分布式存储在高清制作网应用

张勉文

【摘要】随着社会不断进步，观众对电视等视频节目画面质量提出了更高要求。随着节目制作高清，超高清化日益普及，我台原有的节目制作网带宽以及存储已经远远不能满足时代的发展。根据台实际;1.大幅度提高节目制作质量的基本目标，2.安全.快速.稳定.高效 .易升级的基本原则。逐步对原有的两个制作中心，存储容量及带宽瓶颈问题重新规划设计。

【关键词】分布式存储;高清;制作网

中图分类号：TN94                     文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.13.003

根据我台情况这次改造的是节目中心和创意制作中心，在非编网络中，存储是最重要的组成部分，由于未来使用的高清乃至4K视频分辨率至少1920*1080之上，用于剪辑视频素材码最少100Mbps，大大高于标清码率，存储节目素材所需要的空间更大。所需带宽更高。原两中心由于使用的是集中式网络存储，跨数据安全机制受限于已有的RAID架构，很难扩展为较低成本设备集群安全存储解决方案，而且原网络千兆带宽也是日后高清超清视频创作瓶颈。考虑到两中心大多素材需共享，为了日后使用安全高效方便，两中心共用一套存储系统。这里我们选用分布式存储系统;

1. 分布式网络存储

支持单节点部署，可以无缝扩容到集群。

弹性扩展（横向扩容），可在线增加或减少节点或磁盘，无需任何停机时间。

自动化的负载均衡，系统自动完成数据的重新平衡分布。

副本或纠删码修复机制，可保证跨设备节点的数据安全和修复机制，修复过程不中断前端业务访问。

多节点自动化的容错实现，分布式系统先天支持多节点多活，无需增加任何第三方容错或双活网关。

优势：

满足当前和未来工作容量和性能扩容的弹性存储。

多设备保证7*24小时业务流程的连续性。

基于以太网架构，支持iscsi/posix/nfs/cifs/s3等访问协议，可满足多种业务平台的访问。

自动均衡多点并发的高安全、高性能存储系统。

节点以上可单节点无缝扩容到集群。增加节点原存储节点上的数据将根据系统算法自动在各节点间均衡布置。

原单节点裸存储容量24*8T，增加到3个存储节点采用双副本模式，裸容量约为576TB左右，可用存储容量约288TB左右。

1.1 分布式系统安全性

支持1～8副本的部署方式。

支持跨节点的N+M纠删码数据保护（支持N+1，N+2，

N+3，N+4保护技术）。

提供磁盘使用中的巡检技术，及时报警。

支持系统存储节损坏时，数据不丢失;3个设备节点双

副本模式下，损坏1个设备节点业务不会停止。

双副本模式下，最多支持50%硬盘损坏，数据不丢失。

异常掉电后不丢失数据，系统不损坏，供电恢复后重

新启动并自动恢复正常连接。系统支持7×24小时连续长时间大压力下工作。

1.2 分布式存储性能

单节点：读吞吐量≥900MB/s，写吞吐量≥800MB/s，混合读写吞吐量≥1000MB/s

3个节点可提供2.2GB/s的访问带宽，满足20台以上高清非编5层100Mbps码率视频文件+5层字幕（含动画、图片、滚屏、唱词等）编辑和转码、打包合成工作等并发读写的需求。

多节点多副本并发，节点越多速度越快

分布式提供了方便快捷WEB方式节目制作系统管理功能

用户、角色权限管理功能

采取用户、角色存储权限的分级管理机制，建立的用户账号可进行精确到每天每小时的登录时间限制，也可对某些临时不用的账号进行临时屏蔽

磁盘配额管理及权限管理功能

提供了用户（私有空间）、存储目录（公有存储空间）的配额管理功能，提供目录权限管理，设置无、只读、完全控制权限

素材分享功能

支持检索到的素材可以通过WEB界面创建分享链接发给无权限用户进行下载使用

统计分析功能

可查看磁盘详情：序号、品牌、磁盘容量及SN号，当磁盘出现问题时右侧会出现预警信息提示。可实时查看NAS空间使用容量及剩余容量，阵列读取速度、写入速度及CPU使用率及内存使用率。在统计分析模块下可查看每个区的使用空间及文件种类数量占比。网络存储设備进行统一的状态监控和管理。

我台现采购的是3节点分布式存储，双副本模式，可用实际容量大概是244T，最多支持50%硬盘损坏，数据不丢失，3个节点大约2.2G/S带宽。

解决了存储问题，下来我们要解决传输带宽问题，随着万兆以太网的高速发展，我们两中心距离大约30KM，节目创意中心在电视台外办公，通过预留的城际光纤专线我们两地选用了华为S6720系列万兆以太网交换机用于两地数据链接，它提供了24个10GE SFP+端口，2个40GE QSFP+端口。考虑到一些旧非编电脑性能和成本问题，我们增加了一台华为S1720S系列千兆交换机，带光电口，旧非编使用RJ45千兆接存储交换机。两中心共20台新旧非编，通过AJA System Test读写测试，新非编单机接入10GB光纤网卡写大约118Mb/S，读大约565Mb/S（图1），旧非编接入千兆交换机读写大约100M/S（图2）。三台新非编10GB光纤接入读大约114Mb/S，写大约340Mb/s（图3）。考虑到视频制作主要看重的是读带宽，用Premiere制作节目如果按5层100Mbps码率视频文件+5层字幕（含动画、图片、滚屏、唱词等）编辑和转码、打包合成工作，满足了我台现有高清制作（我台平时实际片子一般码率50Mbps+3层左右）。考虑到台现阶段4K制作比较少，在没满负荷状态下，可满足3-5台机同时制作4K片子（SONY XAVC 4K文件1轨大约需要70M/S）。

在使用中我为两中心划分节目中心和经营中心两个角色，各中心独立使用各自素材，有个公有素材目录可两中心共享。通过一年左右使用中，遇到目录权限管理问题，在同一个中心因人员不多，完全私有素材可以存放私有空间中别人是不可使用。在公共区放可以公开使用素材;我们为每个编辑建一个以编辑本人名字目录，但通过使用中发现公共区默认的权限，在公共区A编辑能使用B编辑素材，但不能更改或存储在B编辑区域，实际使用中编辑会交叉使用不同编辑目录中素材，存储工程文件位置可能根据素材位置定，PR自动保存文件也是根据素材位置定的。这样就可能造成系统跳出没有权限警告，通过对存储管理WEB对每个人全权（各中心独立管理各中心权限），就可以解决此问题。但如果新建文件夹，也需重新放开权限一次，不然也会遇到同样问题。

在视频质量高速发展的今天，电视台节目制作存储性能，安全已成为建设非编制作网考虑的重点。一个完善的存储方案是网络建设的重要组成，它可以有效降低用户的TCO成本。基于软件定义存储的设计理念，其灵活的超融合部署模式可极大降低在采购、部署、运维、能耗等多方面的综合成本。随着万兆以太网的高速发展，以太网架构为高清视频制作和节目交换提供了更加广阔的平台。