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【分发传输】国际台基于互联网的节目高效传输方案
【摘 要】 随着国际台音视频业务快速发展,台内与海外机构的节目传输频次和数据量日益增多,急需在现有互联网环境下解决台内与海外机构的节目素材高效传输问题.本文对基于互联网的传输技术进行分析、比对、测试等展开论述,寻求更经济、更高效的解决方案.
【关键词】互联网 传输技术 节目素材 高效 经济
一．引言
在国家增强国际传播能力的大背景下,中国国际广播电台（以下简称：国际台）不断加大外宣力度,通过海外整频率落地项目建立海外分支机构,实现节目本土化播出.目前,除现有的短波环球覆盖播出以外,国际台已建成102个海外整频率落地调频台和中波台、8个海外地区总站、39家海外记者站、23个海外节目制作室以及13家海外广播孔子课堂.其中,海外地区总站负责管辖节目制作室和记者站.国际台的海外分台、全球节目制作室、记者站遍布各大洲,已经成为我国增强国际传播能力最有效、最迅捷的前沿阵地,得到了领导的高度认可.
当下,国际台快速发展,急需建设符合国际台需求的全球节目传输平台,实现海外地区总站、海外分站、全球节目制作室、记者站与台内的音频、视频、图片、文字等节目内容以及新媒体信息的节目资源共享.目前,传统的卫星或专线方式,主要应用于对实时播出的成品节目或不间断音频流的传输.而对于节目素材或音频片段来说,使用卫星或专线传输成本过高,易造成资源浪费,使用传统的互联网传输又存在效率较低的问题,为此,急需找到一个既经济又高效的解决办法.
二．国际台海外节目传输现状及分析
由于国际台各分支机构分散在全球各地,各自的基础设施条件和当地情况复杂,尤其是网络传输带宽参差不齐.目前各节点间通过FTP、、Ema il、卫星、邮件等方式进行节目素材、节目成品的传输共享,这些方式由于自身的局限性已远远不能满足国际台对传输效率、传输统一管理和传输稳定性的要求.具体如下：
1.传输方式不统一：海外地区总站、海外分站、全球节目制作室、记者站等各相关节点自行选择传输方式,缺乏统一管理.
2.传输范围广：传输范围包括国际台台内、北美地区、北欧地区、东南亚地区、西亚地区等,各地网络基础环境有很大差异.
3.传输效率低：由于传播力度的增加,各种音频、视频、图片、文字素材在传输量与传输范围方面均大幅增加,F T P、Q Q、E m a il、卫星、邮件等传输效率达不到时效性要求,尤其在洲际间和部分地区网络环境恶劣下的传输.
4.缺乏稳定性：国际台台内目前所使用的传输手段主要是基于对T C P/I P的优化,而由于T C P握手机制和固定拥塞窗口限制,在长距离、高延时的复杂网络环境中,对带宽的有效利用率很低,从而造成洲际网络文件传输的效率低下.
5.缺乏共享机制：现有的传输方式不符合国际台台内与海外地区总站、海外分站、全球节目制作室、记者站及相关合作单位之间的素材共享业务需求,降低了时效性与灵活性.
6.缺乏整体监管性：管理部门缺乏技术手段对各节点用户进行统一认证管理和传输策略的分发,对传输业务无法统一监控和管理.
三．基于互联网的节目高效传输方案
为了解决国际台目前面临的节目传输难题以及国际台未来业务发展的需要,笔者通过对各类传输方案分析和对比,提出一种基于F a s p技术的高效经济的传输方案,并依据其高效性、开放性、可管理性和安全性构建了整体部署方案.
1.传统传输加速方案
网络加速技术大致分为协议优化、负载均衡和网络技术本身的进化,其中负载均衡大多是采用C D N或者云服务的方式,这种方式相对不够灵活,需要和新的高效传输方案相互配合,而传统的方案主要采用的协议优化的方式,主要包括TC P/I P协议的优化、前向差错控制和基于UDP的流量喷发等,具体如下：
（1）基于TCP/IP协议的优化[1]
优化的方式分为两类,一类是修改T C P/I P协议,另一类是并行TCP/IP数据流.修改TCP/IP协议是指对已有TCP/IP协议栈进行参数优化是一种比较常见的加速方式.这些加速方法通常会通过调整协议栈参数从而使T C P可以维持更大的发送窗口,并且有选择性的报告丢包（S A C K）以防止T C P在一个往返时间内速率下降过多.一些更高级的机制直接修改T C P的速率控制机制.譬如,这些“高速”T C P协议通常在丢包的时候速率减少更缓慢,而在无网络拥塞的时候速率增加更快.但是,因为这些协议并没有改变T C P根本的基于丢包的速率控制,所以只能在丢包比较小的情况下充分利用带宽,而在丢包比较严重的情况下带宽利用率仍然极其低下.非标准的T C P/I P协议栈通常以独立的代理服务器的形式部署在数据中心或广域网链接的前端.这通常需要安装新的硬件设备或更换已有的操作系统.相比而言,速铂的产品可以和现有的运行环境无缝集成,无需对已有软硬件设备做出改动.
并行T C P/I P数据流也是一种对T C P/I P协议栈提供加速的方法,当单个T C P数据流带宽利用率很低时,用多个数据流可以使总的带宽利用率增加.但是由于这种简单的方法没有对T C P的速率控制机制做出任何改进,所以在丢包率严重的情况下（大于10%）,其性能仍然不能得到保障.打开多个数据流会大量耗费客户端和服务器端的C P U和内存资源.更严重的是,由于TCP的带宽控制是基于丢包的,所以当并行TC P获得更高的带宽利用率的同时,其实际上已经在瓶颈链路上造成了大量的丢包和拥塞,以至于其余应用无法正常工作或导致其速度及其缓慢.
（2）前向差错控制
前向差错控制是一种在广域网传输中经常被采用的技术[2].它的原理是在发送的原始数据之上加传一定比例的冗余码,这样当网络拥塞造成丢包的情况下可以通过校验码恢复部分原始数据.严格来说,前向差错控制并不是一种纯粹的加速机制,而只是一种可靠性手段,因其并未对传输速率有何改善.前向差错控制只能在一般丢包的情况下改善传输的可靠性,而其本身在丢包严重的情况下并不能提供完全的可靠性.前向差错控制相关的编码/解码需要耗费一定量的C P U资源,在高速网络环境中往往通过特殊硬件实现.相比而言,faspTM所采用的负反馈重传机制可以保证传输100%可靠,并且CPU消耗很小.
（3）基于UDP的流量喷发
由于传统TCP传输协议的低效,以及修改TCP协议本身的复杂性,近几年人们相应推出了一些基于U D P的传输协议.其中比较常见的开源协议譬如Tsunami和UDT,正被许多商用产品（Signiant, File Catalyst和Sterling Commerce）使用.不幸的是,这些协议并没有高质量的设计,仅仅是采用了基于U D P的流量喷发.更具体的说,这些协议通常可以保证传输的可靠性,而在此之上采用简单的速率控制来响应网络拥塞.但由于其粗糙的可靠性机制和速率控制设计,这些协议往往传输效率很低,并且会加重网络拥塞造成大量丢包,对网络中其余的TCP数据流有极坏的影响.
2.基于Fasp协议的Aspera传输方案
Aspera是一款高速传输软件[3],并包含开放化的解决方案,创新了新一代的传输技术F a s p,并能不受文件大小、形态、传输距离、网络条件限制,以最高效的速度来协助用户迁移各地的数据.解决方案的核心是F a s p传输专利技术,它是一项突破性传输协议,充分利用现有的W A N基础设施和通用硬件,传输速度和效率远超现有的FTP和HTTP技术.Fa sp中的带宽利用算法能够快速、自动地发掘带宽容量并充分利用,同时,仍为其他传输保留公平流量.使用开放标准加密技术进行用户身份验证、数据完整性验证,F a s p确保关键业务数据资产的全面安全性,而且不会影响到性能.F a s p是一个纯软件应用协议,可在通用硬件上和未经修改的标准I P上运行.它可在各种操作系统上运行（服务器、桌面、移动和云平台）,无需改变操作系统,无需在文件传输端点安装驱动程序,无需添加新装置,也无需改变网络.另外,As p e ra拥有开放的接口便于开发新的功能,且可以与其它业务系统有效融合.
3.传输方案对比
为了选取合适的传输方案,通过大量前期进行的技术调研,产品测试,笔者与同事一起对各类传输方案的最大传输速度、带宽利用率、丢包恢复率、稳定性、安全性以及用户体验等各方面进行了对比分析,具体如下表1：
通过以上对比,Aspera技术方案在传输速度、高效恢复丢包、稳定性和安全性等都有显著的优势,此方案已广泛应用于各类CDN服务商.
4.整体方案设计
本节将利用A s p e r a技术框架,构建国际台高效经济的全球数据传输与共享平台.该平台可实现上述地区总站、海外分台、节目制作室和记者站与台内图文、音视频等节目资源的共享和交换,建立安全高效传输通道、高速节目素材自动同步、海内外节目文件共享和统一管理调度.该方案设计时采用分层架构以及基于服务的模式,以便系统既保障了网络传输层的独立及高效,又具备开放的接口,以便能够适应业务发展的需要.具体的架构如下图1：
系统从逻辑结构上分为五层,自下而上分别为：网络环境、数据素材库、业务支撑层、统一门户和用户接入层,各层间通过S O A结构规范进行衔接,实现各层、各模块之间的信息传输和功能调用.
网络环境：由互联网、国际台专网、I D C网络构成,为用户接入服务和素材传输共享服务提供网络层的支撑.
数据素材库：利用专用存储设备和数据库管理系统,为节目素材存储、用户信息和传输共享信息的存储管理提供支撑.
业务支撑层：提供标准接口,以便统一门户系统通过接口与数据信息进行通讯,并在数据传输和存储时对数据进行加密以保障数据安全.
统一门户：统一门户为系统的核心业务展现层,通过角色权限分配为普通用户和管理人员提供业务应用功能、业务管理功能和系统管理功能；通过统一认证,用户单点登录一次,即可登录各应用子系统.
用户接入：支持PC、笔记本电脑、手机、智能终端等跨平台跨终端的接入服务.
图1
5.国际台试用实测情况
笔者部署了上节中基于互联网的节目高效传输方案,台内英语中心、新闻中心、华语中心、西亚非中心已在海外部分站点小规模试用,并与台内常用的F T P传输方式进行了对比.以下是台内各中心A s p e r a试用情况汇总表,以1小时音频节目（55MB）传输耗时对比为例.
从上表可以看出,同样带宽的条件下,Aspera传输平台从传输效率角度明显优于传统的F T P传输方式,另外,其具有丰富的节目管理模块,如编目、检索以及灵活的权限管理,试用期间受到各中心的一致好评,因此采用Aspera的fasp技术可以满足国际台个性化要求的高效节目传输需求.
表2
四．总结与展望
本文探讨的基于互联网的节目高效传输方案实现了全球素材资源的高效的、可管控的、流程化的传输、共享与同步,将更有效地提高国际台与海外地区总站、海外分站、全球节目制作室、记者站的节目素材交流,提高台内全球节目的生产能力,在丰富完善外宣播出平台节目的同时,必将促使国际台海外业务拓展,进一步增强海外传播能力与传播效率,为国际台打造世界传媒集团提供强有力的技术支撑.B&P
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