应用NAS构建高可用分层电视台播出存储系统

【摘要】存储系统是电视台硬盘播出系统中的关键环节，关系到整个播出系统安全高效的运行。本文主要从播出系统分层存储系统的构建方式、关键技术以及发展趋势等方面介绍NAS存储在广电播出系统中的应用。

【关键词】NAS分层存储（HSM）高可用播出系统

一、应用NAS技术构建高可用分层广电播出存储系统

1、广电播出系统现状

伴随着标清向高清的发展，播出系统的频道数量也日益增多，视频服务器本地硬盘越来越难以满足播出系统存储的需要，并带来了新的挑战。

2、当前广电播出系统的问题

在传统硬盘播出系统中，视频服务器直接存储视频文件，只有一级存储，这种架构的主要问题有：存储量低，按照主流的高清素材码率（50Mb/s）计算，每个视频服务器本地需要至少10TB的有效空间。视频服务器本地硬盘配置数量有限，无法适应播出系统高清化的大容量存储需求；共享性差，数据调用不灵活、不同播出服务器的数据共享比较复杂。如同一个节目在不同频道中播出，就需要从一台视频服务器迁移至对应频道的主备视频服务器中，会使某台视频服务器成为数据热点，影响播出素材的迁移效率；存储空间资源浪费。在视频服务器之间存在大量的重复文件，存储空间资源利用率低；数据保护不完善安全性较低。传统的硬盘播出系统。数据只有一份保存在视频服务器本地中，若播出服务器硬盘故障，数据会出现丢失等问题，文件没有备份，一旦出现问题数据的损坏都是不可恢复的，造成的损失也不可估量。

3、应用NAS构建高可用分层存储系统的优势

引入具备高可用、高共享性的网络附加存储（NAS，Network Attache Storage）做为播出系统的二级存储，与视频服务器本地存储形成分级、分层的存储体系，播出系统所有频道的素材在NAS二级存储中，提前一天将需要播出的素材由二级存储迁移至视频服务器本地，大大节约了视频服务器的本地存储空间，提高了视频服务器的稳定性。播出NAS二级存储具有极高的安全性、稳定性和共享性，其文件系统、操作系统均集成于控制器内，实现模块化、高集成度的一体化存储，无单点故障，简单、稳定，解决了传统的硬盘播出系统中遇到的视频服务器本地磁盘空间存储量低、共享性差、存储资源重复浪费率高、数据保护不完善等问题。

二、分层存储系统的构建方式

应用NAS技术的二级存储，提供播出服务器近线存储功能、向视频服务器传送媒体素材以及二级存储媒体素材周期管理功能，与视频服务器本地存储形成二层的存储架构，实现播出素材的数据冗余保护，分级分层管理，提高播出系统的安全性。

NAS二级存储的高可用性能保证业务的连续性，其实现的一大关键就是冗余策略，下图是播出两层存储架构网络拓扑图，主备NAS存储盘阵可以保证数据的有效性，主存储出现问题时，播出系统也可以随时从备存储中读取数据，其高可用性能突破了本地存储容量的限制，并且能灵活调度，随时读取，确保数据安全性，保证了播出系统的业务连续性。

基于以太网络的NAS二级存储推荐使用已经发展成熟万兆高速以太网，在提升网络性能的同时可以提高网络的安全性、多业务融合能力与自适应能力，具有高度的技术成熟度，高性能以太网势必成为今后以太网发展的主导方向。

1、分层存储系统的业务数据流程

播出系统由上载、编单审核、自动技审、视频服务器、二级存储等模块组成。数据业务流程的核心是二级存储，所有的数据都通过二级存储共享给其他业务系统使用，下图是播出系统内部业务流程图：

主要的业务数据流程有：

a）上载工作站采集素材，提交素材到NAS二级存储；b）人工审核工作站对二级存储中的素材进行人工审

c）自动技审工作站对二级存储中的素材进行自动技审；

d）通过FTP方式，将二级存储中的素材提交至播出主二级存储；

e）通过FTP方式，将二级存储中的素材提交至播出备二级存储；

f）主备二级存储数据同步，保证主备数据完全冗余备份。

由上述流程可以看出，视频服务器与NAS存储的分层存储架构为播出系统提供了完整的存储解决方案，二级存储做为存储系统的枢纽，连接了上载工作站与视频服务器，保证了素材的播出。与视频服务器本地硬盘的封闭性相比，二级存储的开放性和共享性为数据增值业务提供了接口，如自动技审，可以完成对二级存储上素材的自动化技术审查，大大提高了工作效率。

2、分层存储系统中的关键技术

分层存储系统适应了播出系统IT化的发展趋势，NAS存储在播出系统存储的主要应用关键技术如下：

随着播出系统的码率逐渐增大，随着标清、高清、3D、4K等标准的逐步升级，对存储系统容量的要求会越来越大，视频服务器本地已经无法满足需求。NAS存储是企业级存储架构，可以将多套NAS存储做为集群，形成云存储平台，提供几十PB的海量存储空间。NAS存储运行自己的操作系统，不要求特定的客户端支持，即可供Windows、UNIX、Linux、Mac等操作系统的访问，实现各操作平台间的无缝数据共享。NAS存储基于以太网络架构，整体网络架构简单，便于维护管理。NAS存储做为数据核心存储，可以同时向多台视频服务器进行素材的同步迁移，不限制视频服务器平台，具有良好的系统兼容性，大大提高了播出系统的素材传输效率。优化存储空间，减少重复数据。播出素材管理系统将所有的素材均配置唯一的文件标识，通过统一的播出NAS二级存储，可以有效的管理本频道内及不同频道间的重播节目素材，同样的素材只保留一份，不会浪费二级存储的空间，提高了存储空间使用率。多重保护机制，保证数据的安全。NAS存储所有关键部件均冗余，通过RAID、热备盘（Hotspare）技术进行物理层面的数据保护，通过快照技术进行逻辑层面的数据备份保护，可以避免因硬盘损坏、人为误删除等造成的数据丢失。

定制数据调度策略数据调度策略目的在于优化网络存储数据访问，做到对存储的分级使用调度。数据调度策略实现方法有：（1）根据不同频道的重要程度进行调度策略的配置，频道迁移有先后顺序；（2）根据播出节目单时间先后，对播出素材进行迁移。（3）紧急节目从上载直接迁移到视频服务器，待播出后业务不繁忙时，再从视频服务器迁回二级存储。

不同优先级的频道可以构架在带宽差异的存储上，如高清频道建设在高性能SAS盘上，标清建设在相对性能较低的SATA盘，已保证高清素材的传输效率等，做到资源设备的合理利用，充分的实现存储的分级使用。

三、应用NAS技术的高可用分层广电播出存储符合当前发展趋势

现在的数字电视硬盘自动播出系统以二级存储为核心，以NAS构建的高可用分层广电播出存储系统可以满足广电的全新硬盘播出需求，目前播出系统以全硬盘播出为主的方式播出，播出系统发展需要充分考虑安全性、先进性、兼容性、可扩展性。

（a）安全性是确保设备的安全稳定的前提，一是采用成熟的技术和高质量的设备；二是对系统的关键设备要考虑容错及备份措施。

（b）先进性，系统中的存储设备必须具备技术领先性，采用最新的存储应用技术。

（c）兼容性，全硬盘播出建设的核心―――二级存储，兼容目前电视台所有视频服务器主流品牌操作系统，具备良好的数据共享性，全硬盘播出上下兼容建设要求。

（d）扩展性，采用模块化设计和灵活的系统配置方式，未来几年电视台增加频道无需更换存储设备，通过扩充硬盘或更换控制器提升性能和容量，做到系统的平稳过渡。

以NAS构建的高可用分层广电播出存储系统能够做到在高可靠性、大容量存储、及高带宽的要求下，凭借其NAS先进的体系架构，可以很好地满足播出系统的上述需求，并且实现系统高可用性。

四、结束语

从IT行业的现状分析，目前已经进入以存储为核心的阶段，因此存储系统就显得尤为重要。无论从数据的海量存储、高性能访问、高可用性、可管理性，还是从硬件投资保护和管理维护成本考虑，NAS存储很好地解决了这个问题，而且NAS存储在硬盘播出系统与电视台内部其他业务系统之间的互联互通起到了缓冲的作用，减弱了播出视频服务器与其他系统的直接联系，给硬盘播出系统带来了更高的安全性、更快的性能和更大的灵活性。