陳 勇，張勇波

(中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580)

基于云中心的非編網(wǎng)絡(luò)在高校中的設(shè)計及應(yīng)用

陳 勇，張勇波

(中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580)

結(jié)合中國石油大學(xué)(華東)網(wǎng)絡(luò)及教育技術(shù)中心的非編網(wǎng)絡(luò)改造，從實際需求出發(fā)，對構(gòu)建一個基于云計算中心的非編系統(tǒng)進行了整體規(guī)劃。簡要介紹了學(xué)校云計算中心的建設(shè)，在此基礎(chǔ)上詳細闡述了非編網(wǎng)的設(shè)計方案及具體實施過程、網(wǎng)絡(luò)的安全性設(shè)計等問題，并利用服務(wù)器虛擬化和存儲虛擬化等技術(shù)提高了系統(tǒng)的效率，大大減少了投資成本，在高校同類系統(tǒng)中起到了很好的借鑒作用。

非編網(wǎng)；虛擬化；媒資系統(tǒng)；非編工作站；云計算

國家教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)中提到“建設(shè)各級各類優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源，促進優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享”。教育部十二五規(guī)劃明確提出了“推動優(yōu)質(zhì)資源的開發(fā)、集成與共享。出臺國家精品開放課程建設(shè)的實施意見，加快數(shù)字教育資源開發(fā)”戰(zhàn)略。教學(xué)資源的開發(fā)、建設(shè)和利用是教學(xué)信息化的核心內(nèi)容之一，中國石油大學(xué)(華東)網(wǎng)絡(luò)及教育技術(shù)中心承擔(dān)著全校視頻教學(xué)資源的建設(shè)，包括各類教師課程、各類教學(xué)片和宣傳片的拍攝與制作。

非線性編輯系統(tǒng)在各類視頻資源的制作中是不可或缺的，學(xué)校自從2005年至2013年開始陸續(xù)購置多臺標清、高清大洋非線性編輯工作站用于視頻的后期制作。由于非線編設(shè)備昂貴，學(xué)校采購均為單臺次分批購買，在節(jié)目制作模式上一直以來沿用單臺非線性編輯的模式。但隨著教學(xué)視頻制作任務(wù)的逐步增加，傳統(tǒng)單臺非線編“單打獨斗”的缺陷越來越明顯，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)素材無法共享，前期的素材來源多樣化，有索尼XDCAM HD 422、松下P2HD、高清硬盤錄像機、標清模擬磁帶采集等各類素材，同樣的素材需要重復(fù)拷貝導(dǎo)入多次，步驟非常繁瑣，工作效率低下，大大浪費了人力物力。

2)故事板無法共享，在哪一臺非線編工作站建立的故事板只能在哪一臺工作站上編輯，這樣就造成了很大的風(fēng)險。高清視頻一般碼流都在100 Mbyte/s以上，小高清碼流也大都在35 Mbyte/s、50 Mbyte/s，在編輯過程中硬盤的讀寫是非常頻繁的，而且數(shù)據(jù)量巨大，硬盤的故障率就會大大增加，同時也容易引起工作站其他部件的故障，一旦出現(xiàn)問題，故事板就無法打開，那損失將是不可想象的。

3)非編系統(tǒng)存儲容量小，不容易擴展?，F(xiàn)有非編工作站由于主板接口少，最多只能外掛4個素材盤，單個素材盤的容量太大容易出現(xiàn)問題，存儲擴展困難。

出現(xiàn)上述問題最主要的原因是沒有將整個資源統(tǒng)一規(guī)劃利用，而云計算技術(shù)可以集中資源提供分散的服務(wù)，實現(xiàn)異源、異構(gòu)海量數(shù)據(jù)集中、高效、安全的存儲管理，并對外提供統(tǒng)一的存儲服務(wù)平臺。所以為了解決由于制作任務(wù)增加而帶來的各種弊端，決定利用云計算技術(shù)對現(xiàn)有的非編系統(tǒng)進行改造組網(wǎng)，同時和現(xiàn)有的媒資管理系統(tǒng)進行融合。

1 云計算中心建設(shè)概述

中國石油大學(xué)網(wǎng)絡(luò)及教育技術(shù)中心一直承擔(dān)著學(xué)校的校園信息化建設(shè)，中國石油大學(xué)校園云計算中心(簡稱“石大云”)是學(xué)校信息化建設(shè)的基礎(chǔ)和保障，非編網(wǎng)的設(shè)計和運行也是以它為基礎(chǔ)的。

云計算在教育領(lǐng)域中的遷移稱為“教育云”，“教育云”是指利用云平臺實現(xiàn)教學(xué)數(shù)字化、電子化、信息化、無紙化，為教育者提供良好的平臺?！笆笤啤钡慕ㄔO(shè)采用云計算技術(shù)對數(shù)據(jù)中心硬件資源和基礎(chǔ)軟件的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一分配、統(tǒng)一部署、統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一備份，打破原先信息系統(tǒng)建設(shè)中普遍采用的應(yīng)用系統(tǒng)“封閉運行，相對獨立”的模式，實現(xiàn)各類計算資源和運用動態(tài)調(diào)整、自動故障切換和應(yīng)用系統(tǒng)快速部署，將全校的計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源池化和自動化，搭建一個全校的數(shù)據(jù)中心、應(yīng)用中心、資源中心、計算中心，為全校相關(guān)的業(yè)務(wù)部門提供應(yīng)用云服務(wù)?！笆笤啤钡耐負浜唸D如圖1所示。

圖1 “石大云”拓撲簡圖

“石大云”的建設(shè)通過組建虛擬化資源池為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供計算資源服務(wù)，主要包括網(wǎng)絡(luò)的虛擬化、服務(wù)器的虛擬化和存儲的虛擬化。

2 非編網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用

2.1 非編網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)概述

非線性編輯網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包含通信網(wǎng)絡(luò)和存儲網(wǎng)絡(luò)兩個結(jié)構(gòu)，主要分為3種架構(gòu)：“FC+以太”的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)、IP-SAN結(jié)構(gòu)、NAS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

“FC+以太”雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)具有高性能，可以保證大數(shù)據(jù)量并發(fā)訪問的情況下非編讀寫帶寬穩(wěn)定，但是其造價高昂和FC設(shè)備維護比較復(fù)雜，這種結(jié)構(gòu)適用于高投入、資金充足的單位搭建，大型電視臺一般均采用此架構(gòu)。

IP-SAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于iSCSI存儲技術(shù)，它和NAS一樣可以通過IP網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，但在數(shù)據(jù)存取方式上，則采用與NAS(TCP/IP)不同、卻與FC-SAN相同的塊協(xié)議。它的最大優(yōu)勢在于協(xié)議設(shè)計的高效性，IP-SAN適合于那些對流量帶寬穩(wěn)定性要求不是太高的應(yīng)用場合。

NAS技術(shù)是一種將分布、獨立的數(shù)據(jù)整合為大型、集中化管理的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，它的優(yōu)點是系統(tǒng)功能簡單和可管理性強，數(shù)據(jù)共享容易，用戶之前可以共享文件級數(shù)據(jù)，缺點是傳輸效率比較低、難以保證帶寬的穩(wěn)定性，它適用于非編站點較少的場合。

2.2 非編網(wǎng)設(shè)計與具體實施

從“石大云”的拓撲簡圖中可以看出“FC+以太”、“IP-SAN”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和它的架構(gòu)不同，如果要采用這兩種結(jié)構(gòu)需要額外購置存儲及光纖交換機，需要單獨的鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)，這和設(shè)計初衷不符，而且投入巨大，所以采用NAS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是最好的解決方案。在這個結(jié)構(gòu)中將非編網(wǎng)與校園網(wǎng)隔離，通過交換機單獨劃出一個VLAN，千兆網(wǎng)絡(luò)直連非編工作站。

目前中心共有3臺高清有卡工作站、1臺高清無卡工作站、1臺標清有卡工作站，后期編輯業(yè)務(wù)主要集中在 35 Mbyte/s、 50 Mbyte/s的高清視頻源，節(jié)目制作通常使用2層視頻軌道編輯，制作要求比較精細的節(jié)目一般會用到 3～4層視頻軌道進行編輯。非編網(wǎng)絡(luò)讀寫帶寬取決于NAS存儲硬盤的數(shù)據(jù)讀寫速度及網(wǎng)絡(luò)帶寬，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實際帶寬一般由系統(tǒng)存儲硬盤的數(shù)據(jù)讀寫速度來決定。經(jīng)測試，千兆網(wǎng)到磁盤陣列的讀寫帶寬一般可以達到 650 Mbit/s 左右。這樣，按照3臺高清有卡工作站編輯3層 50 Mbit/s 的節(jié)目計算，3臺×3層×50 Mbits/s=450 Mbit/s，在系統(tǒng)滿負荷運載的情況下，尚可提供剩余的200 Mbit/s的帶寬，完全可以滿足業(yè)務(wù)帶寬需求，并且將來可以留有2～3臺非編工作站的擴展空間。非編網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 非編網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

整個非編網(wǎng)絡(luò)由在線存儲、服務(wù)器和有卡高標清非編工作站、媒資管理系統(tǒng)等設(shè)備組成。數(shù)據(jù)中心新購大容量存儲一臺和原數(shù)據(jù)中心的一臺EMC存儲進行存儲虛擬化，形成共享存儲，為整個非編網(wǎng)系統(tǒng)提供存儲資源。非編網(wǎng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、MDC服務(wù)器、媒資管理服務(wù)器和Web檢索服務(wù)器等所有服務(wù)器均利用了云中心的虛擬機系統(tǒng)搭建，利用VMware對虛擬服務(wù)器進行安裝和管理。在圖2中可以看出，非編網(wǎng)的前期素材包括索尼XDCAM攝像機的SXS素材、松下攝像機的P2素材、高清硬盤錄像機和外部直接拷貝的素材、模擬磁帶的素材，所有前期素材統(tǒng)一數(shù)字化處理后拷貝進入云存儲；素材經(jīng)過篩選之后按照具體的編目規(guī)范上載到媒資管理系統(tǒng)之中。所有非編工作站通過千兆網(wǎng)絡(luò)與云存儲和媒資管理系統(tǒng)相連，具體編輯制作節(jié)目時可以從云存儲直接以“引入”的方式將素材調(diào)入到非線編系統(tǒng)中(避免了二次拷貝)；或者從媒資系統(tǒng)中進行素材檢索，這樣的好處是可以不用將整個素材導(dǎo)入，通過打入出點的方式只將需要的部分導(dǎo)出，在有海量素材的情況下，系統(tǒng)可以用全文檢索、參數(shù)檢索等多種檢索方式查詢素材，可以大大提高工作的效率。

2.3 非編網(wǎng)安全性設(shè)計

非編網(wǎng)屬于一個高度集成化的系統(tǒng)，它的安全性設(shè)計是非常關(guān)鍵的，在安全性方面做了以下措施保證網(wǎng)絡(luò)最大限度的安全化：

1)素材共享化、故事板共享化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化等都是以“石大云”為基礎(chǔ)的，非編網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)、非編網(wǎng)和校園網(wǎng)之間都設(shè)置了不同規(guī)則的防火墻，封閉了非編網(wǎng)內(nèi)所有的外部輸入端口，從物理鏈路上隔斷了來自互聯(lián)網(wǎng)上的病毒和攻擊。

2)非編網(wǎng)數(shù)據(jù)庫、各個非編站點的數(shù)據(jù)庫都設(shè)置了自動備份功能，按照不同的備份策略自動備份數(shù)據(jù)庫。

3)非編網(wǎng)使用Windows域帳戶策略來防止非法人員進入，所有用戶只要登錄到域，在域內(nèi)均能進行身份驗證，管理人員可以較好地管理非編網(wǎng)內(nèi)部資源，管理網(wǎng)絡(luò)的成本大大降低。工作人員登陸到域后才能進行素材的導(dǎo)入導(dǎo)出、素材的檢索，才能正常使用非編軟件和媒資軟件的所有功能。

4)非編網(wǎng)內(nèi)設(shè)備除了在網(wǎng)絡(luò)上和“石大云”相連，在物理供電上也與數(shù)據(jù)中心設(shè)備共用一個電力，后臺由UPS和柴油發(fā)電機組保障非編工作站的用電安全，預(yù)防供電中斷帶來的機器損壞和數(shù)據(jù)丟失。

3 結(jié)束語

實踐證明，非編網(wǎng)搭建近一年時間，運行狀況良好，滿足了需求，之前的各種缺陷完全改進。近半年以來，利用這套非編網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共制作各類教學(xué)片、宣傳片共10余部，制作課堂教學(xué)視頻錄像幾百小時，它的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在有多個制作任務(wù)同時進行時，素材共享化、故事板共享化、檢索快速化所帶來的制作人員工作效率的極大提高，同時在“石大云”的軟硬件系統(tǒng)的保障下，使得非編網(wǎng)的安全性得到了極大的保證。另外，基于學(xué)校云計算中心的非編系統(tǒng)搭建方案在滿足需求的前提下，大大節(jié)約了建設(shè)經(jīng)費，在高校中也起到了良好的示范作用。

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Design and Applied Research of NLE Network Based on Cloud Computing Center

CHEN Yong, ZHANG Yongbo

(China University of Petroleum, Shandong Qingdao 266580, China)

According to the demand,the reconstruction of NLE network in China University of Petroleum is combined with and provides an integrated plan of constructing the NLE network that based on the cloud computing center. The construction of Cloud computing center in college, clarifies the design of NLE Network and the specific implementation process, also with the problem of security design of the network. As a result, the efficiency of system is ascending and the cost of investment reduces a lot by the server virtualization and storage virtualization, which plays an important role in similar system in the colleges.

nonlinear editing network; virtualization; media asset management system; nonlinear editing workstation; cloudcomputing

TN948

A

10.16280/j.videoe.2015.20.019

2014-11-06

【本文獻信息】陳勇，張勇波.基于云中心的非編網(wǎng)絡(luò)在高校中的設(shè)計及應(yīng)用[J].電視技術(shù),2015，39(20).

陳 勇(1968— )，副研究員，網(wǎng)絡(luò)及教育技術(shù)中心主任。

責(zé)任編輯：許 盈