韓小兵

（江蘇省寶應縣廣播電視臺總臺，江蘇 揚州 225800）

淺析萬兆以太網(wǎng)技術在高清制作網(wǎng)中的應用

韓小兵

（江蘇省寶應縣廣播電視臺總臺，江蘇 揚州 225800）

介紹了在高清節(jié)目制作網(wǎng)中兩種常用的網(wǎng)絡架構及其優(yōu)缺點，詳細介紹了利用萬兆以太網(wǎng)技術在高清制作網(wǎng)中的兩種應用模式——萬兆主干+千兆桌面、萬兆主干+萬兆桌面，以及如何組建萬兆以太網(wǎng)架構的高清制作網(wǎng)，展望了萬兆以太網(wǎng)在電視臺的發(fā)展前景。

萬兆以太網(wǎng)；高清；節(jié)目制作網(wǎng)；NAS

隨著網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，萬兆以太網(wǎng)已經(jīng)不是新名詞了，從IEEE組織2002年6月正式發(fā)布IEEE802.3ae 10GE標準到2014年，經(jīng)歷整整12年的發(fā)展，數(shù)據(jù)海量增長帶動市場需求不斷加大。萬兆以太網(wǎng)各方面成本已經(jīng)大幅降低，應用范圍也逐步擴大，已經(jīng)在通信、金融、教育、廣播電視等多個行業(yè)廣泛應用[1]。在廣播電視行業(yè)中，電視技術的發(fā)展也已經(jīng)從標清（指物理分辨率為720×576像素的標清電視格式）發(fā)展到高清（指物理分辨率為1 920×1 080像素的高清電視格式），超高清（指物理分辨率為3 840×2 160像素及以上的超高清電視格式）也并不遙遠。

電視臺全面高清化后，臺內原有以千兆以太網(wǎng)技術為支撐的業(yè)務網(wǎng)絡已經(jīng)不能承載高清數(shù)據(jù)的運行，而基于SAN架構的光纖網(wǎng)絡，其結構的封閉性、極差擴展性也不能滿足電視臺全媒體業(yè)務系統(tǒng)的發(fā)展需求。電視臺在以局域網(wǎng)應用為主的節(jié)目制作環(huán)境中，萬兆以太NAS（也稱為10 Gbit/s NAS）能否取代光纖SAN架構的網(wǎng)絡呢？下面就此提出筆者的認識。

1 FC-SAN和10 Gbit/s NAS在高清制作網(wǎng)環(huán)境中的比較

目前有兩種架構可以應用于高清節(jié)目制作網(wǎng)，一是在標清制作時代就大量使用的SAN架構FC網(wǎng)絡，另一種就是以NAS架構為主的10 Gbit/s以太網(wǎng)絡，前者已經(jīng)大量應用在高清節(jié)目制作網(wǎng)絡中，后者的技術早已成熟，但是直到近兩年才開始應用[2-3]。這兩種網(wǎng)絡架構都能滿足高清節(jié)目制作網(wǎng)絡對帶寬的需求，到底哪一種網(wǎng)絡架構才是最貼合用戶業(yè)務需求的呢？如果要做比較，兩種網(wǎng)絡采用兩個完全不同的協(xié)議及架構，F(xiàn)C-SAN支持Block協(xié)議，NAS則支持File協(xié)議，一個偏重對資源的管理，一個偏重對文件的管理，本身是沒有可比性的，如果在高清制作網(wǎng)中部署，從實際應用出發(fā)，針對這兩種網(wǎng)絡架構進行簡單探討。

1.1 FC-SAN高清制作網(wǎng)絡

1）FC-SAN網(wǎng)絡架構的優(yōu)點

（1）技術成熟。1988年開始出現(xiàn)，到如今已經(jīng)20多年的歷史，各大電視臺已經(jīng)使用超過10年的時間，F(xiàn)C-SAN在標清制作網(wǎng)中的表現(xiàn)，排除管理軟件的因素，還是可圈可點的。

（2）鏈路帶寬可選。有1 Gbit/s，2 Gbit/s，4 Gbit/s，8 Gbit/s多種可選，在高清制作網(wǎng)中采用4 Gbit/s和8 Gbit/s較多，且單機到服務器的鏈路帶寬較高。

（3）傳輸效率高。FC-SAN之所以得到大家的認可，是因為其傳輸效率高、帶寬恒定，不會出現(xiàn)以太網(wǎng)的丟包情況。

2）FC-SAN網(wǎng)絡架構的缺點

（1）擁有成本高。部署一個FC-SAN的節(jié)目制作網(wǎng)，除了高昂的光纖存儲盤陣費用外，還需要增加光纖適配卡，光纖交換機，專業(yè)的SAN管理服務器、SAN的管理軟件，按照客戶端站點收費的客戶端軟件，后期更換維修設備的費用也是成本高的一大原因。

（2）管理復雜度高。基于FC-SAN的架構，需要特定的工具軟件來管理操作，每個客戶端采用封閉式的管理，人員上手周期較長，后期制作站點擴容受制于SAN管理軟件。

（3）兼容性差。這是最讓電視臺技術管理者煩惱的問題，由于采用傳輸協(xié)議的不同，F(xiàn)C網(wǎng)絡和以太網(wǎng)不能兼容，往往需要在FC制作網(wǎng)絡中添加以太網(wǎng)交換設備或者增加業(yè)務操作才能和其他以太網(wǎng)架構的業(yè)務網(wǎng)絡交互。而不同廠商搭建的SAN架構的FC網(wǎng)由于管理軟件的差異也不能兼容，在這樣的環(huán)境下，實現(xiàn)全臺各個業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享的困難非常大，這種模式下的數(shù)據(jù)共享成本較高。

（4）存儲效用比較低。當存儲數(shù)據(jù)量達到存儲容量一半后，其性能下降非?？臁Ｒ驗楣饫w磁盤陣列采用仲裁環(huán)來串接所有的磁盤，使磁盤的帶寬采用分享的方式，造成了這種架構沒有以太網(wǎng)全交換架構的性能高。

（5）系統(tǒng)部署復雜。節(jié)目制作網(wǎng)采用FC-SAN架構時網(wǎng)絡部署采用雙網(wǎng)架構，視音頻數(shù)據(jù)通過光纖鏈路傳輸，數(shù)據(jù)管理信息和控制信息通過以太網(wǎng)傳輸。雙網(wǎng)模式網(wǎng)絡部署需要光纖線纜和雙絞線分別和光纖交換機、以太網(wǎng)交換機連接，這種雙網(wǎng)結構在部署和維護上，復雜度都體現(xiàn)得較為明顯。

1.2 10Gbit/s NAS制作網(wǎng)

1）10 Gbit/s NAS網(wǎng)絡架構的優(yōu)點

（1）結構簡單。在NAS的網(wǎng)絡架構中，將原有的千兆鏈路提升到萬兆鏈路，其結構沒有任何變化，也沒有SAN架構中專業(yè)的管理系統(tǒng)，其管理復雜度大大降低，而10 Gbit/s NAS的物理鏈路由原有的以太鏈路變成了光纖鏈路，繼承了光纖線纜所有優(yōu)秀的物理特性。

（2）成本低廉。首先隨著萬兆以太網(wǎng)的普及，萬兆交換機和萬兆網(wǎng)卡的價格大幅下降。其次網(wǎng)絡架構（相對SAN）的簡化也是導致成本下降的一個因素。當然萬兆以太網(wǎng)部署后也不需要額外的投資升級上層應用系統(tǒng)，也不會影響到原有的業(yè)務部署和應用，所以組網(wǎng)成本比FC-SAN還低，進一步體現(xiàn)了10 Gbit/s NAS性價比。

（3）兼容性好。還有一個優(yōu)點，也是符合現(xiàn)階段以及電視臺以后發(fā)展方向的，那就是其強大的兼容性，萬兆以太網(wǎng)技術完全兼容臺內原有的千兆網(wǎng)、百兆網(wǎng)等以太網(wǎng)，基礎網(wǎng)絡的無縫兼容為全臺網(wǎng)絡一體化提供了強有力的支撐，使得在電視臺全臺網(wǎng)絡整合中不需要花更多的金錢和時間。

（4）可持續(xù)發(fā)展性?？v觀以太網(wǎng)技術的發(fā)展，一直都是隨著交互需求的變化而不斷發(fā)展的，從百兆到千兆，千兆到萬兆，甚至從萬兆到十萬兆都是呈幾何倍數(shù)上升的，而這種始終向前面標準兼容的方式也是以太網(wǎng)技術可持續(xù)發(fā)展的源動力，現(xiàn)在很多城域網(wǎng)的核心層、匯聚層也在使用萬兆以太網(wǎng)，相信電視臺在以后的業(yè)務發(fā)展中更容易融合到互聯(lián)網(wǎng)中。

2）10 Gbit/s NAS網(wǎng)絡架構的缺點

相對千兆以太網(wǎng)成本較高。雖然萬兆以太網(wǎng)設備的價格大幅下降，但是和千兆以太網(wǎng)仍有不小的差距，隨著市場進一步擴大，希望價格差距會進一步縮小，特別是萬兆萬卡、萬兆模塊的價格還有很大的下降空間。

2 萬兆以太網(wǎng)技術在節(jié)目制作網(wǎng)中的具體應用

上文已經(jīng)簡單分析了2種網(wǎng)絡架構在節(jié)目制作網(wǎng)中的優(yōu)點和缺點，從兼容性和可持續(xù)發(fā)展性來說，萬兆以太網(wǎng)的優(yōu)勢很明顯，但是現(xiàn)在萬兆以太網(wǎng)技術在高清非編網(wǎng)中的應用偏少，萬兆以太網(wǎng)技術到底如何在高清非編網(wǎng)中進行應用，筆者經(jīng)過實踐并不斷地總結，認為萬兆以太網(wǎng)技術在高清非編網(wǎng)中有兩種應用模式。

2.1 萬兆主干+千兆桌面

萬兆主干+千兆桌面結構如圖1所示，萬兆主干指的是萬兆存儲陣列和萬兆交換機直接相連，后臺服務器采用萬兆或千兆的方式連入交換機，所有的節(jié)目制作站點全部采用千兆接入交換機。

圖1 萬兆主干+千兆桌面結構

這種方式優(yōu)點是成本低廉、管理簡單、部署簡單。由于只有存儲盤陣和交換機采用了萬兆設備，而且交換機只需要部分萬兆接口就可以搭建成功，成本非常低廉。這種架構采用NAS管理方式，整個網(wǎng)絡采用以太網(wǎng)絡協(xié)議，不需要專業(yè)的管理軟件。再說中心存儲的帶寬，市面上普通的入門級萬兆接口NAS存儲的峰值帶寬也能達到800 Mbit/s，穩(wěn)定帶寬在600 Mbit/s左右，最高能支持12臺高清制作站點每臺5層100 Mbit/s的高清碼率素材網(wǎng)絡實時編輯，因為音頻和字幕占用帶寬在2 Mbit/s以下級別，所以不存在帶寬制約問題。

萬兆主干+千兆桌面的方式適合電視臺部門級制作網(wǎng)使用，其網(wǎng)絡整體投入略高于千兆NAS非編網(wǎng)，但其網(wǎng)絡帶寬和性能優(yōu)于4 Gbit/s FC-SAN（存儲和交換部分），千兆桌面且完全能夠支撐高清節(jié)目的網(wǎng)絡化編輯。這種架構模式的故障節(jié)點只有存儲、交換機兩級，而傳統(tǒng)的FC-SAN故障節(jié)點則有存儲、MDC（管理）服務器、光纖交換機、以太網(wǎng)交換機4級，其安全性也是SAN架構的2倍。

也許還會擔心以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸效率，可能會出現(xiàn)網(wǎng)絡延遲和丟包，這兩個問題通過非編制作廠家可以得到解決。現(xiàn)在很多廠家已經(jīng)推出了緩存技術，比較典型的有東方盛行公司推出的超級緩存（Super Cache）技術，通過軟件緩存實現(xiàn)數(shù)據(jù)預存預讀機制，有效解決因卡頓、掉幀等影響節(jié)目制作流暢性問題，也可解決以太網(wǎng)固有的延時問題和視頻解碼出錯問題。

這種模式只有一個問題沒有很好地解決，那就是各個節(jié)目制作站點采用千兆接入，節(jié)目制作站點到交換機的網(wǎng)絡帶寬時鐘限定在千兆范圍內，千兆網(wǎng)絡編輯實施層數(shù)實測最多能達到5層100 Mbit/s碼率視頻，千兆以太網(wǎng)絡要想達到5層以上的100 Mbit/s碼率視頻網(wǎng)絡實施編輯非常困難，因為網(wǎng)口帶寬決定了上限速度。

2.2 萬兆主干+萬兆桌面

萬兆主干+萬兆桌面結構如圖2所示，這種全萬兆架構中所有的節(jié)目制作站點、服務器、存儲全部采用萬兆接入交換機。

圖2 萬兆主干+萬兆桌面結構

這種模式成本相對萬兆主干+千兆桌面的方式要高，與FC-SAN相比稍低。采用全萬兆的組網(wǎng)方式，從存儲到交換機，交換機到各個制作站點沒有網(wǎng)絡帶寬的限制（10 Gbit/s以內），只要存儲的帶寬能夠支撐，制作站點的網(wǎng)絡編輯實時層數(shù)完全可達10層以上。

萬兆主干+萬兆桌面的方式適合節(jié)目制作站點網(wǎng)絡編輯實施層數(shù)高的制作需求，對于預算充足的單位是不錯的選擇，如果需要支撐中、大型節(jié)目制作網(wǎng)運行，選擇合適的萬兆存儲陣列較為重要。市面上已經(jīng)擁有眾多廠家推出了萬兆以太網(wǎng)絡交換設備，包括交換機、網(wǎng)卡、存儲，只需要根據(jù)預算和技術需求選擇合適的設備就能完成萬兆制作網(wǎng)的搭建。

目前萬兆產(chǎn)品已經(jīng)成熟，萬兆接口的存儲可循范圍大，例如EMC isilon X200/X400系列、華為N8500/ N9000系列存儲都是采用萬兆接口，存儲帶寬都可以線性擴展。華為、思科、H3C等廠商都陸續(xù)推出了性價比不錯的萬兆交換機產(chǎn)品、萬兆接口板、萬兆光模塊等，以后市場上可選設備將會更多。

3 萬兆以太網(wǎng)在廣電行業(yè)的發(fā)展前景

3.1 萬兆以太網(wǎng)技術加快電視臺業(yè)務網(wǎng)絡整合

隨著電視臺高清化、網(wǎng)絡化持續(xù)、深入的發(fā)展，萬兆以太網(wǎng)良好的向下兼容性和管理性都是高清時代電視臺最需要的網(wǎng)絡特性。目前萬兆以太網(wǎng)通過光纜進行傳輸，其距離可達40 km，而且萬兆網(wǎng)的接口有多種標準，可順利地將局域網(wǎng)的范圍進一步擴大，電視臺的傳統(tǒng)業(yè)務和新媒體業(yè)務通過萬兆以太網(wǎng)在物理層面上融合是平滑的，利用萬兆以太網(wǎng)可以和更多以太網(wǎng)絡架構的業(yè)務網(wǎng)絡進行無縫整合，網(wǎng)絡結構不變，而整合后的網(wǎng)絡結構在萬兆以太網(wǎng)的基礎上將會更加健壯。

3.2 萬兆以太網(wǎng)技術有利于電視臺超高清制作的發(fā)展

萬兆以太網(wǎng)技術已經(jīng)在電視臺節(jié)目制作網(wǎng)中廣泛應用，加速淘汰了原有封閉式的SAN結構，而目前節(jié)目制作從高清向超高清（4K）發(fā)展，超高清碼率是高清的4倍以上，也就是說1軌超高清視頻在非線性編輯軟件上的碼率至少是400 Mbit/s，在電視臺業(yè)務網(wǎng)絡中要傳輸如此高碼率的數(shù)據(jù)，萬兆以太網(wǎng)的帶寬是完全可以支撐超高清節(jié)目素材的網(wǎng)絡編輯，可以預見在未來5～10年中，超高清節(jié)目制作網(wǎng)絡化也是可行的。

3.3 萬兆以太網(wǎng)技術加快電視臺主干平臺的發(fā)展

現(xiàn)在電視臺的全臺主干網(wǎng)絡都是采用ESB+EMB雙網(wǎng)架構，媒體數(shù)據(jù)采用光纖鏈路傳輸，控制信息和元數(shù)據(jù)采用以太網(wǎng)進行傳輸，萬兆以太網(wǎng)會改變這種架構復雜的網(wǎng)絡結構，采用萬兆以太網(wǎng)為支撐的全臺網(wǎng)主干平臺網(wǎng)絡結構簡單，子系統(tǒng)接入能力更強，特別是在全媒體時代，電視臺需要更快速地整合內部網(wǎng)絡結構，才能從容面對大融合時代的各項挑戰(zhàn)。

4 總結

電視臺IT化、網(wǎng)絡化的轉變已經(jīng)發(fā)展多年，萬兆以太網(wǎng)技術取代現(xiàn)有FC-SAN和千兆以太網(wǎng)已經(jīng)是水到渠成的事情，現(xiàn)在高清節(jié)目制作網(wǎng)的應用已經(jīng)可以看出萬兆以太網(wǎng)的技術優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿?。隨著萬兆以太網(wǎng)技術的普及，被一直詬病的成本問題也會得到解決，各個廠家推出的萬兆以太網(wǎng)解決方案也在不斷完善，萬兆以太網(wǎng)技術在電視臺中大規(guī)模應用指日可待。

[1]魏大強，翟麗華.萬兆以太網(wǎng)技術發(fā)展及應用[J].計算機網(wǎng)絡世界，2010（11）：12.

[2]孫淑芬.NAS-SAN和FC-SAN兩種技術對比分析——吉林電視臺制作網(wǎng)建設中的選擇[J].硅谷，2011（20）：15.

[3] 孫友偉.基于下一代電視傳送技術的無線傳感器網(wǎng)絡[J].電視技術，2010，34（6）：54-56.

TN948

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??健男

2014-04-14

【本文獻信息】韓小兵.淺析萬兆以太網(wǎng)技術在高清制作網(wǎng)中的應用[J].電視技術，2014，38（16）.