應(yīng)用NAS構(gòu)建高可用分層電視臺(tái)播出存儲(chǔ)系統(tǒng)

孫祥軍

【摘要】存儲(chǔ)系統(tǒng)是電視臺(tái)硬盤(pán)播出系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系到整個(gè)播出系統(tǒng)安全高效的運(yùn)行。本文主要從播出系統(tǒng)分層存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)建方式、關(guān)鍵技術(shù)以及發(fā)展趨勢(shì)等方面介紹NAS存儲(chǔ)在廣電播出系統(tǒng)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】NAS分層存儲(chǔ)（HSM）高可用播出系統(tǒng)

一、應(yīng)用NAS技術(shù)構(gòu)建高可用分層廣電播出存儲(chǔ)系統(tǒng)

1、廣電播出系統(tǒng)現(xiàn)狀

伴隨著標(biāo)清向高清的發(fā)展，播出系統(tǒng)的頻道數(shù)量也日益增多，視頻服務(wù)器本地硬盤(pán)越來(lái)越難以滿(mǎn)足播出系統(tǒng)存儲(chǔ)的需要，并帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

2、當(dāng)前廣電播出系統(tǒng)的問(wèn)題

在傳統(tǒng)硬盤(pán)播出系統(tǒng)中，視頻服務(wù)器直接存儲(chǔ)視頻文件，只有一級(jí)存儲(chǔ)，這種架構(gòu)的主要問(wèn)題有：存儲(chǔ)量低，按照主流的高清素材碼率（50Mb/s）計(jì)算，每個(gè)視頻服務(wù)器本地需要至少10TB的有效空間。視頻服務(wù)器本地硬盤(pán)配置數(shù)量有限，無(wú)法適應(yīng)播出系統(tǒng)高清化的大容量存儲(chǔ)需求；共享性差，數(shù)據(jù)調(diào)用不靈活、不同播出服務(wù)器的數(shù)據(jù)共享比較復(fù)雜。如同一個(gè)節(jié)目在不同頻道中播出，就需要從一臺(tái)視頻服務(wù)器遷移至對(duì)應(yīng)頻道的主備視頻服務(wù)器中，會(huì)使某臺(tái)視頻服務(wù)器成為數(shù)據(jù)熱點(diǎn)，影響播出素材的遷移效率；存儲(chǔ)空間資源浪費(fèi)。在視頻服務(wù)器之間存在大量的重復(fù)文件，存儲(chǔ)空間資源利用率低；數(shù)據(jù)保護(hù)不完善安全性較低。傳統(tǒng)的硬盤(pán)播出系統(tǒng)。數(shù)據(jù)只有一份保存在視頻服務(wù)器本地中，若播出服務(wù)器硬盤(pán)故障，數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)丟失等問(wèn)題，文件沒(méi)有備份，一旦出現(xiàn)問(wèn)題數(shù)據(jù)的損壞都是不可恢復(fù)的，造成的損失也不可估量。

3、應(yīng)用NAS構(gòu)建高可用分層存儲(chǔ)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

引入具備高可用、高共享性的網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（NAS，Network Attache Storage）做為播出系統(tǒng)的二級(jí)存儲(chǔ)，與視頻服務(wù)器本地存儲(chǔ)形成分級(jí)、分層的存儲(chǔ)體系，播出系統(tǒng)所有頻道的素材在NAS二級(jí)存儲(chǔ)中，提前一天將需要播出的素材由二級(jí)存儲(chǔ)遷移至視頻服務(wù)器本地，大大節(jié)約了視頻服務(wù)器的本地存儲(chǔ)空間，提高了視頻服務(wù)器的穩(wěn)定性。播出NAS二級(jí)存儲(chǔ)具有極高的安全性、穩(wěn)定性和共享性，其文件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)均集成于控制器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)模塊化、高集成度的一體化存儲(chǔ)，無(wú)單點(diǎn)故障，簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，解決了傳統(tǒng)的硬盤(pán)播出系統(tǒng)中遇到的視頻服務(wù)器本地磁盤(pán)空間存儲(chǔ)量低、共享性差、存儲(chǔ)資源重復(fù)浪費(fèi)率高、數(shù)據(jù)保護(hù)不完善等問(wèn)題。

二、分層存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)建方式

應(yīng)用NAS技術(shù)的二級(jí)存儲(chǔ)，提供播出服務(wù)器近線存儲(chǔ)功能、向視頻服務(wù)器傳送媒體素材以及二級(jí)存儲(chǔ)媒體素材周期管理功能，與視頻服務(wù)器本地存儲(chǔ)形成二層的存儲(chǔ)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)播出素材的數(shù)據(jù)冗余保護(hù)，分級(jí)分層管理，提高播出系統(tǒng)的安全性。

NAS二級(jí)存儲(chǔ)的高可用性能保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性，其實(shí)現(xiàn)的一大關(guān)鍵就是冗余策略，下圖是播出兩層存儲(chǔ)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，主備N(xiāo)AS存儲(chǔ)盤(pán)陣可以保證數(shù)據(jù)的有效性，主存儲(chǔ)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，播出系統(tǒng)也可以隨時(shí)從備存儲(chǔ)中讀取數(shù)據(jù)，其高可用性能突破了本地存儲(chǔ)容量的限制，并且能靈活調(diào)度，隨時(shí)讀取，確保數(shù)據(jù)安全性，保證了播出系統(tǒng)的業(yè)務(wù)連續(xù)性。

基于以太網(wǎng)絡(luò)的NAS二級(jí)存儲(chǔ)推薦使用已經(jīng)發(fā)展成熟萬(wàn)兆高速以太網(wǎng)，在提升網(wǎng)絡(luò)性能的同時(shí)可以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性、多業(yè)務(wù)融合能力與自適應(yīng)能力，具有高度的技術(shù)成熟度，高性能以太網(wǎng)勢(shì)必成為今后以太網(wǎng)發(fā)展的主導(dǎo)方向。

1、分層存儲(chǔ)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流程

播出系統(tǒng)由上載、編單審核、自動(dòng)技審、視頻服務(wù)器、二級(jí)存儲(chǔ)等模塊組成。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流程的核心是二級(jí)存儲(chǔ)，所有的數(shù)據(jù)都通過(guò)二級(jí)存儲(chǔ)共享給其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用，下圖是播出系統(tǒng)內(nèi)部業(yè)務(wù)流程圖：

主要的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流程有：

a）上載工作站采集素材，提交素材到NAS二級(jí)存儲(chǔ)；b）人工審核工作站對(duì)二級(jí)存儲(chǔ)中的素材進(jìn)行人工審

c）自動(dòng)技審工作站對(duì)二級(jí)存儲(chǔ)中的素材進(jìn)行自動(dòng)技審；

d）通過(guò)FTP方式，將二級(jí)存儲(chǔ)中的素材提交至播出主二級(jí)存儲(chǔ)；

e）通過(guò)FTP方式，將二級(jí)存儲(chǔ)中的素材提交至播出備二級(jí)存儲(chǔ)；

f）主備二級(jí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)同步，保證主備數(shù)據(jù)完全冗余備份。

由上述流程可以看出，視頻服務(wù)器與NAS存儲(chǔ)的分層存儲(chǔ)架構(gòu)為播出系統(tǒng)提供了完整的存儲(chǔ)解決方案，二級(jí)存儲(chǔ)做為存儲(chǔ)系統(tǒng)的樞紐，連接了上載工作站與視頻服務(wù)器，保證了素材的播出。與視頻服務(wù)器本地硬盤(pán)的封閉性相比，二級(jí)存儲(chǔ)的開(kāi)放性和共享性為數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)提供了接口，如自動(dòng)技審，可以完成對(duì)二級(jí)存儲(chǔ)上素材的自動(dòng)化技術(shù)審查，大大提高了工作效率。

2、分層存儲(chǔ)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

分層存儲(chǔ)系統(tǒng)適應(yīng)了播出系統(tǒng)IT化的發(fā)展趨勢(shì)，NAS存儲(chǔ)在播出系統(tǒng)存儲(chǔ)的主要應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)如下：

隨著播出系統(tǒng)的碼率逐漸增大，隨著標(biāo)清、高清、3D、4K等標(biāo)準(zhǔn)的逐步升級(jí)，對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)容量的要求會(huì)越來(lái)越大，視頻服務(wù)器本地已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足需求。NAS存儲(chǔ)是企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)架構(gòu)，可以將多套NAS存儲(chǔ)做為集群，形成云存儲(chǔ)平臺(tái)，提供幾十PB的海量存儲(chǔ)空間。NAS存儲(chǔ)運(yùn)行自己的操作系統(tǒng)，不要求特定的客戶(hù)端支持，即可供Windows、UNIX、Linux、Mac等操作系統(tǒng)的訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)各操作平臺(tái)間的無(wú)縫數(shù)據(jù)共享。NAS存儲(chǔ)基于以太網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)管理。NAS存儲(chǔ)做為數(shù)據(jù)核心存儲(chǔ)，可以同時(shí)向多臺(tái)視頻服務(wù)器進(jìn)行素材的同步遷移，不限制視頻服務(wù)器平臺(tái)，具有良好的系統(tǒng)兼容性，大大提高了播出系統(tǒng)的素材傳輸效率。優(yōu)化存儲(chǔ)空間，減少重復(fù)數(shù)據(jù)。播出素材管理系統(tǒng)將所有的素材均配置唯一的文件標(biāo)識(shí)，通過(guò)統(tǒng)一的播出NAS二級(jí)存儲(chǔ)，可以有效的管理本頻道內(nèi)及不同頻道間的重播節(jié)目素材，同樣的素材只保留一份，不會(huì)浪費(fèi)二級(jí)存儲(chǔ)的空間，提高了存儲(chǔ)空間使用率。多重保護(hù)機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的安全。NAS存儲(chǔ)所有關(guān)鍵部件均冗余，通過(guò)RAID、熱備盤(pán)（Hotspare）技術(shù)進(jìn)行物理層面的數(shù)據(jù)保護(hù)，通過(guò)快照技術(shù)進(jìn)行邏輯層面的數(shù)據(jù)備份保護(hù)，可以避免因硬盤(pán)損壞、人為誤刪除等造成的數(shù)據(jù)丟失。

定制數(shù)據(jù)調(diào)度策略數(shù)據(jù)調(diào)度策略目的在于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)訪問(wèn)，做到對(duì)存儲(chǔ)的分級(jí)使用調(diào)度。數(shù)據(jù)調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)方法有：（1）根據(jù)不同頻道的重要程度進(jìn)行調(diào)度策略的配置，頻道遷移有先后順序；（2）根據(jù)播出節(jié)目單時(shí)間先后，對(duì)播出素材進(jìn)行遷移。（3）緊急節(jié)目從上載直接遷移到視頻服務(wù)器，待播出后業(yè)務(wù)不繁忙時(shí)，再?gòu)囊曨l服務(wù)器遷回二級(jí)存儲(chǔ)。

不同優(yōu)先級(jí)的頻道可以構(gòu)架在帶寬差異的存儲(chǔ)上，如高清頻道建設(shè)在高性能SAS盤(pán)上，標(biāo)清建設(shè)在相對(duì)性能較低的SATA盤(pán)，已保證高清素材的傳輸效率等，做到資源設(shè)備的合理利用，充分的實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的分級(jí)使用。

三、應(yīng)用NAS技術(shù)的高可用分層廣電播出存儲(chǔ)符合當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)在的數(shù)字電視硬盤(pán)自動(dòng)播出系統(tǒng)以二級(jí)存儲(chǔ)為核心，以NAS構(gòu)建的高可用分層廣電播出存儲(chǔ)系統(tǒng)可以滿(mǎn)足廣電的全新硬盤(pán)播出需求，目前播出系統(tǒng)以全硬盤(pán)播出為主的方式播出，播出系統(tǒng)發(fā)展需要充分考慮安全性、先進(jìn)性、兼容性、可擴(kuò)展性。

（a）安全性是確保設(shè)備的安全穩(wěn)定的前提，一是采用成熟的技術(shù)和高質(zhì)量的設(shè)備；二是對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備要考慮容錯(cuò)及備份措施。

（b）先進(jìn)性，系統(tǒng)中的存儲(chǔ)設(shè)備必須具備技術(shù)領(lǐng)先性，采用最新的存儲(chǔ)應(yīng)用技術(shù)。

（c）兼容性，全硬盤(pán)播出建設(shè)的核心———二級(jí)存儲(chǔ)，兼容目前電視臺(tái)所有視頻服務(wù)器主流品牌操作系統(tǒng)，具備良好的數(shù)據(jù)共享性，全硬盤(pán)播出上下兼容建設(shè)要求。

（d）擴(kuò)展性，采用模塊化設(shè)計(jì)和靈活的系統(tǒng)配置方式，未來(lái)幾年電視臺(tái)增加頻道無(wú)需更換存儲(chǔ)設(shè)備，通過(guò)擴(kuò)充硬盤(pán)或更換控制器提升性能和容量，做到系統(tǒng)的平穩(wěn)過(guò)渡。

以NAS構(gòu)建的高可用分層廣電播出存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠做到在高可靠性、大容量存儲(chǔ)、及高帶寬的要求下，憑借其N(xiāo)AS先進(jìn)的體系架構(gòu)，可以很好地滿(mǎn)足播出系統(tǒng)的上述需求，并且實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高可用性。

四、結(jié)束語(yǔ)

從IT行業(yè)的現(xiàn)狀分析，目前已經(jīng)進(jìn)入以存儲(chǔ)為核心的階段，因此存儲(chǔ)系統(tǒng)就顯得尤為重要。無(wú)論從數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)、高性能訪問(wèn)、高可用性、可管理性，還是從硬件投資保護(hù)和管理維護(hù)成本考慮，NAS存儲(chǔ)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，而且NAS存儲(chǔ)在硬盤(pán)播出系統(tǒng)與電視臺(tái)內(nèi)部其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通起到了緩沖的作用，減弱了播出視頻服務(wù)器與其他系統(tǒng)的直接聯(lián)系，給硬盤(pán)播出系統(tǒng)帶來(lái)了更高的安全性、更快的性能和更大的靈活性。