出信息、建筑信息和其他相關信息。這些演出場所的數據匯聚起來，將形成文化演出相關的大數據。通過信息分析和服務平臺的全局建設，按照數據成熟度DMM[7]等先進數據管理模型要求，結合演出場所的典型數據，應用大數據技術可為經營團體和演出場所提供包括但不限于如下服務。

（1）演藝裝備的操作和維護：如結合同類型設備的操作和維護綜合評價，可為演出場所管理推薦設備維護和更換時間、就近可替換設備優質供應商、結合演出排期關注重點設備運行、設備預警及報警閾值自動設定或調整等。

（2）演出場所標準化管理：結合演出場所的各類數據及信息的模型化分析，可給出相似類型的演出場所的能源消耗、觀眾類別及出席人數、安全評價等綜合指標并實施對標管理。

（3）演出團體標準化管理：結合演出場所管理，可建立演出相似節目的能源消耗和安全評價的動態指標，并對演出團體實施對標管理評價。

（4）政府主管部門的決策支撐：通過綜合數據分析，可為主管機構提供如新建演出場所的能耗預測、票務狀況預測和效益分析等服務;對既有演出場所提供綜合評價等服務。

5總結

演出場所數據匯聚協議是實現演出控制和演出管理系統信息交換的橋梁，其研究是物聯網和區塊鏈技術應用于文化和演藝裝備管理的先決條件?；谘莩鰣鏊鶖祿R聚協議開發和應用案例研究，以及詳細分析區塊鏈技術與演出管理物聯網理念的相似性，建立基于區塊鏈技術的演出管理物聯網架構，證明實現運行維護規范大數據管理服務是可行的和必要的。未來區塊鏈技術可擴展至包括各種演出場所管理信息、演出裝備操作維護數據、演出信息、建筑信息和其他相關信息，更好地發揮區塊鏈技術優勢，共享全局信息分析和規范化數據管理服務，從而進一步提升各種演出場所的綜合管理能力。

參考文獻：

[1] John Huntington. Show Networks and Control Systems：Formerly Control Systems for Live Entertainment[M]. Zircon Designs Press，USA，2012.

[2] Satoshi Nakamoto. Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System[EB/OL]. http：//www.bitcoin.org/bitcoin.pdf，2009.

[3]侯春海等.未來演出場所大數據應用架構的探索[J].演藝科技，2018（11）：36-41.

[4] MIDI Manufacturers Association. MIDI SHOW CONTROL （MSC）1.0—MIDI 1.0 Recommended Practice RP-002[Z]. 1991.

[5] The JSON Data Interchange Syntax. Standard ECMA- 404-2017.

[6]張寧等.能源互聯網中的區塊鏈技術：研究框架與典型應用初探[J].中國電機工程學報，2016，36（15）：4011- 4022.

[7] CMMI Institute. CMMI institute data management maturity model v1.0[Z]. 2014.