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宁波台新播控系统的备份策略简析

2010-11-16 傅飞峰 宁波电视台 依马狮广电网


【摘要】 本文以宁波电视台新播出系统备份结构为主题,结合目前广电系统中各种不同的备份策略,对系统中的数据库、视频服务器、切换台、字幕机系统、二级缓存等主要模块进行了简要的阐明和论述。笔者以针对不同的硬件和软件设计,将传统的1+1备份分离成1+1镜像、1+1主备和1+1联动3中模式,将播出系统的备份方式进行了系统的划分,为广大播出系统的技术人员提供了一定的技术参考。
【关键字】 播控系统  备份  网络化  镜像  冗余

  备份是安全播出的重要保证。播出系统是一个庞大的系统,众所周知,最安全可靠的备份方案是整个系统完全备份,这样一旦主系统故障可以马上启用备系统播出。但是,随着系统规模的扩大,对整套系统的完全备份几乎是不可能的.它极不科学,会造成极大的浪费。
宁波台新播控系统根据实际应用需求,针对系统中的数据库、视频服务器、切换台、字幕机系统、二级缓存等不同的硬件和软件单元分别设计了1+1镜像备份、1+1主备备份、1+1联动备份、N+1备份和系统冗余备份等各种不同的备份策略,确保安全播出;在实际使用过程中,各种备份手段相互结合,极大降低了单一故障率,缩短了故障时间;同时,完善的备份方案也保证了系统可以不间断的播出,技术人员可以在不停播的条件下进行在线维护;

  以下简单介绍数据库、视频服务器、切换台、字幕网系统 、二级存储等核心模块的备份策略及其安全性分析;

  一. 数据库的1+1镜像备份

  镜像备份指的是通过两个完全相同的系统模块之间通过镜像软件虚拟出一个模块向系统中其余的模块提供各种服务;同时镜像软件在两个模块之间进行数据间的实时检测和更新,保证两个模块在软件层和硬件层的完全一致;这样,对外提供服务的这个虚拟模块相当于程序中的一个指针,当实体模块中的任何一个发生故障,他可以自动倒换到另外一个模块,因为两个实体模块间的数据是实时在进行检测与更新,确保了故障前与故障后的一致性;

  本播出系统中,播出数据库、字幕数据库、MDC二级存储系统等都广泛应用了1+1的镜像备份手段;其中数据库使用的镜像软件是EMC AutoStart,而MDC二级存储系统使用的是Stornext软件,两种镜像软件在配置和原理上基本一致,下面仅以播出数据库为例介绍此类备份方案;
网络化播出系统是以数据库管理为核心的,所有信息和数据如系统设备信息及管理资料、节目播出单、硬盘信息、节目播出信息等等都在数据库里面。数据库服务器管理以上信息,并通过以太网与各工作站连接进行数换;数据库的备份拓扑图如下:

宁波台新播控系统的备份策略简析

  两台硬件配置相同的服务器作为教据库服务器、它们之间通过串口心跳线检测彼此是否在线,通过太网接口完成与其它数据终端的信息交互;软件层通过数据库冗余备份软件实现数据库的在线切换:当未激活数据库服务器备份软件通过串口检测到另一方数据库服务器处于离线状态时,会自动启动本机数据库服务,为各数据终端提供数数据库服务。数据在两台服务器间的实时更新,缩短了播出故障的恢复时间,避免因数据库服务故障导致播出系统关键数据的丢失,为播出系统的数据安全提供有力保障。

  二. 视频服务器的1+1主备备份

  1+1的主备备份这是在播出系统中应用最为广泛的备份方式,指的是两套完全一样的系统同时运行相同的程序,拥有一样的文件系统,当主系统坏的情况下面,可以马上手动切换到备系统运行;与1+1镜像备份相比较,不同的是这两个系统之间并没有镜像出一个虚拟系统,而且没有进行数据的实时比对与相互传递,做不到镜像备份的实时精确性;在宁波台的新播控系统中,OMN视频服务器、延时播系统以及各类板卡、机箱、跳线等硬件设备都应用了此备份手段;下面仅以OMN视频服务器为例介绍1+1主备备份方案策略;

  本台播控系统采用了OMNNON视频服务器群实现主备1+1备份,该系统从功能实现流程上可以分为上载和播出两个单元,每个单元从结构上又可分为主机、编解码模块和存储体。

宁波台新播控系统的备份策略简析

   上载单元由12个独立的编解码通道构成,1003和5221各6个;两个2101主机分别控制6个通道;两个1.7T容量的存储硬盘采用RAID技术,共同构成了上载存储体;由于上载并不会直接影响到播出,所以具体应用过程中只增设了一个1003模块作为系统冷备份;图2为具体的视频服务器上载单元的备份的原理图。

  播出单元采用两组完全相同的主机、编解码模块和存储体作为主备;每组由5个3006和6个5001输出模块,1个2101主机和3.5T的存储体构成;这样,在实际播出过程中,始终可以做到服务器具有独立主备路信号的输出,且互不交错。

宁波台新播控系统的备份策略简析

   三. 切换台的1+1主备联动的备份

  主备联动备份是1+1备份的一类,但与1+1备份相比较,主备联动的备份方式更加着重于控制上的联动性和一致性,而在文件系统上更加独立;通过设置,可以在主跟随备和备跟随主两种方式中进行选择;本系统中特指NVISION5128切换台主加备方案的设计。
切换台是视频信号的集成和处理中心,也是目前整个播控系统的核心,所以保证其良好的安全性和可靠的备份方案非常重要;目前,我台播控系统选用美国NVISION公司的NV.5128MC产品。它是在NV-5128多格式矩阵的基础上扩充播出切换台功能而实现播出切换台与矩阵共存一体的新型播控设备。

  它的主要特点在于:

  ·所有的交叉点是制造在输出模块上,没有单独的交叉点模块;
  ·具备了3路外键和1路内键及最重要的各种播出功能,简化了各种外来键信号的输入;
  ·在一个NV一5128MC机箱中最多可容纳8块,可以同时满足8个频道的播出需求,实现主备冗余。

宁波台新播控系统的备份策略简析

  一个NV一5128MC机箱便可以满足8个频道的播出需求,本系统具有有5个播控频道,配置了主备两个完全相同的NV一5128MC机箱同步工作,并在主机箱中额外增加了一块SD播出处理卡用于热备份,这样有效实现了主备冗余和频道扩展功能。在配置中将所有备NV5128MC的PGM输出信号都接至主NV·5128MC对应播出控制卡的应急BYPASS总线输入端.同样在备NV-5128MC的应急BYPASS总线输入端接入视频服务器信号。

  这样,在主NV一5128MC中任意一块播出控制卡发生损坏或误拨出时,对应备NV5128MC的PGM输出信号将自动通过主NV·5128MC播出控制卡的应急BYPASS输出;如果发生其他情形,也可以通过手动按下“BYPASS”键实现上述功能。甚至主备NV一5128MC对应的播出控制卡都发生故障时,也可以保证有视频服务器信号及时从NV.5128MC的备PGM端子送出,实现了主备联动。可见,这是一种可用性和安全性很高的系统架构。所有频道不仅共享所有输入端的信号源,而且系统架构十分简洁。根据调研,宁波台播控系统是国内率先应用本方案的单位,通过方案论证和实际运行效果检测,本方案系统架构简洁、性价比高,保持传统操控方式和实现矩阵并机冗余等优很实用的备份效果和技术优势。 [Page]

  四. 字幕系统的N+1备份

  与以上3种1+1的备份方法比较,N+1的备份策略指的是系统中有N个相同或者相似的模块,当其中1个模块故障时,备份的模块能够即时顶替故障模块工作,减少故障恢复时间,一般情况下,这种备份为冷备份。

  字幕系统是播出网中不可或缺的一部分,网络化以后,新型的字幕机都实现了联网播出的功能;并且字幕网系统已经做到了跟播出网的物理隔绝;所有频道的字幕机可以共享其余频道的资源,并在必要时可以通过软件设置直接为另外的频道服务;图6为宁波台网络化字幕播出系统的拓扑图。

宁波台新播控系统的备份策略简析

  在上图中,字幕网内所有字幕工作站和服务器通过交换机链接在一起,主备数据库服务器、2台用于制作的无卡工作站,一台公共字幕机以及5个频道用于播出的5个字幕机,所有机器都配置了独立的IP地址和相应频道的信息配置。

  这里公共字幕机用于公共字幕的播出,同时它还承担起了5套节目字幕机5+1的备份作用,当5个频道5台播出字幕机的任何一台出现故障无法使用时,公共字幕机可以通过修改配置代替故障字幕机进行字幕播出。

  五. 二级缓存的冗余备份

  在硬盘播出系统中,所有的素材都最终保存在硬盘存储体上,节目播出时,服务器直接从硬盘中读取素材,这就要求在硬盘读取的时候必须具备传输速率快的特点;同时,为了确保庞大的数据量的正确性,硬盘结构必须具备良好的纠错功能。在目前的播出线上,硬盘存储体大致包括数据库存储、上载服务器存储体、播出服务器存储体和二级缓存存储体;他们都应用了RAID5技术作为冗余备份设计。

  RAID5又名分布式奇偶校验的独立磁盘结构,它的最大优点是提高传输速率和提供容错功能;RAID 5是以数据的校验位来保证数据的安全,但它不是以单独硬盘来存放数据的校验位,而是将数据段的校验位交互存放于各个硬盘上。这样,任何一个硬盘损坏,都可以根据其它硬盘上的校验位来重建损坏的数据。硬盘的利用率为n-1。下面就以二级缓存存储体的冗余备份介绍RAID5冗余的具体应用。

  二级缓存是全台网架构下播出网与外网进行连接的缓冲模块,它主要承担两方面的功能;一是作为媒资系统存储播出素材,以减少播出服务器存储的负担,二是作为外来素材传入到播出网的存储区,如广告素材和制作网传输过来的素材存储,图6为二级存储的拓扑图。

宁波台新播控系统的备份策略简析

   上图中,存储模块1和存储模块二通过以太网连接,共同组合成了一个大的二级存储体,每个存储体由16块1TB的硬盘构成,其中第16块硬盘为冷备份,其余15块硬盘做一个RAID,除去系统配置空间2T外,这样每个存储体的存储空间为12T,整个二级存储的存储容量为24T;由于每个存储体做一个RAID5,所以实际使用过程中可以允许有2块硬盘故障,具备了充分的冗余备份空间;

  六. 小结

  以上提到的5种备份中1+1镜像备份、1+1主备备份、1+1联动备份同属1+1备份范畴,笔者根据宁波台新系统的实际使用情况的不同进行了划分;这几种备份各有优点,主要结合备份模块在系统中不同的应用情况和功能进行设计;除了以上几个核心模块以外,系统的其余模块如板卡、机箱、跳线、电源等也广泛应用了以上几种备份策略;经过近半年的实际运营情况分析,宁波台新播控系统使用的备份策略是非常安全可靠的;

  总之,电视节目的安全播出是一个系统工程,无论从播出系统的安全还是播出内容的安全,都不能忽视,全面细致的备份方案可以提高播出的可靠性,随着新技术的应用,如何以最少的资源从而最大程度的保证播出的安全,还需要在实践中不断摸索,使其更加完善。B&P

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