电视台小型非线编网络系统存储方案

• 背景描述

    在电视竞争日趋激烈的今天，如何做出更好看的节目，保证每期节目的安全播出成为电视工作者不断追求的目标。非编网作为现代电视制作的一种手段，具有高质量、高效率，多版复制无损失等优点。为使栏目组有一个良好的制作平台，提高节目制作质量，很多栏目组都会在节目制作中引入非编网络，而在非线编网络中，如何给系统提供一个大容量、低成本、高速、安全的存储系统尤为重要。

• 需求分析

    根据节目对制作网络系统的具体需求，一般来说大部分非编网络都采用双网结构，即非编网系统由存储网络（FC-SAN）和高速以太网组成双网结构。在Fibre Channel上连入实时使用低压缩比(数据量很大)视频数据进行工作的设备，以实现节目制作数字化，并实现在整个节目制作过程中高质量视频素材的集中存储和实时共享。在高速以太网上连入使用高压缩比（数据量很小）视频数据进行工作的设备，同时对整个网络的文稿系统等数据进行传输。详细情况见下图。
    我们假设小型的非线编网络建设初期有上载工作站（或转录工作站）、下载工作站、精编工作站5-9台，MDC服务器2台，数据服务器及域服务器2台等，栏目组每天播出的节目时间长为30分钟，节目制作周期为10天。系统采用全有卡工作站构建网络系统，采用单一码率完成节目的编辑制作，视频压缩格式采用MPEG-2 I帧格式，实现高效高质的视音频编辑。
     将来根据发展需要，栏目组的业务内容将会增加，非编系统的要求会提高，在非编系统扩容升级时，存储系统的扩容和升级要简单、方便；
    从假设的需求可以得出：如果按10:1的成片比以及10天的制作周期，那么系统需要的存储空间要求为需要存储50小时（10×10×0.5）的节目素材。由此我们可以计算出系统对于高码流素材的存储容量要求为：50×3600×240/8=5400000MB，也就是需要5.4TB的存储空间。考虑到非编系统对存储空间的利用率（不可能将存储空间使用到100%），并且考虑系统中音频以及其他资料的存储，所以设计系统的存储容量为6TB，此容量为实际可用容量。

• 解决方案

    从系统需求可以看出，由于栏目只有30分钟的播出，所以整体的存储空间需求不大，需要上载和下载以及编辑的工作站数量也不多，全部采取有卡工作站模式，接入FC-SAN网络，因为全部采取有卡工作站模式，所以整个非线编系统只需要采取单一码流即可，MPEG－2I帧，高清编辑制作码率为100-240Mb/s，那么上载工作站的码率为240Mb/s，下载工作站的码率为480Mb/s（两层视频），编辑工作站的码率为480Mb/s（两层视频）根据以上信息可以计算出整个非线编系统的带宽需求：
表1：编辑工作站支持两层视频实时

    从上表可以看出，如果都采取高清标准，而且所有编辑工作站都进行四层的实时视频编辑，总的带宽需求为540MB（4320Mb/8），除去20%的富余，存储设备的总带宽只要高于648MB即可。
    如下图所示，2台MDC服务器、7台有卡工作站全部接入FC-SAN，光纤交换机为BROCADE 16口4Gb 光纤主机通道交换机，磁盘阵列采用AXUS SAS Series，尤其是24盘位独立双控的盘阵，它有4个4Gb光纤主机接口，总带宽1600MB，按照目前的需求，只需要使用其中的两个通道即可，剩余两个通道待以后扩容升级时使用。
 

    它有可以插24块SAS/SATAII硬盘，因为整个系统需要较高性能，所以选择300G SAS硬盘，可以提供7.2T裸容量，如果做两个Raid Set，设置2块热备盘，按照RAID5级别来估算，整个系统可以提供大约6T可实际使用的空间。一般每块SAS硬盘可以提供70-80MB的存储带宽，24块硬盘除去热备盘和校验损失，20块盘的总带宽为1400MB，硬盘通道不会产生速度的瓶颈。
    另外，为保证MDC服务器Stornext文件系统的安全性，需要专门分出40G的逻辑卷供其使用，因为Stornext文件系统特别重要，所以需要采取RAID6格式来保护数据的安全，由于AXUS具备虚拟存储功能，可以划分小的，RAID6级别的虚拟卷，而不需要专门拿出4块硬盘来做一个RAID组，然后把这个组设置为RAID6级别，从而浪费大量的存储空间。
    经过一段时间后，由于电视台或栏目组的发展需要，要增加更多的有卡工作站，需要存储更多的素材，此时可以按照下面的拓扑图进行升级扩容。
 

    1）存储空间扩容
     在AXUS SAS Serise后面添加扩展柜，整个存储系统最大可以提供76.8T的裸容量（按照SAS300G计算，使用SATA 750G可以提供192T）。我们可以根据系统的具体情况，对于不常用的数据单独存储在独立的虚拟卷上，这个虚拟卷可以采用大容量低价格的SATA硬盘来存储。
    2）存储网络扩容
    由于业务发展的需要，需增加有卡工作站和无卡工作站，此时把原来的有卡编辑工作站调整为精编工作站，其他普通编辑工作站采用无卡工作站模式接入到以太网不直接接入FC-SAN，同时在FC-SAN网络中增加一台视频服务器。此时非线编网络系统采取双码流模式，即高清码率（240Mb/s）和标清码率（50Mb/s）两种。
    如果采取双码流模式，两层实时视频编辑一般多于新闻类或专题类节目的制作网，如要进行节目的后期精品制作，节目的编辑制作经常需要进行3-4层的实时视频编辑，当进行4层节目编辑时所需要的带宽就会大幅度增大。则此时高清制作网络带宽分析如下表：
表2：编辑工作站支持四层视频实时

    从上表可以看出，如果都采取高清标准，而且所有编辑工作站都进行四层的实时视频编辑，总的带宽需求为925MB（7400Mb/8），除去20%的富余，存储设备的总带宽只要高于1110MB即可。此时只需要把24盘位双控上的第三个FC通道链接到FC交换机上便可使整个存储系统提供1200MB的存储带宽。如果需要更大的存储带宽可以把第四个FC通道也链接到FC交换机，这样可以提供1600MB存储带宽，如果增加的有卡工作站数量比较多，可以再购买一台FC交换机即可。
    3）IP存储和FC-SAN的融合存储
    从下图可以看出，在存储系统中添加一台IP存储的引擎AXUS Storge Server，就可以组建一个FC-SAN和IP-SAN融合性存储网络，通过Storge Server可以把FC-SAN中存储空间虚拟给无卡工作站、应用服务器使用，实现这些设备的本地大容量存储和安全存储。这种存储架构即利用了FC-SAN的大容量、安全稳定、速度快等优点，同时又使用了IP存储实现了远端存储、主机端口扩容方便等特点。Storge Server最大可提供4个1000Mb存储带宽，实际的并发速度可以达到300MB，可以满足一些对存储速度要求不是很高的系统使用。

• 方案特点

    1）系统扩容升级方便
     从解决方案的扩容升级可以看出，系统的扩容无论是存储空间的扩容还是带宽的扩容都是在原有设备的基础上进行的，而且扩容的潜力非常大，我们一台24盘位双控的设备可以提供6T的实际使用空间（300G SAS硬盘），使用扩展柜，整套设备可以提供76.8T或192T的存储空间。
    另外，考虑到电视台素材的实效性，很多素材在1个月后备使用的概率非常低，此时可以把这些资源转移到插有SATA盘的扩展柜上，一个插有SATA硬盘的扩展柜可以提供18T的存储空间，容量大，价格也很便宜。关键是这些转移过来的资源和原来相比，还在同一个系统，且实时在线。打个比方说，在用户端只是感觉把资源从原来的D盘转移到了E盘而已，使用和管理都在一个系统中，不需要额外的动作。而新上载的资源在近期仍然存在插有SAS硬盘的主柜或扩展柜上，这样可以保证系统的整体性能。
    通过IP-SAN和FC-SAN的融合，使整个系统继承了两种SAN系统的优点，扩容升级更加方便。
    2）系统的性价比较高
    和传统的光纤存储方案相比，本系统的安全稳定性和以前差不多，但是整体的价格却下降了很多，如果整个存储系统采用1台主柜，3个扩展柜，其中主柜和1个扩展柜使用300G SAS硬盘以保证上传素材的存储空间需求和带宽需求，另外两个扩展柜使用750G SATAII硬盘，提供36T的空间给利用率较低的素材实现在线存储。整个系统粗略的估算，成本要比传统的光纤存储方案大约便宜30%左右。
    3）管理、使用特别简单
    AXUS采用嵌入式WEB管理系统，使用起来非常简单，不需要专业的存储工程师来安装、调试和维护，用户的IT工程师只需要现场或电话支持下5分钟就会使用我们的设备，有一定存储技术基础的网管人员只需要看一遍我们的视频安装调试录像就是自己动手调试设备。
    4）智能化程度较高
    AXUS内嵌虚拟化的卷管理功能和Roaming功能，有效地节约存储空间和进一步保护数据的安全
具有Roaming功能
    什么是Roaming功能呢？举例说有2T的数据存在5块500G作为一组的卷上，如果设备出现问题时（硬盘及上面的数据没有出现问题），可以把这5块硬盘拔出来，插入到同一系列的任何一台设备上，照样可以继续读写这些数据。这种功能最大的保护了用户的数据安全，这种设备对于那种购买多台同一品牌的用户尤为实用。 #p#page_title#e#
虚拟卷技术
    虚拟卷技术原本是使用在高端存储产品上一种技术，由于虚拟卷技术的实用性、灵活性，更能满足客户多种应用需求的存储，越来越多的被一些国际大厂商应用于中低端存储产品上。举例说客户有3种以上的不同类型的数据，需要不同的安全保护，而且单位数据的大小、传输的速度也不一样，这时普通的磁盘阵列就难以满足用户的存储需求，而有虚拟卷技术的阵列就可以。