基于云中心的非编网络在高校中的设计及应用

陈 勇，张勇波

(中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580)

基于云中心的非编网络在高校中的设计及应用

陈 勇，张勇波

(中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580)

结合中国石油大学(华东)网络及教育技术中心的非编网络改造，从实际需求出发，对构建一个基于云计算中心的非编系统进行了整体规划。简要介绍了学校云计算中心的建设，在此基础上详细阐述了非编网的设计方案及具体实施过程、网络的安全性设计等问题，并利用服务器虚拟化和存储虚拟化等技术提高了系统的效率，大大减少了投资成本，在高校同类系统中起到了很好的借鉴作用。

非编网；虚拟化；媒资系统；非编工作站；云计算

国家教育信息化十年发展规划(2011—2020年)中提到“建设各级各类优质数字教育资源，促进优质教育资源普及共享”。教育部十二五规划明确提出了“推动优质资源的开发、集成与共享。出台国家精品开放课程建设的实施意见，加快数字教育资源开发”战略。教学资源的开发、建设和利用是教学信息化的核心内容之一，中国石油大学(华东)网络及教育技术中心承担着全校视频教学资源的建设，包括各类教师课程、各类教学片和宣传片的拍摄与制作。

非线性编辑系统在各类视频资源的制作中是不可或缺的，学校自从2005年至2013年开始陆续购置多台标清、高清大洋非线性编辑工作站用于视频的后期制作。由于非线编设备昂贵，学校采购均为单台次分批购买，在节目制作模式上一直以来沿用单台非线性编辑的模式。但随着教学视频制作任务的逐步增加，传统单台非线编“单打独斗”的缺陷越来越明显，主要体现在以下几个方面：

1)素材无法共享，前期的素材来源多样化，有索尼XDCAM HD 422、松下P2HD、高清硬盘录像机、标清模拟磁带采集等各类素材，同样的素材需要重复拷贝导入多次，步骤非常繁琐，工作效率低下，大大浪费了人力物力。

2)故事板无法共享，在哪一台非线编工作站建立的故事板只能在哪一台工作站上编辑，这样就造成了很大的风险。高清视频一般码流都在100 Mbyte/s以上，小高清码流也大都在35 Mbyte/s、50 Mbyte/s，在编辑过程中硬盘的读写是非常频繁的，而且数据量巨大，硬盘的故障率就会大大增加，同时也容易引起工作站其他部件的故障，一旦出现问题，故事板就无法打开，那损失将是不可想象的。

3)非编系统存储容量小，不容易扩展。现有非编工作站由于主板接口少，最多只能外挂4个素材盘，单个素材盘的容量太大容易出现问题，存储扩展困难。

出现上述问题最主要的原因是没有将整个资源统一规划利用，而云计算技术可以集中资源提供分散的服务，实现异源、异构海量数据集中、高效、安全的存储管理，并对外提供统一的存储服务平台。所以为了解决由于制作任务增加而带来的各种弊端，决定利用云计算技术对现有的非编系统进行改造组网，同时和现有的媒资管理系统进行融合。

1 云计算中心建设概述

中国石油大学网络及教育技术中心一直承担着学校的校园信息化建设，中国石油大学校园云计算中心(简称“石大云”)是学校信息化建设的基础和保障，非编网的设计和运行也是以它为基础的。

云计算在教育领域中的迁移称为“教育云”，“教育云”是指利用云平台实现教学数字化、电子化、信息化、无纸化，为教育者提供良好的平台。“石大云”的建设采用云计算技术对数据中心硬件资源和基础软件的统一管理、统一分配、统一部署、统一监控和统一备份，打破原先信息系统建设中普遍采用的应用系统“封闭运行，相对独立”的模式，实现各类计算资源和运用动态调整、自动故障切换和应用系统快速部署，将全校的计算资源、存储资源、网络资源池化和自动化，搭建一个全校的数据中心、应用中心、资源中心、计算中心，为全校相关的业务部门提供应用云服务。“石大云”的拓扑简图如图1所示。

图1 “石大云”拓扑简图

“石大云”的建设通过组建虚拟化资源池为业务系统提供计算资源服务，主要包括网络的虚拟化、服务器的虚拟化和存储的虚拟化。

2 非编网络架构设计及应用

2.1 非编网络架构概述

非线性编辑网络架构包含通信网络和存储网络两个结构，主要分为3种架构：“FC+以太”的双网结构、IP-SAN结构、NAS网络架构。

“FC+以太”双网结构的系统具有高性能，可以保证大数据量并发访问的情况下非编读写带宽稳定，但是其造价高昂和FC设备维护比较复杂，这种结构适用于高投入、资金充足的单位搭建，大型电视台一般均采用此架构。

IP-SAN网络架构基于iSCSI存储技术，它和NAS一样可以通过IP网络来传输数据，但在数据存取方式上，则采用与NAS(TCP/IP)不同、却与FC-SAN相同的块协议。它的最大优势在于协议设计的高效性，IP-SAN适合于那些对流量带宽稳定性要求不是太高的应用场合。

NAS技术是一种将分布、独立的数据整合为大型、集中化管理的数据存储技术，它的优点是系统功能简单和可管理性强，数据共享容易，用户之前可以共享文件级数据，缺点是传输效率比较低、难以保证带宽的稳定性，它适用于非编站点较少的场合。

2.2 非编网设计与具体实施

从“石大云”的拓扑简图中可以看出“FC+以太”、“IP-SAN”的网络架构和它的架构不同，如果要采用这两种结构需要额外购置存储及光纤交换机，需要单独的铺设网络，这和设计初衷不符，而且投入巨大，所以采用NAS网络架构是最好的解决方案。在这个结构中将非编网与校园网隔离，通过交换机单独划出一个VLAN，千兆网络直连非编工作站。

目前中心共有3台高清有卡工作站、1台高清无卡工作站、1台标清有卡工作站，后期编辑业务主要集中在 35 Mbyte/s、 50 Mbyte/s的高清视频源，节目制作通常使用2层视频轨道编辑，制作要求比较精细的节目一般会用到 3～4层视频轨道进行编辑。非编网络读写带宽取决于NAS存储硬盘的数据读写速度及网络带宽，系统网络的实际带宽一般由系统存储硬盘的数据读写速度来决定。经测试，千兆网到磁盘阵列的读写带宽一般可以达到 650 Mbit/s 左右。这样，按照3台高清有卡工作站编辑3层 50 Mbit/s 的节目计算，3台×3层×50 Mbits/s=450 Mbit/s，在系统满负荷运载的情况下，尚可提供剩余的200 Mbit/s的带宽，完全可以满足业务带宽需求，并且将来可以留有2～3台非编工作站的扩展空间。非编网系统结构如图2所示。

图2 非编网系统结构图

整个非编网络由在线存储、服务器和有卡高标清非编工作站、媒资管理系统等设备组成。数据中心新购大容量存储一台和原数据中心的一台EMC存储进行存储虚拟化，形成共享存储，为整个非编网系统提供存储资源。非编网数据库服务器、MDC服务器、媒资管理服务器和Web检索服务器等所有服务器均利用了云中心的虚拟机系统搭建，利用VMware对虚拟服务器进行安装和管理。在图2中可以看出，非编网的前期素材包括索尼XDCAM摄像机的SXS素材、松下摄像机的P2素材、高清硬盘录像机和外部直接拷贝的素材、模拟磁带的素材，所有前期素材统一数字化处理后拷贝进入云存储；素材经过筛选之后按照具体的编目规范上载到媒资管理系统之中。所有非编工作站通过千兆网络与云存储和媒资管理系统相连，具体编辑制作节目时可以从云存储直接以“引入”的方式将素材调入到非线编系统中(避免了二次拷贝)；或者从媒资系统中进行素材检索，这样的好处是可以不用将整个素材导入，通过打入出点的方式只将需要的部分导出，在有海量素材的情况下，系统可以用全文检索、参数检索等多种检索方式查询素材，可以大大提高工作的效率。

2.3 非编网安全性设计

非编网属于一个高度集成化的系统，它的安全性设计是非常关键的，在安全性方面做了以下措施保证网络最大限度的安全化：

1)素材共享化、故事板共享化、网络虚拟化、服务器虚拟化、存储虚拟化等都是以“石大云”为基础的，非编网和互联网、非编网和校园网之间都设置了不同规则的防火墙，封闭了非编网内所有的外部输入端口，从物理链路上隔断了来自互联网上的病毒和攻击。

2)非编网数据库、各个非编站点的数据库都设置了自动备份功能，按照不同的备份策略自动备份数据库。

3)非编网使用Windows域帐户策略来防止非法人员进入，所有用户只要登录到域，在域内均能进行身份验证，管理人员可以较好地管理非编网内部资源，管理网络的成本大大降低。工作人员登陆到域后才能进行素材的导入导出、素材的检索，才能正常使用非编软件和媒资软件的所有功能。

4)非编网内设备除了在网络上和“石大云”相连，在物理供电上也与数据中心设备共用一个电力，后台由UPS和柴油发电机组保障非编工作站的用电安全，预防供电中断带来的机器损坏和数据丢失。

3 结束语

实践证明，非编网搭建近一年时间，运行状况良好，满足了需求，之前的各种缺陷完全改进。近半年以来，利用这套非编网络系统共制作各类教学片、宣传片共10余部，制作课堂教学视频录像几百小时，它的优势主要体现在有多个制作任务同时进行时，素材共享化、故事板共享化、检索快速化所带来的制作人员工作效率的极大提高，同时在“石大云”的软硬件系统的保障下，使得非编网的安全性得到了极大的保证。另外，基于学校云计算中心的非编系统搭建方案在满足需求的前提下，大大节约了建设经费，在高校中也起到了良好的示范作用。

[1] 宋文文，龚文涛. 高校云计算中心网络架构设计与实现[J].微型电脑应用，2013(29)：15-17.

[2] 吴振华.网络化高清非编实验室的建设[J].实验室研究与探索，2011(30)：181-184.

[3] 孙林记，冒卫.谈国内非编网的10年发展史[J].电视技术，2010，34(12)：97-100.

[4] 周莎.电视新闻非编网络系统设计及工作流程构建研究[J].现代电子技术，2013(36)：40-42.

[5] 宋文文，史祖伟.云计算中心和灾备中心一体化规划设计[J].黑龙江科技信息，2013(5)：170-171.

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

【本文献信息】陈勇，张勇波.基于云中心的非编网络在高校中的设计及应用[J].电视技术,2015，39(20).

陈 勇(1968— )，副研究员，网络及教育技术中心主任。

责任编辑：许 盈