Создание эффективной и высокопроизводительной системы сетевого хранения данных в составе цифровой ст
Основными
требованиями к аппаратному обеспечению систем цифрового нелинейного
монтажа и хранения видео и аудио данных являются: возможность обработки
больших объёмов информации, высокая степень доступности такой информации
и бескомпромиссная производительность системы, с точки зрения пропускной
способности и отсутствия задержек при передаче информации и обработке
запросов. Наиболее распространённые форматы цифрового видео DV/DVCAM
и DVCPRO предполагают передачу данных со скоростью
соответственно 25 Мбит/сек и до 50–55 Мбит/сек. При этом
каждая из монтажных станций может использовать по несколько видео
и аудио потоков в режимах чтения/записи. Необходимость эффективной
обработки множественных двунаправленных потоков данных, обусловленная
профессиональными стандартами передачи цифровой видеоинформации,
предъявляет высокие требования к применяемым системам хранения и
передачи данных. В случае использования новейших форматов высококачественного
видео требования к объёмам систем хранения и скорости передачи видеопотока
возрастают ультимативно. Например, некомпрессированное видео высокого
разрешения формата 10-bit SD образует поток приблизительно
в 200 Мбит/сек., а некомпрессированное видео формата HD
– 1.2 Гбит/сек. Применение форматов, использующих компрессию, позволяет
сократить эти величины, однако речь всё равно идёт о скоростях потоков
в сотни мегабит в секунду и терабайтах требуемого объёма хранения.
Системы цифрового нелинейного видеомонтажа
развивались параллельно с системами хранения данных. На начальном
этапе в видео-серверах использовались встроенные хранилища данных,
использовавшие локальные жёсткие диски серверов. Увеличение объёмов
хранимой информации стало возможным с появлением устройств DAS (массивов
жёстких дисков, непосредственно подключающихся к серверу, как правило,
по протоколу SCSI). Однако такие устройства по-прежнему обладали
рядом недостатков: небольшим числом серверов и рабочих станций,
обслуживаемых одним хранилищем; ограничениями максимального объёма
хранимой информации; само хранилище, из-за требований протокола
SCSI, должно было располагаться в непосредственной близости от сервера
или рабочей станции.
Эти проблемы удалось преодолеть при
построении студий цифрового нелинейного монтажа на основе сетевых
технологий. В этом случае станции видеомонтажа подключаются к хранилищу
через стандартный 100 мегабитный (или гигабитный, что предпочтительнее)
Ethernet, а хранилища видео и аудиоинформации создаются на основе
серверов с необходимым объёмом дискового пространства или же на
основе устройств NAS (Network Attached Storage). Сервер или NAS
обеспечивают сетевой файловый доступ для станций видеомонтажа, видео-серверов
и других компьютеров, работающих в составе цифровой студии. Такие
системы неплохо масштабируются, и, как правило, имеют хорошие средства
управления.
Тем не менее, наряду с перечисленными
преимуществами, подключение к хранилищу с использованием Ethernet
несет и определённые ограничения. Максимальная величина потока передаваемых
данных оказывается явно недостаточной для работы с видеоформатами
высокой чёткости, и, кроме того, высока вероятность возникновения
нежелательных задержек при передаче данных.
Компания СТОРУС предлагает
решение по организации хранения и использования данных в студиях
цифрового нелинейного видеомонтажа, основанное на передовых технологиях
построения сетей хранения данных SAN. Использование высокопроизводительных
технологий обеспечивает эффективную работу студии с широко распространенными
сейчас видеоформатами DV, DVCAM
и DVCPRO. Решение хорошо масштабируется и может
быть использовано также как элемент студии видеомонтажа для обработки
и хранения потокового видео для форматов высокой чёткости SD/601,
HD и т.п.
В качестве устройства хранения предлагается
использовать современный высокопроизводительный дисковый массив
Axus
Yotta FC-to-SATA. Подключение станций нелинейного монтажа,
видеосерверов и управляющих станций студии к хранилищу производится
с использованием протокола Fiber Channel на скорости 2Gb/s. Протокол
Fibre Channel является коммутируемым и при использовании достаточно
производительных коммутаторов обеспечивает вышеуказанную скорость
для каждого из соединений.
В массиве Axus
Yotta используются жёсткие диски SATA II емкостью 500Гб,
максимально доступной на настоящий момент. Дисковая подсистема массива
поддерживает протокол NCQ, оптимизирующий выполнение команд ввода
– вывода, что существенно повышает общую производительность массива.
Диски могут быть объединены в RAID различных уровней, в том числе
и в RAID 6, что позволяет избежать потери данных даже в случае одновременного
выхода из строя двух дисков. Объединение дисков в RAID может происходить
в режиме онлайн, что сокращает время ввода массива в эксплуатацию
или его переконфигурирования. Массив поддерживает несколько способов
управления и оповещения – через встроенную консоль, по последовательному
соединению или через Web-интерфейс. В массиве имеется функция клонирования
дисков. Производительность массива, оптимизированного для работы
с видео- и аудио- контентом, при выполнении операций ввода/вывода
потоковых данных может достигать 200 Мб/сек. Такой производительности
достаточно для одновременной работы даже с несколькими видеопотоками
высокой чёткости.
Для подключения рабочих станций и
серверов, работающих в составе студии, к хранилищу, мы рекомендуем
использовать оборудование QLogic. Это высокопроизводительные адаптеры
Fiber Channel, работающие с шинами PCI-X или PCI-Express. Для построения
инфраструктуры сети хранения данных предлагается использовать высокопроизводительные
коммутаторы Qlogic
SANbox 5200 или SANbox
5202 (модель с двумя блоками питания). Эти коммутаторы могут
масштабироваться от 8 до 64 портов Fibre Channel, работающих на
скоростях 1 или 2 Гбит/сек и поддерживающих автоопределение скорости
подключения. В зависимости от установленных оптических преобразователей
и используемого оптического кабеля, коммутаторы позволяют осуществлять
подключение на расстоянии до 80 км.
В настоящее время появились новые
модели хост-адаптеров FC и коммутаторов, таких, как QLogic
SANbox5602, поддерживающих передачу данных со скоростью до 4
Гбит/сек. Использование такого высокопроизводительного оборудования
и нескольких дисковых массивов дает возможность построить системы
хранения для студий нелинейного монтажа, использующих видеоформаты
высокой чёткости и содержащих большое количество монтажных станций.
Все компоненты, предлагаемые для
организации системы хранения в составе студии цифрового нелинейного
монтажа, тщательно проверены на совместимость друг с другом в тестовой
лаборатории компании СТОРУС и обеспечивают высокую производительность
и надёжность.
В предлагаемом решении хосты, подключённые
к хранилищу данных, получают возможность непосредственного одновременно
доступа к созданным на диске логическим единицам (LUN) на уровне
блоков. При этом операционные системы хостов воспринимают каждый
из подключенных LUN как отдельное устройство (диск) SCSI. При этом
обеспечивается минимальный уровень задержек и высокая скорость передачи
потоковых данных.
Для обеспечения корректной совместной
работы хостов с файловыми структурами, расположенными на разделяемых
логических единицах, используется программное обеспечение Sanbolic
Melio™ FS и Sanbolic
LaScala™ Volume Manager. Оно может быть установлено на всех
компьютерах, входящих в состав цифровой видеостудии. С помощью этого
программного обеспечения на каждом из логических томов устройства
хранения, предназначенных для совместной работы, создаётся специализированная
файловая система. В дальнейшем, при совместной работе, необходимые
синхронизирующие и управляющие метаданные передаются по обычной
IP сети, в то время как доступ к прикладным данным осуществляется
по высокопроизводительной сети Fibre Channel. При этом требования
к IP сети весьма невелики – вполне достаточно подключения на скорости100
Мбит. Загрузка такой сети будет небольшой, так как соотношение объёма
передаваемых по IP метаданных к объёму прикладных данных, передаваемых
по Fibre Channel, составляет всего несколько мегабайтов к одному
гигабайту. Для управления доступом к файловой системе не требуется
устанавливать выделенный сервер, что является дополнительным преимуществом
при создании небольших студий. LaScala™
Volume Manager предоставляет механизмы защиты, управления транзакциями
и позволяет использовать хранилище в кластерной среде. Таким образом,
обеспечивается эффективное совместное использование единого дискового
пространства всеми компьютерами студии – монтажными станциями, видеосерверами,
управляющими и администрирующими компьютерами, работающими с плей-листами
и другими базами данных из состава программного обеспечения студии.
Обращение к дисковому пространству прозрачно для операционных систем
подключаемых хостов.
Предлагаемое решение можно применять
вне зависимости от того, какое именно прикладное программное и аппаратное
обеспечение будет использоваться для видеомонтажа, видеотрансляций,
создания и редактирования плей-листов и т.д. В случае необходимости
может быть построено подключение к дисковому пространству, содержащее
избыточные элементы (адаптеры, линки, коммутаторы и физические хранилища)
и не имеющее ни единой точки отказа. Такое решение позволяет с высокой
степенью надёжности осуществлять онлайновое телевизионное и радио-вещание
с использованием видеосерверов, подключённых к разделённому дисковому
хранилищу.
Полезные ссылки: