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MSS网络存储系统

2003-04-21 苏琦 江苏省广播电视总台 依马狮网


    近年来,计算机技术和网络通信技术的迅猛发展促使广播电视技术产生了革命性的变化,电视设备已经逐步向数字化、网络化方向过渡和发展。在节目的制作和播出方面,节目制作从线性编辑到单机非线性编辑,再到非编网编辑,节目播出亦从录像机播出发展到硬盘播出。尤其在硬盘播出设备方面,经过几代视频服务器的发展,技术已经比较成熟。作为体现新技术特征的视频服务器,以其良好的非编性能、多通道的编解码器、长时间的节目存储、周详的安全考虑和简单易用功能,已在多数电视台应用,并发挥了良好的作用。
    目前已有国内外多家厂商推出各自的视频服务器产品,基本上都具有下列共性和特点:(1) 支持多通道节目的录入和播出,可以实现延时播出的功能;(2)使用高速以太网和光纤通道进行节目素材的传输和镜像备份;(3)存储系统采用基于RAID技术的磁盘阵列;(4)具有易扩展性,可根据实际播出状况配置输入、输出通道数,通过增加硬盘容量和数量扩大节目素材的存储容量;(5)提供了通用接口协议和函数库,可在此基础上开发出符合自身需要的软件,受控和控制其他系统和设备,如切换台、非编网系统、媒体资产管理系统等等,为整个电视台的数字化、网络化提供了可能性。
    早期的硬盘播出系统大多建立在单机视频服务器的基础上,采用主备机方式进行播出。而单机视频服务器由于受到通道数和硬盘存储容量的限制,在较多频道的播出上已没有优势,而基于网络存储的视频服务器的出现为较多频道采用硬盘播出提供了较好的解决方案。品尼高公司于2001年底推出最新一代MSS视频服务器MediaStream Networked Storage System 就属此类视频服务器。该服务器系统是在广泛使用的HP小型机的基础上研制出来的,系统平台基于品尼高公司的MSS1600/MSS700服务器的核心硬件和软件,所有通道可以同时实时工作,并增加下列关键特点和技术:
    (1)集中存储:运用SAN技术,把服务器和存储库用千兆比特的速度相互连接起来,排除了先前基于SCSI总线结构的带宽瓶颈和可伸缩性限制。网络存储集群中的所有视频服务器节点都可以对一个公共的硬盘池进行访问,无需拷贝视频素材便可共享,提高了硬盘的使用效率。
    (2)素材管理简化:由于在一个网络存储集群中无需拷贝视频素材,素材管理就变得相对容易。对于自动播出系统来说,一个网络存储集群可以看作一个单个视频服务器,整个素材的查找和播出也都相对简单。
    (3)完全向后兼容性:MSS网络存储平台与其他单个MSS平台完全兼容。事实上,两者都采用一样的编码板和解码板,所以MSS视频服务器和MSS网络存储视频服务器节点内的文件都是通用的。
    (4)无单一崩溃点:MSS网络存储平台在设计上考虑了所有设备的冗余,所有冗余设备在出现故障时都可以在线更换,确保整个系统运行的安全可靠。
    (5)在线扩充:MSS网络存储系统可以在线对存储容量和通道进行扩充。系统运行时,可通过增加额外的RAID存储子系统来实现对存储容量的扩充,亦可增加视频服务器节点对输入、输出通道。

MSS网络存储系统构成
    一个MSS网络存储系统最多可有16个服务器节点,众多的MSS系统通过FTP网关服务器共享数据形成更大的网络存储系统。
    最基本的MSS网络存储系统主要由下列部分构成(见图1):

MSS网络存储系统

    1.视频服务器节点(MSS900)
    MSS900基于VME总线结构,主要由系统控制主板、10个VME插槽、4个冗余热备份电源、编解码板和光纤通道适配器(FCA)组成。
    (1)系统控制主板主要功能是对底板的数据流进行实时处理(播放和录制)和非实时维护性事务的处理。主板采用HP-743 PA-RISC的CPU芯片和HP-RT实时操作系统。PA-RISC CPU 是HP所有小型机采用的芯片,它的高效率和稳定性保证了服务器的质量。HP-RT是HP专门为实时处理控制视频而设计的操作系统,使用许多UNIX中的命令行结构,大大提高了系统的稳定性和实时性。
    (2)VME总线结构为内部各板卡之间提供了高达400Mb/s的高速连接。所有视频数据流都不通过系统主板总线,而是直接经过VME总线传输到目的地,大大地增加了视频服务器的带宽。
    (3)具有灵活的输入输出配置。标清编码板支持SDI(嵌入音频)信号、AES-EBU信号输入,视频压缩码率6~30Mb/s可调;标清解码板有双输出和单输出两种配置,即在一块板卡上提供两个通道,每个通道同时支持SDI(嵌入音频)信号、AES-EBU信号输出和模拟复合视音频输出。通过外部高清编码器,MSS900支持高清ASI码流的输入,通过高清解码板输出高清信号和下变换后的标清信号。
    2.文件系统控制器(FSC)
    MSS网络存储系统使用两台在硬件和软件都完全独立,文件系统也完全实时镜像的计算机作为外置的文件系统控制器,使用Windows2000操作系统,用于管理硬盘素材数据库供所有视频服务器节点访问进行素材的播放。正常工作时,其中一台为主机,另外一台处于热备份状态,主机负责控制备机文件系统的镜像处理,但所有的视频服务器节点都与主备机同时通信,分别发出任务请求。
    3.外置RAID存储子系统
    MSS网络存储系统包含由一个或多个RAID存储单元组成的存储子系统,每个存储单元由两个完全冗余、独立的RAID控制器和一个RAID3存储器(内置8块数据盘和1块校验盘)组成。每个RAID控制器分别与一台FC交换机连接,一旦其中一个RAID控制器或FC交换机发生故障,另一台立即投入使用而不会造成任何数据传输的中断。
    4.光纤通道(FC)交换机
    每个MSS网络存储系统配置了两台独立和冗余的FC交换机,每个FC交换机提供到每个服务器节点和存储子系统的单独路由。
    5.MSi计算机
    运用MSi计算机通过MSi应用程序可以访问服务器节点、RAID存储系统和FSC,还可以通过远程登录管理整个系统部件。程序运行于WINNT4.0系统,采用图形用户界面(GUI),简单易用,主要完成下列功能:对视频服务器节点的编解码板进行设置和控制;RAID存储子系统中素材的简单管理;显示FSC、硬盘、RAID控制器及服务器节点的电源、风扇和机箱工作状态;远程登录到FSC进行系统管理。
    6.虚拟局域网(VLAN)交换机
    VLAN是一个在物理网络上根据用途、工作组、应用等来逻辑划分的局域网络,是一个广播域,与用户的物理位置没有关系,同一个VLAN中的所有成员共同拥有一个VLAN ID,组成一个虚拟局域网络。VLAN主要设计用来防止广播风暴和网络堵塞,广播信息是不会跨过VLAN的,这样就缩小了广播域,提高了网络性能。
    每个网络存储系统同样配置两台冗余设计的VLAN交换机,交换机的每一个端口与服务器节点相连接并配置成一个独立的VLAN。每个网络存储系统都有一个主机文件,提供了系统中所有设备名称的解析和IP地址。系统使用32位TCP/IP地址分段区分表明设备所在服务器节点,VLAN网络ID和设备的ID。FSC、MSi计算机内的VLAN网络接口卡与VLAN交换机连接,通过配置的逻辑地址对相应VLAN中设备直接通信。

系统通道带宽
    MSS900最多支持10个通道的编解码板,带宽最大为240Mb/s。表1提供了不同配置网络存储系统所支持的最高视频压缩码率,列代表服务器数量,每个服务器分别配置5、8或10个输出通道(解码板),行代表系统配置的硬盘阵列数。虽然增加硬盘阵列可以提高存储容量(总RAID带宽=480Mb/s×RAID数量),但并不能提高通道输出带宽,因为每个服务器的带宽最大为240Mb/s。

品尼高 MSS1600 MSS700

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