淺析萬兆以太網(wǎng)技術(shù)在高清制作網(wǎng)中的應(yīng)用

韓小兵

（江蘇省寶應(yīng)縣廣播電視臺總臺，江蘇 揚(yáng)州 225800）

淺析萬兆以太網(wǎng)技術(shù)在高清制作網(wǎng)中的應(yīng)用

韓小兵

（江蘇省寶應(yīng)縣廣播電視臺總臺，江蘇 揚(yáng)州 225800）

介紹了在高清節(jié)目制作網(wǎng)中兩種常用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)，詳細(xì)介紹了利用萬兆以太網(wǎng)技術(shù)在高清制作網(wǎng)中的兩種應(yīng)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(gòu)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(luò)技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用范圍也逐步擴(kuò)大，已經(jīng)在通信、金融、教育、廣播電視等多個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用[1]。在廣播電視行業(yè)中，電視技術(shù)的發(fā)展也已經(jīng)從標(biāo)清（指物理分辨率為720×576像素的標(biāo)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(yuǎn)。

電視臺全面高清化后，臺內(nèi)原有以千兆以太網(wǎng)技術(shù)為支撐的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能承載高清數(shù)據(jù)的運(yùn)行，而基于SAN架構(gòu)的光纖網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)的封閉性、極差擴(kuò)展性也不能滿足電視臺全媒體業(yè)務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展需求。電視臺在以局域網(wǎng)應(yīng)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(gòu)的網(wǎng)絡(luò)呢？下面就此提出筆者的認(rèn)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(gòu)可以應(yīng)用于高清節(jié)目制作網(wǎng)，一是在標(biāo)清制作時(shí)代就大量使用的SAN架構(gòu)FC網(wǎng)絡(luò)，另一種就是以NAS架構(gòu)為主的10 Gbit/s以太網(wǎng)絡(luò)，前者已經(jīng)大量應(yīng)用在高清節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)中，后者的技術(shù)早已成熟，但是直到近兩年才開始應(yīng)用[2-3]。這兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)都能滿足高清節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)對帶寬的需求，到底哪一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)才是最貼合用戶業(yè)務(wù)需求的呢？如果要做比較，兩種網(wǎng)絡(luò)采用兩個(gè)完全不同的協(xié)議及架構(gòu)，F(xiàn)C-SAN支持Block協(xié)議，NAS則支持File協(xié)議，一個(gè)偏重對資源的管理，一個(gè)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(shí)際應(yīng)用出發(fā)，針對這兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行簡單探討。

1.1 FC-SAN高清制作網(wǎng)絡(luò)

1）FC-SAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

（1）技術(shù)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(shí)間，F(xiàn)C-SAN在標(biāo)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(diǎn)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(jī)到服務(wù)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(rèn)可，是因?yàn)槠鋫鬏斝矢摺捄愣?，不會出現(xiàn)以太網(wǎng)的丟包情況。

2）FC-SAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的缺點(diǎn)

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

（2）管理復(fù)雜度高?；贔C-SAN的架構(gòu)，需要特定的工具軟件來管理操作，每個(gè)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(diǎn)擴(kuò)容受制于SAN管理軟件。

（3）兼容性差。這是最讓電視臺技術(shù)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(luò)和以太網(wǎng)不能兼容，往往需要在FC制作網(wǎng)絡(luò)中添加以太網(wǎng)交換設(shè)備或者增加業(yè)務(wù)操作才能和其他以太網(wǎng)架構(gòu)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)交互。而不同廠商搭建的SAN架構(gòu)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(shí)現(xiàn)全臺各個(gè)業(yè)務(wù)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(dāng)存儲數(shù)據(jù)量達(dá)到存儲容量一半后，其性能下降非?？臁Ｒ?yàn)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(gòu)沒有以太網(wǎng)全交換架構(gòu)的性能高。

（5）系統(tǒng)部署復(fù)雜。節(jié)目制作網(wǎng)采用FC-SAN架構(gòu)時(shí)網(wǎng)絡(luò)部署采用雙網(wǎng)架構(gòu)，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(luò)部署需要光纖線纜和雙絞線分別和光纖交換機(jī)、以太網(wǎng)交換機(jī)連接，這種雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)在部署和維護(hù)上，復(fù)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(luò)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)簡單。在NAS的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，將原有的千兆鏈路提升到萬兆鏈路，其結(jié)構(gòu)沒有任何變化，也沒有SAN架構(gòu)中專業(yè)的管理系統(tǒng)，其管理復(fù)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(jī)和萬兆網(wǎng)卡的價(jià)格大幅下降。其次網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（相對SAN）的簡化也是導(dǎo)致成本下降的一個(gè)因素。當(dāng)然萬兆以太網(wǎng)部署后也不需要額外的投資升級上層應(yīng)用系統(tǒng)，也不會影響到原有的業(yè)務(wù)部署和應(yīng)用，所以組網(wǎng)成本比FC-SAN還低，進(jìn)一步體現(xiàn)了10 Gbit/s NAS性價(jià)比。

（3）兼容性好。還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)大的兼容性，萬兆以太網(wǎng)技術(shù)完全兼容臺內(nèi)原有的千兆網(wǎng)、百兆網(wǎng)等以太網(wǎng)，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的無縫兼容為全臺網(wǎng)絡(luò)一體化提供了強(qiáng)有力的支撐，使得在電視臺全臺網(wǎng)絡(luò)整合中不需要花更多的金錢和時(shí)間。

（4）可持續(xù)發(fā)展性。縱觀以太網(wǎng)技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)兼容的方式也是以太網(wǎng)技術(shù)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(wù)發(fā)展中更容易融合到互聯(lián)網(wǎng)中。

2）10 Gbit/s NAS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的缺點(diǎn)

相對千兆以太網(wǎng)成本較高。雖然萬兆以太網(wǎng)設(shè)備的價(jià)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(jìn)一步擴(kuò)大，希望價(jià)格差距會進(jìn)一步縮小，特別是萬兆萬卡、萬兆模塊的價(jià)格還有很大的下降空間。

2 萬兆以太網(wǎng)技術(shù)在節(jié)目制作網(wǎng)中的具體應(yīng)用

上文已經(jīng)簡單分析了2種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在節(jié)目制作網(wǎng)中的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，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(shù)在高清非編網(wǎng)中的應(yīng)用偏少，萬兆以太網(wǎng)技術(shù)到底如何在高清非編網(wǎng)中進(jìn)行應(yīng)用，筆者經(jīng)過實(shí)踐并不斷地總結(jié)，認(rèn)為萬兆以太網(wǎng)技術(shù)在高清非編網(wǎng)中有兩種應(yīng)用模式。

2.1 萬兆主干+千兆桌面

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

圖1 萬兆主干+千兆桌面結(jié)構(gòu)

這種方式優(yōu)點(diǎn)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(jī)采用了萬兆設(shè)備，而且交換機(jī)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(gòu)采用NAS管理方式，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)絡(luò)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(dá)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(diǎn)每臺5層100 Mbit/s的高清碼率素材網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)編輯，因?yàn)橐纛l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(luò)整體投入略高于千兆NAS非編網(wǎng)，但其網(wǎng)絡(luò)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(luò)化編輯。這種架構(gòu)模式的故障節(jié)點(diǎn)只有存儲、交換機(jī)兩級，而傳統(tǒng)的FC-SAN故障節(jié)點(diǎn)則有存儲、MDC（管理）服務(wù)器、光纖交換機(jī)、以太網(wǎng)交換機(jī)4級，其安全性也是SAN架構(gòu)的2倍。

也許還會擔(dān)心以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸效率，可能會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)延遲和丟包，這兩個(gè)問題通過非編制作廠家可以得到解決?，F(xiàn)在很多廠家已經(jīng)推出了緩存技術(shù)，比較典型的有東方盛行公司推出的超級緩存（Super Cache）技術(shù)，通過軟件緩存實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)存預(yù)讀機(jī)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(shí)問題和視頻解碼出錯(cuò)問題。

這種模式只有一個(gè)問題沒有很好地解決，那就是各個(gè)節(jié)目制作站點(diǎn)采用千兆接入，節(jié)目制作站點(diǎn)到交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)帶寬時(shí)鐘限定在千兆范圍內(nèi)，千兆網(wǎng)絡(luò)編輯實(shí)施層數(shù)實(shí)測最多能達(dá)到5層100 Mbit/s碼率視頻，千兆以太網(wǎng)絡(luò)要想達(dá)到5層以上的100 Mbit/s碼率視頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)施編輯非常困難，因?yàn)榫W(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(jié)構(gòu)如圖2所示，這種全萬兆架構(gòu)中所有的節(jié)目制作站點(diǎn)、服務(wù)器、存儲全部采用萬兆接入交換機(jī)。

圖2 萬兆主干+萬兆桌面結(jié)構(gòu)

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(jī)，交換機(jī)到各個(gè)制作站點(diǎn)沒有網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制（10 Gbit/s以內(nèi)），只要存儲的帶寬能夠支撐，制作站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編輯實(shí)時(shí)層數(shù)完全可達(dá)10層以上。

萬兆主干+萬兆桌面的方式適合節(jié)目制作站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)編輯實(shí)施層數(shù)高的制作需求，對于預(yù)算充足的單位是不錯(cuò)的選擇，如果需要支撐中、大型節(jié)目制作網(wǎng)運(yùn)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(luò)交換設(shè)備，包括交換機(jī)、網(wǎng)卡、存儲，只需要根據(jù)預(yù)算和技術(shù)需求選擇合適的設(shè)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(kuò)展。華為、思科、H3C等廠商都陸續(xù)推出了性價(jià)比不錯(cuò)的萬兆交換機(jī)產(chǎn)品、萬兆接口板、萬兆光模塊等，以后市場上可選設(shè)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(shù)加快電視臺業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)整合

隨著電視臺高清化、網(wǎng)絡(luò)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(shí)代電視臺最需要的網(wǎng)絡(luò)特性。目前萬兆以太網(wǎng)通過光纜進(jìn)行傳輸，其距離可達(dá)40 km，而且萬兆網(wǎng)的接口有多種標(biāo)準(zhǔn)，可順利地將局域網(wǎng)的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，電視臺的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和新媒體業(yè)務(wù)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(luò)架構(gòu)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無縫整合，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不變，而整合后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在萬兆以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上將會更加健壯。

3.2 萬兆以太網(wǎng)技術(shù)有利于電視臺超高清制作的發(fā)展

萬兆以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在電視臺節(jié)目制作網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，加速淘汰了原有封閉式的SAN結(jié)構(gòu)，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(wù)網(wǎng)絡(luò)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(luò)編輯，可以預(yù)見在未來5～10年中，超高清節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)化也是可行的。

3.3 萬兆以太網(wǎng)技術(shù)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(luò)都是采用ESB+EMB雙網(wǎng)架構(gòu)，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(jìn)行傳輸，萬兆以太網(wǎng)會改變這種架構(gòu)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用萬兆以太網(wǎng)為支撐的全臺網(wǎng)主干平臺網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，子系統(tǒng)接入能力更強(qiáng)，特別是在全媒體時(shí)代，電視臺需要更快速地整合內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，才能從容面對大融合時(shí)代的各項(xiàng)挑戰(zhàn)。

4 總結(jié)

電視臺IT化、網(wǎng)絡(luò)化的轉(zhuǎn)變已經(jīng)發(fā)展多年，萬兆以太網(wǎng)技術(shù)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(yīng)用已經(jīng)可以看出萬兆以太網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿?。隨著萬兆以太網(wǎng)技術(shù)的普及，被一直詬病的成本問題也會得到解決，各個(gè)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(shù)在電視臺中大規(guī)模應(yīng)用指日可待。

[1]魏大強(qiáng)，翟麗華.萬兆以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)世界，2010（11）：12.

[2]孫淑芬.NAS-SAN和FC-SAN兩種技術(shù)對比分析——吉林電視臺制作網(wǎng)建設(shè)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(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[J].電視技術(shù)，2010，34（6）：54-56.

TN948

B

??健男

2014-04-14

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