李婉紅

(天津廣播電視臺(tái) 天津300072)

天津電視臺(tái)在全臺(tái)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)下，為滿足高清節(jié)目的后期編輯制作要求，需要構(gòu)建一個(gè)以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、高清化為基礎(chǔ)的生產(chǎn)業(yè)務(wù)處理平臺(tái)。后期編輯網(wǎng)絡(luò)的要求是高效、穩(wěn)定、高配置、大容量，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多軌DNxHD 120 Mbit/s格式素材1∶1無(wú)壓縮的實(shí)時(shí)編輯，以及便于日后對(duì)存儲(chǔ)體擴(kuò)容，而且在編輯中保持系統(tǒng)穩(wěn)定。Avid Unity ISIS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用了可以支持分布式智能環(huán)境架構(gòu)的無(wú)限伸縮性智能存儲(chǔ)解決方案(Infinitely Scalable Intelligent Storage，即：ISIS)，意即：該系統(tǒng)是可以無(wú)限擴(kuò)充的，帶寬、容量線性增長(zhǎng)，可以支持超大規(guī)模的存儲(chǔ)共享。該方案恰好滿足了我們的多種需求。

1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

Avid Unity ISIS是基于純以太網(wǎng)技術(shù)的媒體共享網(wǎng)絡(luò)，它應(yīng)用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的萬(wàn)兆以太網(wǎng)，采用開放式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)底層設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)。與光纖通道存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)(FC SAN)相比，Avid Unity ISIS有許多不同。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)(SAN)采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，光纖通道用于數(shù)據(jù)傳輸，而以太網(wǎng)用于命令與控制通信。Avid Unity ISIS則僅利用以太網(wǎng)就傳輸了所有的數(shù)據(jù)。使用純以太網(wǎng)架構(gòu)的Avid Unity ISIS能大大簡(jiǎn)化客戶端與共享存儲(chǔ)的連接。簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而節(jié)約不少成本。

天津廣播電視臺(tái)Avid高清非編制作網(wǎng)采用萬(wàn)兆核心/千兆邊緣以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，硬件系統(tǒng)主要由ISIS中央存儲(chǔ)系統(tǒng)(5組ISIS存儲(chǔ)引擎，16,T×5＝80,TB)、2臺(tái)System Director文件管理服務(wù)器、2臺(tái)Interplay Engine非線性工作流引擎服務(wù)器、Interplay Media Indexer索引服務(wù)器、Lookup服務(wù)器、萬(wàn)兆以太網(wǎng)交換機(jī)、高碼流精編工作站(Media Composer，Avid Symphony Nitris DX)組成。

在Avid網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下，高清實(shí)體文件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Avid ISIS共享存儲(chǔ)上，通過(guò)System Director服務(wù)器進(jìn)行管理，而數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在Interplay Engine集群服務(wù)器上，二者之間通過(guò)Media Indexer服務(wù)器提供指針服務(wù)，進(jìn)行索引，各個(gè)服務(wù)器分工明確，協(xié)調(diào)合作。系統(tǒng)拓樸結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 天津電視臺(tái)Avid高清網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFig.1 Network topology of Tianjin TV Station Avid HD Network

2 UnityISIS共享存儲(chǔ)構(gòu)造及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式

高清節(jié)目的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)直接影響著電視臺(tái)后期節(jié)目制作網(wǎng)的性能及工作效率，所以AVID的存儲(chǔ)方式在高清制作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中顯得尤為重要。

每個(gè)Avid Unity ISIS引擎包含16個(gè)存儲(chǔ)單元(ISIS Storage Blade，即ISB)，每個(gè)存儲(chǔ)單元由一對(duì)相同容量的SATA硬盤及中央處理器(CPU)構(gòu)成。每個(gè)存儲(chǔ)單元內(nèi)的電路板上固化了一個(gè)基于Linux的嵌入式微內(nèi)核。由此可見，每個(gè)ISB不僅僅是存儲(chǔ)單元，而且是小型刀片式存儲(chǔ)服務(wù)器，可通過(guò)Web形式直接控制每一個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行設(shè)置和故障排查。

Unity ISIS引擎交換背板分為ISS和IXS，每個(gè)ISS上有左右各8個(gè)網(wǎng)口，CX4接口用來(lái)連接2個(gè)盤箱，1個(gè)萬(wàn)兆光口。IXS上有多個(gè)CX4接口，是級(jí)聯(lián)交換背板。

ISIS引擎實(shí)際上是圍繞一個(gè)真正的實(shí)時(shí)分布式64位文件系統(tǒng)來(lái)搭建的。該分布式系統(tǒng)的應(yīng)用，使網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)能力和管理系統(tǒng)的處理能力同時(shí)得到增強(qiáng)。

每個(gè)存儲(chǔ)引擎Avid ISIS Engine內(nèi)的16個(gè)存儲(chǔ)單元可以在各自處理媒體資源的同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，并且支持與存儲(chǔ)設(shè)備相連的全部工作組之間的聯(lián)合工作流程。而且數(shù)據(jù)的讀寫由每塊存儲(chǔ)單元(ISB)上的CPU控制完成，不再像傳統(tǒng)方式那樣，依靠MDC服務(wù)器或RAID控制器來(lái)完成。當(dāng)系統(tǒng)存儲(chǔ)量巨大，存儲(chǔ)硬盤很多的時(shí)候，MDC服務(wù)器和RAID控制器將成為數(shù)據(jù)讀取的瓶頸。Avid ISIS的智能分布式文件系統(tǒng)能消除大容量存儲(chǔ)時(shí)Medadata數(shù)據(jù)管理的瓶頸，使速度大大提高。

每個(gè)Avid ISIS引擎都能提供高達(dá)300,MB/s的可用帶寬，每一個(gè)Avid ISIS引擎直接連接到集成的以太網(wǎng)絡(luò)，增加ISIS引擎，帶寬和存儲(chǔ)量也都隨之線性增加，即可實(shí)現(xiàn)高效的帶寬和可用性能的線性擴(kuò)展。因此，Avid Unity ISIS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備不但完全滿足了目前天津電視臺(tái)高清節(jié)目后期制作的要求，而且為今后的系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)容提供了很大余地。

3 存儲(chǔ)系統(tǒng)的冗余保護(hù)和數(shù)據(jù)重建機(jī)制

Avid Unity ISIS采用一種改進(jìn)的鏡像級(jí)別用于媒體數(shù)據(jù)的保護(hù)。在ISIS存儲(chǔ)單元中，任何一個(gè)數(shù)字媒體文件都會(huì)被分散成數(shù)據(jù)塊(512,kbyte的chunk)，存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)體和不同的存儲(chǔ)單元中。數(shù)據(jù)的鏡像拷貝也采用隨機(jī)形式，每份數(shù)據(jù)的副本隨機(jī)分發(fā)到ISIS內(nèi)的其他存儲(chǔ)單元中，而不是存儲(chǔ)到某一塊固定的鏡像硬盤，避免了傳統(tǒng)RAID-1中，系統(tǒng)集中訪問某塊硬盤的可能性。

在使用傳統(tǒng)RAID時(shí)，使用者需要對(duì)出現(xiàn)故障的硬盤立即進(jìn)行替換，但是如果沒有備用硬盤的話，這段時(shí)間內(nèi)，部分?jǐn)?shù)據(jù)要通過(guò)校驗(yàn)后產(chǎn)生，系統(tǒng)性能降低。為了解決這個(gè)問題，需要從所有硬盤中，預(yù)留一塊或幾塊硬盤作為Spare硬盤。傳統(tǒng)的RAID-5、RAID-3子系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)重建到一塊替換硬盤或一塊熱備份硬盤時(shí)，由于RAID系統(tǒng)沒有對(duì)文件系統(tǒng)的可見性，因此當(dāng)RAID系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)重建時(shí)必須對(duì)硬盤當(dāng)中的每一個(gè)數(shù)據(jù)塊和讀寫區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，這將是一個(gè)漫長(zhǎng)的數(shù)據(jù)恢復(fù)過(guò)程。并且對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的I/O負(fù)載是一個(gè)重大負(fù)擔(dān)，尤其是RAID-5和RAID-3系統(tǒng)，將取決于它的數(shù)據(jù)I/O通道數(shù)量。

而使用Avid Unity ISIS系統(tǒng)，當(dāng)一個(gè)Avid存儲(chǔ)刀片壞了，System Director就會(huì)馬上廣播重構(gòu)信息，每一個(gè)Avid ISIS的存儲(chǔ)刀片收到信息后獨(dú)立確定自己是否保存有壞刀片上的備份數(shù)據(jù)。如果有，存儲(chǔ)刀片就將這些數(shù)據(jù)復(fù)制到系統(tǒng)存儲(chǔ)的另一個(gè)地方，生成新的鏡像備份。這就是ISIS系統(tǒng)在剩余硬盤中重新分配數(shù)據(jù)的功能，它不再需要單獨(dú)將一塊或幾塊硬盤作為Spare磁盤備用，利于磁盤利用率的提高。

而且ISIS系統(tǒng)內(nèi)的客戶端在讀寫存儲(chǔ)單元上的數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷出互為鏡像的兩個(gè)數(shù)據(jù)塊，哪個(gè)存儲(chǔ)單元上數(shù)據(jù)塊的讀寫速度快一些，然后選擇速度快的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行讀寫，從而使系統(tǒng)在整體上獲得最佳的負(fù)載平衡。

這樣將安全隱患進(jìn)行分解，有效提高了安全等級(jí)(見圖2)。

圖2 路由器分發(fā)數(shù)據(jù)性能模型Fig.2 Data Distribution Performance Model

ISIS系統(tǒng)使用了一個(gè)智能的并行處理方式，同時(shí)可使參與數(shù)據(jù)鏡像的各個(gè) ISB并發(fā)進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)和重建，這樣將大大提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)的重建效率。

ISIS的數(shù)據(jù)重新分配系統(tǒng)比傳統(tǒng)的Raid系統(tǒng)要快得多。ISB數(shù)據(jù)越多，數(shù)據(jù)重新分配處理越快，避免了傳統(tǒng)重建方式單塊硬盤的瓶頸。

4 存儲(chǔ)系統(tǒng)的管理與監(jiān)控

文件管理服務(wù)器(System Director)負(fù)責(zé)管理所有硬盤陣列，提供基于軟件的冗余保護(hù)(Avid Unity Raid)。對(duì)于數(shù)據(jù)I/O傳輸而言，SD僅僅參與文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)在客戶端和存儲(chǔ)系統(tǒng)之間的傳輸，真正數(shù)據(jù)傳輸在客戶端與ISB之間直接進(jìn)行。System Director提供文件索引，客戶端讀取這個(gè)索引后就能獲得相關(guān)文件的訪問權(quán)，然后通過(guò)算法找到并讀取該文件?？蛻舳双@得訪問權(quán)后就不再反復(fù)與System Director進(jìn)行通信了。因此System Director與傳統(tǒng)光纖SAN結(jié)構(gòu)中的元數(shù)據(jù)服務(wù)器(MDC)是有很大區(qū)別的。

每臺(tái)System Director服務(wù)器設(shè)置2塊硬盤作為主存儲(chǔ)區(qū)域的冗余硬盤，采用RAID-1的方式，互為鏡像，在遇到數(shù)據(jù)硬盤壞損的情況下，以自動(dòng)或手動(dòng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)重建。兩臺(tái)服務(wù)器做成主備的雙機(jī)熱備模式(Active/Standby)，而且每臺(tái)System Director都是通過(guò)兩條千兆以太網(wǎng)線分別連接到ISIS Engine的分屬兩個(gè)不同VLAN的交換刀片上，使得ISIS系統(tǒng)完全不存在單點(diǎn)故障隱患(見圖3)。

圖3 雙機(jī)熱備模式圖Fig.3 Active/Standby

SystemDirector正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)SD其中一臺(tái)為Active狀態(tài)，另一臺(tái)為Standby狀態(tài)。兩臺(tái)System Director之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的以太網(wǎng)心跳線互連，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。一個(gè)正常工作，同時(shí)另一個(gè)在線熱備，如果Active SD出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)在10,s內(nèi)切換到另一臺(tái)Standby SD上。

另外該心跳連接還被用來(lái)不斷地在工作一方和后備一方傳輸Avid Unity ISIS系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)，使后備一方與工作一方的數(shù)據(jù)保持一致性，這些都大大提高了系統(tǒng)的安全性。

天津電視臺(tái)AVID高清非編制作網(wǎng)自投入使用以來(lái)，完成了各頻道多個(gè)自制欄目，如《藝品藏拍》《食全食美》《男人世界》《家居大變身》等等以及歷年春晚等大型晚會(huì)類節(jié)目的制作，這些節(jié)目的共同點(diǎn)是時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)，素材量大，多軌無(wú)壓縮實(shí)時(shí)編輯，特技制作包裝復(fù)雜。從運(yùn)行情況來(lái)看，Avid Unity ISIS高清制作網(wǎng)確實(shí)高效、穩(wěn)定，并具備極高的數(shù)據(jù)安全性，管理系統(tǒng)操作方便，功能強(qiáng)大，為電視高清制作網(wǎng)絡(luò)提供了非常好的存儲(chǔ)解決方案。

[1]Avid Unity ISIS system suppo- 422 media services[EB/OL].[2011-01-15](2017-12-02). http://community.Avid.corn/forums/t/76184.aapx.

[2]毛敏. Avid Unity ISIS非編制作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)[J]. 電視技術(shù)，2012，36(6)：62-63.

[3]陳鴻. 高清AVID網(wǎng)的ISIS存儲(chǔ)方式[J]. 科技傳播，2012(9)：201.