姜燕冰 侯春海 王誠 胡啟興

【摘要】提出了演出場所基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的橋接演出控制系統(tǒng)與演出管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（DAP）模型，內(nèi)容包括建立DAP參考模型、操作程序和報文定義，并開發(fā)了SWFusioner智能融合系統(tǒng)及配套的IoT網(wǎng)關(guān)設(shè)備SWF-GW01以驗證DAP的實用性、有效性，闡述未來區(qū)塊鏈技術(shù)在演出場所大數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】演出場所;數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議;演出控制系統(tǒng);演出管理系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng);網(wǎng)關(guān);區(qū)塊鏈;大數(shù)據(jù)

D01：10.3969/j.issn.1674-8239.2021.12.010

Research and Application of Data Aggregation Protocol for Performance Venues

JIANG Yan-bing1，HOU Chun-hai1，2，WANG Cheng3，HU Qi-xing2

（1. Communication University of Zhejiang，Hangzhou Zhejiang 310018，China;

2. Shenzhen SWJockey Science and Technology Co.，LTD.，Shenzhen Guangdong 518000，China;

3. Zhejiang RADIO&TV Group，Hangzhou Zhejiang 310005，China）

【Abstract】A Data Aggregation Protocol （DAP）model，including DAP reference model，operating schedule and data packet defination，is presented for bridging Show Control System （SCS）and Show Management System （SMS）based on IoT （Internet of Things）gateway for performance venues. With the development of SWFusioner intelligent merging system with SWF-GW01 IoT gateway，feasibility and effectiveness for DAP are verified. A perspective block chain technology applications for big data management in future performance venues are illustrated.

【Key Words】performance venues;Data Aggregation Protocol （DAP）;Show Control System（SCS）;Show Management System（SMS）;Internet of Things （IoT）;gateway;block chain;big data

演出場所數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（Data Aggregation Protocol，DAP）研究是演出控制[1]向演出管理演化的基礎(chǔ)性研究，也是物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）和區(qū)塊鏈技術(shù)[2]應(yīng)用于文化和演藝裝備管理的基石。因此，文化和旅游部將演出場所安全數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議規(guī)范納入標(biāo)準(zhǔn)化研究內(nèi)容，望建立演出場所燈光系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、環(huán)境空氣質(zhì)量系統(tǒng)、特效系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、監(jiān)督及通信系統(tǒng)、舞美裝置系統(tǒng)、演出控制系統(tǒng)等相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)一協(xié)議規(guī)范，將原先獨立于信息化管理之外的演出場所各個獨立子系統(tǒng)和裝備納入大數(shù)據(jù)管理范疇。通過對演藝裝備的統(tǒng)一數(shù)據(jù)監(jiān)測和管理，開發(fā)和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，對演藝裝備的基礎(chǔ)運維數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)塊鏈管理，從演出控制提升至演出管理和文化大數(shù)據(jù)管理[3]，從而大幅度優(yōu)化和提升對經(jīng)營團(tuán)體和演出場所的管理水平。

1橋接演出控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議模型

演出場所的主要功能是服務(wù)于演出活動和觀演需求，演出控制（Show Control）統(tǒng)一協(xié)調(diào)燈光、機械和音響等一系列子系統(tǒng)有序運作，成為演藝專用設(shè)備的核心技術(shù)活動。目前已經(jīng)很難考證“演出控制（Show Control）”一詞最早出處，一場演出需要燈光、音響、特效等方面的專業(yè)技術(shù)人員組成Show Control團(tuán)隊，統(tǒng)一配合演員完成演出活動，已成為所有各個演出場所的實際存在。1994年，John Huntington在《Control Systems for Live Entertainment〉〉一書中正式給出演出控制系統(tǒng)（Show Control System）和娛樂控制系統(tǒng)（Entertainment Control System）的定義，具體如下。

娛樂控制系統(tǒng)（Entertainment Control System，又稱“ECSs”）：

演出娛樂場所用于專用設(shè)備的獨立控制系統(tǒng)，遵循各專業(yè)設(shè)備的特殊控制要求和規(guī)則。如燈光控制、音響控制、視頻控制、索具（或威亞）、煙花特效控制等。一般每個獨立ECS包括一系列的CUEs（表演場景交接轉(zhuǎn)換）的觸發(fā)和控制操作。

演出控制系統(tǒng)（Show Control System，又稱“SCS”）：

應(yīng)用自動化技術(shù)統(tǒng)一連接及協(xié)調(diào)操作多個ECSs的集中控制系統(tǒng)。使各個獨立ECSs子系統(tǒng)按照文化創(chuàng)意或演出內(nèi)容要求同時或獨立觸發(fā)和控制操作一系列CUEs，達(dá)成忠實服務(wù)于文化創(chuàng)意和演員藝術(shù)表演的功能要求。

按照J(rèn)ohn Huntington的定義，應(yīng)用自動化技術(shù)的SCS可能在MIDI協(xié)議出現(xiàn)以后，把音響系統(tǒng)通過MIDI協(xié)議納入自動控制觸發(fā)的操作中來。1990年，MIDI Show Control（MSC）標(biāo)準(zhǔn)由USITT（United States Institute for Theater Technology）MIDI Forum創(chuàng)立，1991年，MIDI MA（MIDI Manufacturers Association）正式發(fā)布了MSC 1.0標(biāo)準(zhǔn)[4]。隨著人工智能、視頻技術(shù)、傳感器、自動控制等信息技術(shù)發(fā)展，SCS正朝著智能化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化方向持續(xù)演進(jìn)。

SCS的任務(wù)是演出活動時將演藝裝備和技術(shù)運用到創(chuàng)作過程中，協(xié)調(diào)各個ECSs的CUEs觸發(fā)和控制操作。SCS的廣泛應(yīng)用不僅僅局限于CUEs動作幾乎不變的個別秀場、娛樂、主題樂園等場合，通過時間軸、飛CUEs等操作，尤其是視頻效果（如濾鏡、多圖層現(xiàn)場制作、摳像、轉(zhuǎn)場效果等），使得現(xiàn)場技術(shù)人員即興制作CUEs融入藝術(shù)創(chuàng)作中。因SCS更側(cè)重于現(xiàn)場控制，不能解決演出場所專用設(shè)備的操作維護(hù)問題，所以要實現(xiàn)演藝裝備和各個ECSs日常在線的運行維護(hù)管理，還要借助于演出管理系統(tǒng)（Show Management System，SMS）。當(dāng)前，國內(nèi)外演出場所存在無統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集及協(xié)議規(guī)范、報警和預(yù)警信息的數(shù)據(jù)依據(jù)不統(tǒng)一等狀況，迫切需要建立演出場所安全數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議規(guī)范，將各個子系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的協(xié)議規(guī)范格式匯聚到各個演出管理系統(tǒng)，實施規(guī)范化管理。因此，SMS實現(xiàn)的關(guān)鍵則是建立一套可實現(xiàn)演藝裝備物聯(lián)網(wǎng)管理的統(tǒng)一數(shù)據(jù)匯聚接口網(wǎng)關(guān)，橋接演藝裝備和各個ECSs到SMS管理節(jié)點，如圖1所示。

這些IoT網(wǎng)關(guān)可看作演藝裝備和ECSs的物聯(lián)網(wǎng)媒介（Agent），可以接入到SMS節(jié)點。數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議模型如圖2所示，SMS是DAP服務(wù)器端，各個IoT網(wǎng)關(guān)是DAP 客戶端。SMS可以應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，建立演出管理的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，并可通過信息分析和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)抓手，掌控各個演出場所和經(jīng)營團(tuán)體管理的全局信息。

2DAP內(nèi)容研究

數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議的研究是演出管理以及未來演藝裝備大數(shù)據(jù)管理的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究的一部分，內(nèi)容包括建立DAP參考模型、協(xié)議操作程序和協(xié)議報文定義三部分。

2.1DAP參考模型

DAP協(xié)議參考模型（如圖2所示）定義了三個關(guān)聯(lián)單元，包括DAP 服務(wù)器端、DAP客戶端和演出場所專業(yè)設(shè)備安全數(shù)據(jù)接口，DAP服務(wù)器端與DAP客戶端通過TCP/UDP協(xié)議連接。

DAP服務(wù)器端服務(wù)于演出場所安全數(shù)據(jù)匯聚的根節(jié)點，也是本地統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理節(jié)點;DAP客戶端與DAP服務(wù)器端多對一，實現(xiàn)將演出場所專業(yè)設(shè)備安全數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換成DAP，并匯聚到DAP服務(wù)器端;在DAP客戶端，演出場所專業(yè)設(shè)備安全數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)接收演出場所相關(guān)設(shè)備的安全數(shù)據(jù)，這些設(shè)備包括燈光系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、環(huán)境空氣質(zhì)量、特效系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、監(jiān)督及通信系統(tǒng)、舞美裝置系統(tǒng)、演出控制系統(tǒng)等。

2.2DAP操作程序

DAP操作（如圖3所示）通過TCP/UDP，采用客戶端/服務(wù)器模式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

步驟1：DAP客戶端與DAP服務(wù)器端建立連接，由DAP客戶端發(fā)起請求連接，DAP服務(wù)器端同意連接后，建立連接;

步驟2：DAP客戶端與DAP服務(wù)器端之間可以進(jìn)行雙向通信;

步驟3：當(dāng)通信結(jié)束時，由DAP客戶端發(fā)送結(jié)束通信請求后，DAP客戶端與DAP服務(wù)器端連接結(jié)束，并釋放通信端口資源。

2.3DAP報文

協(xié)議數(shù)據(jù)包基本格式如圖4所示，包括數(shù)據(jù)包頭、數(shù)據(jù)包內(nèi)容和數(shù)據(jù)包尾三大部分。數(shù)據(jù)包頭包括IP地址、通道數(shù)、特征字、操作類型、擴展字和數(shù)據(jù)內(nèi)容長度;數(shù)據(jù)包尾包括校驗位低位和校驗位高位。

數(shù)據(jù)包采用JSON格式[5]，依據(jù)JSON語法規(guī)則，DAP數(shù)據(jù)包基本格式說明如表所示，其書寫的語法規(guī)則為：

（1）數(shù)據(jù)在鍵值對中;

（2）數(shù)據(jù)由逗號分隔;

（3）花括號保存對象;

（4）方括號保存數(shù)組。

3DAP的應(yīng)用開發(fā)

為驗證DAP的實用性、有效性，開發(fā)了演出管理的SWFusioner智能融合系統(tǒng)及配套的IoT網(wǎng)關(guān)設(shè)備SWF-GW01，并應(yīng)用于浙江國際影視中心，實現(xiàn)2 500 m²、1 200 m²及2個600 m²共4個演播廳的燈光配電、機械吊掛和空氣質(zhì)量監(jiān)測等專用設(shè)備的環(huán)境能源等安全信息進(jìn)行獲取匯聚、統(tǒng)一分析、規(guī)范管理，其系統(tǒng)功能如圖5所示，具體包括以下管理內(nèi)容。

（1）SWFusioner系統(tǒng)（操作界面如圖6所示）設(shè)于影視制作中心二樓中央控制室，實現(xiàn)4個演播廳的燈光配電、機械吊掛和空氣質(zhì)量在線實時監(jiān)測及安全報警功能;并對4個演播廳的環(huán)境能源數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析及處理，具有本地能源管理和報表分析等功能。

（2）各個演播廳安裝協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)SWF-GW01（如圖7所示），分別對各個演播廳智能機械吊掛、燈光配電和空氣質(zhì)量監(jiān)測3個子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，并統(tǒng)一匯聚到SWFusioner系統(tǒng)。

（3）借助于浙江廣電現(xiàn)有VPN網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)VPN專線服務(wù)，實現(xiàn)蕭山國際影視中心及杭州莫干山路總部的遠(yuǎn)程桌面環(huán)境能源監(jiān)管功能。

SWFusioner系統(tǒng)將數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)成功引入演出管理領(lǐng)域。根據(jù)演出管理的產(chǎn)業(yè)特點，將異種通信協(xié)議規(guī)范于演出場所DAP，并在數(shù)據(jù)信息的處理、傳輸和應(yīng)用上，挖掘音視頻、燈光、舞臺機械等演藝行業(yè)的新型管理模式，以“跨界整合”推動規(guī)范化管理。

SWFusioner系統(tǒng)具有較高的安全防范性和可控性，可充分滿足規(guī)范管理的要求，操作方便，維護(hù)簡單，便于管理。在演出的整個過程中都會實時地提供精確的設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)，供相關(guān)舞臺操作人員參考，以便于及時的處理和設(shè)置應(yīng)急預(yù)案和措施，或規(guī)避相應(yīng)風(fēng)險，保證演出的正常安全運行。整個系統(tǒng)的信息處理和傳輸建立在TCP/IP加密隧道技術(shù)基礎(chǔ)上，對環(huán)境能源安全信息統(tǒng)一管理和維護(hù)，即避免了演藝信息丟失的風(fēng)險，又保證了重要信息的安全性，為將來滿足廣電系統(tǒng)的演播廳專用設(shè)備統(tǒng)一區(qū)塊鏈管理奠定基礎(chǔ)。

環(huán)境能源管理模塊是整個SWFusioner系統(tǒng)的能源分析和展示模塊，有能源分析工具箱、報表生成及管理工具及遠(yuǎn)程VPN桌面管理服務(wù)三部分，可定制環(huán)境能源監(jiān)控接口、能源管理分析報表、遠(yuǎn)程VPN桌面展示等功能。借助于能源分析工具箱，可實現(xiàn)演播廳環(huán)境能源數(shù)據(jù)的過濾、整合、環(huán)比、同比以及故障智能預(yù)警、報警等功能。

協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)SWF-GW01是演出場所安全數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，支持調(diào)光柜、環(huán)境監(jiān)測和機械承重設(shè)備的集中參數(shù)收集、緩存和轉(zhuǎn)發(fā)功能，可設(shè)定接入設(shè)備使用的協(xié)議，并將安全數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一DAP匯聚到中心數(shù)據(jù)庫，以滿足演出場所IoT管理需求。

4未來演出管理的區(qū)塊鏈應(yīng)用

區(qū)塊鏈技術(shù)是比特幣系統(tǒng)的底層核心技術(shù)，作為一種去中心化數(shù)據(jù)庫技術(shù)，其開放式、扁平化、平等性、不具備強制性的中心控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已應(yīng)用到眾多領(lǐng)域[6]。區(qū)塊鏈技術(shù)不僅僅解決信任問題，其去中心化、透明性、公平性以及公開性與面向演藝裝備和ECSs運行維護(hù)的演出管理物聯(lián)網(wǎng)理念相吻合，其在演出管理的應(yīng)用也將進(jìn)一步推動演藝文化大數(shù)據(jù)管理架構(gòu)的建設(shè)。

區(qū)塊鏈技術(shù)的特點與演出管理物聯(lián)網(wǎng)理念在一定程度上具有相似性，如表2所示，具體敘述如下。

（1）區(qū)塊鏈和演出管理物聯(lián)網(wǎng)都體現(xiàn)了去中心化的思想。區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，不存在中心化的數(shù)據(jù)庫，每個節(jié)點都保存了區(qū)塊鏈的全部信息，權(quán)利和義務(wù)對等;演出管理物聯(lián)網(wǎng)中分布式演出場所演藝裝備和ECSs將成為重要的組成部分，各個演出場所的演出活動平等且分散，產(chǎn)生的運行維護(hù)數(shù)據(jù)可以平等分享。

（2）區(qū)塊鏈和演出管理物聯(lián)網(wǎng)都體現(xiàn)了自治協(xié)同性。區(qū)塊鏈系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點運行和維護(hù)，不存在統(tǒng)一的管理機構(gòu);在演出管理物聯(lián)網(wǎng)中強調(diào)演出控制系統(tǒng)的自調(diào)度和生態(tài)化運行。

（3）區(qū)塊鏈和演出管理物聯(lián)網(wǎng)都能夠信息可追溯。利用區(qū)塊鏈技術(shù)能夠建立公平開放的安全運行管理機制，同時各個演出管理節(jié)點可以很好地分享大數(shù)據(jù)分析的共性信息，提升安全運行管理水平。

（4）區(qū)塊鏈和演出管理物聯(lián)網(wǎng)都具有自動化特征。區(qū)塊鏈系統(tǒng)可以通過智能合約來實現(xiàn)合同執(zhí)行的自動化和智能化;演出管理物聯(lián)網(wǎng)將存在大量的設(shè)備運行維護(hù)信息，以及ECSs的自動執(zhí)行的CUEs信息。

因此，構(gòu)建如圖8所示的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的演出管理物聯(lián)網(wǎng)，不但發(fā)揮區(qū)塊鏈去中心化架構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢，也為未來演出場所大數(shù)據(jù)管理應(yīng)用提供必要的技術(shù)和管理手段。

該基于區(qū)塊鏈技術(shù)的演出管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有如下特點。

（1）調(diào)度運行去中心化。區(qū)塊鏈?zhǔn)苟鄠€演出管理系統(tǒng)之上不需存在統(tǒng)一的機構(gòu)進(jìn)行調(diào)度管控，通過IoT網(wǎng)關(guān)SWF-GW01將演出場所不同ECSs和演藝裝備的運行維護(hù)信息共享于多個演出管理運行區(qū)塊鏈，多ECSs系統(tǒng)中每個個體都能夠通過所在地區(qū)的不同SCS和SMS信息進(jìn)行自調(diào)度決策，優(yōu)化自身設(shè)備管理和維護(hù)。

（2）數(shù)據(jù)具有保密性與可靠性。不同SMS系統(tǒng)內(nèi)的信息是私有信息，這些信息通過公鑰加密后上傳拷貝的方式確保信息傳遞的保密性;而系統(tǒng)SMS節(jié)點信息是共有信息可以被公開查詢，區(qū)塊鏈分布式賬本的存儲方式能夠保證節(jié)點運行維護(hù)信息的真實可靠，不易被篡改，進(jìn)而具有公正性。

（3）共享全局信息分析和規(guī)范化數(shù)據(jù)管理服務(wù)。通過運行于區(qū)塊鏈之上的信息分析和大數(shù)據(jù)挖掘平臺，可以使各個子系統(tǒng)共享全局信息分析和規(guī)范化數(shù)據(jù)管理服務(wù)。這些服務(wù)借助區(qū)塊鏈技術(shù)，將大大增加共享信息的傳播和應(yīng)用效率，包括但不限于演藝裝備的綜合評價、演出場所管理評價及對標(biāo)管理、演出團(tuán)體管理評價及對標(biāo)管理等。

雖然目前區(qū)塊鏈應(yīng)用還處于探索階段，但隨著文化大數(shù)據(jù)應(yīng)用的布局和展開，未來區(qū)塊鏈技術(shù)可擴展至包括各種演出場所管理信息、演出裝備操作維護(hù)數(shù)據(jù)、演出信息、建筑信息和其他相關(guān)信息。這些演出場所的數(shù)據(jù)匯聚起來，將形成文化演出相關(guān)的大數(shù)據(jù)。通過信息分析和服務(wù)平臺的全局建設(shè)，按照數(shù)據(jù)成熟度DMM[7]等先進(jìn)數(shù)據(jù)管理模型要求，結(jié)合演出場所的典型數(shù)據(jù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)可為經(jīng)營團(tuán)體和演出場所提供包括但不限于如下服務(wù)。

（1）演藝裝備的操作和維護(hù)：如結(jié)合同類型設(shè)備的操作和維護(hù)綜合評價，可為演出場所管理推薦設(shè)備維護(hù)和更換時間、就近可替換設(shè)備優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商、結(jié)合演出排期關(guān)注重點設(shè)備運行、設(shè)備預(yù)警及報警閾值自動設(shè)定或調(diào)整等。

（2）演出場所標(biāo)準(zhǔn)化管理：結(jié)合演出場所的各類數(shù)據(jù)及信息的模型化分析，可給出相似類型的演出場所的能源消耗、觀眾類別及出席人數(shù)、安全評價等綜合指標(biāo)并實施對標(biāo)管理。

（3）演出團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)化管理：結(jié)合演出場所管理，可建立演出相似節(jié)目的能源消耗和安全評價的動態(tài)指標(biāo)，并對演出團(tuán)體實施對標(biāo)管理評價。

（4）政府主管部門的決策支撐：通過綜合數(shù)據(jù)分析，可為主管機構(gòu)提供如新建演出場所的能耗預(yù)測、票務(wù)狀況預(yù)測和效益分析等服務(wù);對既有演出場所提供綜合評價等服務(wù)。

5總結(jié)

演出場所數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議是實現(xiàn)演出控制和演出管理系統(tǒng)信息交換的橋梁，其研究是物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于文化和演藝裝備管理的先決條件。基于演出場所數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議開發(fā)和應(yīng)用案例研究，以及詳細(xì)分析區(qū)塊鏈技術(shù)與演出管理物聯(lián)網(wǎng)理念的相似性，建立基于區(qū)塊鏈技術(shù)的演出管理物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，證明實現(xiàn)運行維護(hù)規(guī)范大數(shù)據(jù)管理服務(wù)是可行的和必要的。未來區(qū)塊鏈技術(shù)可擴展至包括各種演出場所管理信息、演出裝備操作維護(hù)數(shù)據(jù)、演出信息、建筑信息和其他相關(guān)信息，更好地發(fā)揮區(qū)塊鏈技術(shù)優(yōu)勢，共享全局信息分析和規(guī)范化數(shù)據(jù)管理服務(wù)，從而進(jìn)一步提升各種演出場所的綜合管理能力。

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