一 . 前言

近年来随着电视播出数字化的不断发展,存储设备在各家电视台播出系统中的应用越来越广泛;同时,一方面为了满足自己日益增长的节目量的需求,另一方面为了保障电视节目安全播出,各家电视台对存储设备的要求也不断提高,主要体现在读写带宽、容量扩展、数据安全几个方面。这同时也是其他存储用户对存储设备的要求。正是在这种需求环境下,各个存储体厂商相继开发了多种新型的存储设备,以满足客户的需求,MediaGrid也就应运而生。MediaGrid是一种新型的网格存储系统,我台电视播控中心在2010年新系统改造项目中选用了一套MediaGrid作为播出二级存储,主要是考虑到了以下三点:①与我们视频服务器MediaDeck的耦合性,两者都属同一生产厂家,设备之间的交互性可能会更好一点。②我们现有的机柜空间不大,而MediaGrid存储系统十分小巧;③作为网格存储在理论上所具有的性能优势。

二. MediaGrid系统工作原理介绍

MediaGrid是一种新型的网格存储系统,主要由ContentDirector、ContentServer、ContentManager、网络交换机四部分组成。其中ContentDirector类似于传统存储设备的控制器,是整个系统的调度中心,通过其运行的一些服务程序来控制、管理ContentServer上所有文件的读写操作。在进行写入数据时,客户端首先向ContentDirector发出写入请求,ContentDirector会根据各个ContentServer的负载和容量情况,为客户端动态分配目标存储节点的指针,这将保证系统带宽和存储方面的负载均衡。同样,在读取操作中,ContentDirector 根据相似的规则,为客户端提供读取性能最优的ContentServer地址列表,获取数据地址后,客户端直接访问ContentServer。

ContentServer是系统中的存储节点,是一个智能的存储设备。一条完整的素材文件经切片后形成若干素材切片,ContentServer存储这些素材切片,同时负责监控、管理存储于其内的素材切片。值得一提的是,存储节点内保存的所有素材切片的份数是由“复制因子”决定的,复制因子的最小值是2,即存储系统内每条素材切片至少保存双份,交叉保存在不同的存储节点上。用户可根据需要自己设定复制因子的数目,可以设定一个统一的值,也可根据某个数据文件的重要性来单独设定。

ContentManager是装载于系统管理机上的一个简单易用的窗口程序,用于设定、查看和更改存储系统中的文件的属性、目录、访问权限和复制因子等。

网络交换机是整个存储系统内设备之间以及系统与外部客户端进行通信的核心机器,为了整个系统的通信安全,系统内部的网络交换机必须划分3 个Vlan,一个作系统内部的公网用,负责ContentDirector与ContentServer、以及所有ContentServer之间相互通信。另一个用作系统内部两台ContentDirector之间的私网,这是因为两台ContentDirector之间是负载均衡及冗余的关系,需要通过单独的Vlan做交互,决定由谁来做主。这个私网是一个令牌环网,获得令牌的ContentDirector就负责控制整个存储系统的工作。还有一个Vlan则接入客户核心交换机,负责系统与外部客户端的通信;值得注意的是,为了保证系统与外部客户端之间的通信正常,这个Vlan必须由交换机万兆口构成。

三. 贵州广播电视台MediaGrid系统的构建

1. 容量需求分析

视频服务器本身在线存储的容量有限且不易扩展,为了节目在短期需要重播时,不再浪费人力多次重复上载,我们将节目保存在二级存储上,这样对一些需要长期保存的素材、短期需要重播的素材及需要多频道播出的素材的管理都显得十分方便。

我台现有13个电视频道,新的播出系统负责其中8个频道的播出。这8个频道中有6个频道是全天24小时无缝播出,有2个数字频道每天的节目量大约都是18个小时,那么新播出系统中每天的节目量大约是180小时。又因为我台采用的视频码率是15Mbps,所以每小时节目量需要的存储空间大约是:15÷8×3600=6750MB,也就是约7GB,那么每天的节目量所需的存储空间在1.2TB左右。我们设定的策略是所有素材在二级存储上保存的时间是15天,那么需要的存储空间是18TB;另外,又考虑到每个频道都有一些需要长期保存的节目以及对存储空间的利用率不可能达到100%这两个因素,播出二级存储的有效容量需要在20T以上。

2. MediaGrid系统架构

一套完整的MediaGrid硬件设备包含一台网络交换机、两台ContentDirector以及若干台ContentServer;ContentServer的型号及数量可根据各个电视台自己节目量的多少来确定。考虑到我们的机柜空间不大,但八个频道播出所需的节目量较大,贵州广播电视台这次选用了4台最新型号的ContentServer-2122,其特点是:机箱仅2U高,有12块容量为1TB的SATA硬盘;自带处理器及内存、嵌入式Linux操作系统;内置冗余电源及风扇,支持热插拔;背板有两个千兆以太网口,以供其与系统内部各个设备间的通信用。四台ContentServer的实际容量是48T,但有效容量只有24T,这是因为我们设定的复制因子是2,即每条素材文件的所有素材切片将在存储系统内以交叉的方式保存双份。

ContentDirector的型号是1000B、机箱仅1U高,内部有两块系统盘,内置Linux操作系统;机箱内置冗余电源及风扇,支持热插拔;机箱背板有四个千兆以太网口:两个公网接口、两个私网接口,其中公网接口负责与系统内部的存储节点相互通信,私网接口负责系统两台ContentDirector之间的内部通信。

为了防止交换机发生灾害性故障而导系统内部设备之间以及系统与外部客户端的通信受阻,我们准备了两台配置完全一样的网络交换机,其中一台交换机A根据其Vlan的划分,对应的端口通过网线与系统内的设备相连:4台ContentServer的8个千兆网络端口及2台ContentDirector的4个公网端口都接入Vlan10;2台ContentDirector的4个私网端口则接入Vlan4090;而万兆口组成的Vlan20则接入客户核心交换机。交换机B则作为一台冷备机,在A发生灾害性故障的时候,可把相应的网线按序接入B,以其替代A的工作,保证系统通信安全。

3. MediaGrid在贵州广播电视台播出系统中的应用

为了适应今后全台网发展的趋势,贵州广播电视台播控中心在新系统改造项目中,建设了一套全新的、集“编排、制做、存放、播出”于一体的新型播出系统。这种新型的播出系统主要分为总编室子系统、缩编子系统、媒资子系统及播出子系统四个部分。其中播出子系统的主二级存储就是MediaGrid,其应用结构如图所示。

Media Grid在贵州电视台播出系统中应用

从图中可以看出,非编子系统制作的缩编版电视剧由非编在线存储直接迁移到播出二级存储MediaGrid,省去了之前节目制作完成后,需要下载再重新上载的工作量,同时,其他所有类型的节目素材则经3台上载视频服务器传入MediaGrid。在有新的素材传入MediaGrid之后,播出系统根据其素材拷贝策略,将所有素材拷贝到播出备二级存储做备份,这种双系统备份的工作方式,杜绝了单台播出二级存储发生灾害性故障而导致播出安全隐患的情况。另外,为了在不增加视频服务器的工作压力的前提下保证节目播出安全,对素材所做自动技审、人工复审及文件审片的工作都是直接访问MediaGrid存储区。

四 结束语

目前,市场上主流的存储设备采用的还是RAID技术,一方面是因为RAID技术经过数十年的发展,应用已经十分广泛,其稳定性也得到了广大用户的认可;另一方面是因为像MediaGrid这样一种新型的网格存储的发展还在起步阶段,其工作性能及稳定性都还有待于用户的验证。目前我台的MediaGrid存储系统工作性能表现良好,最高带宽已超过400MB,持续稳定的运行状态已超过两年。