作者：中央廣播電視總臺(tái) 藺飛 呂曉彬

          北京格非科技股份有限公司 鮑放 郭曉霞

隨著IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐漸成熟以及落地應(yīng)用，IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的規(guī)模會(huì)彈性擴(kuò)展，一個(gè)復(fù)雜的分布式系統(tǒng)，其覆蓋地域也會(huì)不斷擴(kuò)大，這些發(fā)展能使傳統(tǒng)廣播電視享受IT技術(shù)帶來的利好，也會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量不斷增加，使用傳統(tǒng)管理手段變得越來越不能滿足需求。

與IT設(shè)備不同的是，大部分專業(yè)媒體節(jié)點(diǎn)設(shè)備的輸入輸出端口代表了接入能力和信號(hào)處理能力，SDN集控系統(tǒng)如果可以根據(jù)不同類型設(shè)備對(duì)各設(shè)備接口進(jìn)行管理，形成端口資源或處理能力資源，就可以發(fā)揮IP系統(tǒng)的靈活性、敏捷性特點(diǎn)，形成可視化資源池，由資源管理或業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)來分配調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)運(yùn)維人員、管理人員對(duì)設(shè)備使用統(tǒng)籌安排、設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)查看、設(shè)備異常及時(shí)發(fā)現(xiàn)等各種使用需求，提高工作效率和質(zhì)量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)IP系統(tǒng)智能化管理。

一、常用設(shè)備管控協(xié)議

目前常用的設(shè)備接口管控協(xié)議有SNMP、Telemetry以及NMOS的IS系列。下面我們分別看下它們之間的區(qū)別。其他如SSH基于命令行的使用方式、sFlow側(cè)重流量采集等協(xié)議我們暫不在這里討論。

1. SNMP

SNMP目前主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控領(lǐng)域，用于獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，其配置功能不全以及MIB庫文件維護(hù)比較繁瑣，所以大家很少在配置層面去使用它。

2. Telemetry

3. NMOS

網(wǎng)絡(luò)媒體開放規(guī)范NMOS（Networked Media Open Specifications）是高級(jí)媒體工作流程協(xié)會(huì)（Advanced Media Workflow Association）制定的與專業(yè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)媒體相關(guān)的規(guī)范的家族名稱，NMOS的設(shè)計(jì)目的是為使用SMPTE 2110的系統(tǒng)提供一種簡(jiǎn)單的、與供應(yīng)商無關(guān)的管理方式，通過自動(dòng)化和低成本實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)效率，同時(shí)提供了用于控制、配置和安全管理的EBU技術(shù)金字塔模型。

因此從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)采集角度來說，NMOS的設(shè)計(jì)目的及定位與SNMP和Telemetry是不同的，SNMP和Telemetry設(shè)計(jì)的目的是設(shè)備端口及狀態(tài)采集；NMOS協(xié)議則以業(yè)務(wù)應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，提出一系列規(guī)范套件各司其職，根據(jù)需要組合或者單獨(dú)使用，為ST 2110 IP系統(tǒng)建立了一個(gè)專業(yè)媒體IP生態(tài)環(huán)境。比如IS-04用于發(fā)現(xiàn)和注冊(cè)新的媒體設(shè)備，IS-05用于管理它們之間的連接，以便它們能夠發(fā)送和接收SMPTE 2110媒體數(shù)據(jù)；IS-07用于描述組件狀態(tài)的變化，IS-09則定義了全局參數(shù)獲取的規(guī)范。

NMOS基于http協(xié)議，我們也可以像網(wǎng)絡(luò)瀏覽器一樣發(fā)送命令來配置它，不用建立特殊的連接或者設(shè)立獨(dú)立線纜。目前NMOS IS-04、05、08比較成熟，已被部署在了大部分SMPTE 2110產(chǎn)品中。IS-08、09和BCP-002從設(shè)計(jì)目的上看已經(jīng)超過了傳統(tǒng)SDI所能提供的控制能力。隨著IP系統(tǒng)的技術(shù)日漸成熟和規(guī)模擴(kuò)大，NMOS具有更大的商業(yè)價(jià)值，因此本文我們重點(diǎn)研究基于NMOS協(xié)議實(shí)現(xiàn)媒體設(shè)備的注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)方法。

二、用NMOS協(xié)議實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)

NMOS工作過程是首先自動(dòng)注冊(cè)到RDS，控制面板從RDS處獲取設(shè)備列表，從而使支持SMPTE ST 2110的設(shè)備具備了即插即用的特性，使得對(duì)系統(tǒng)的媒體設(shè)備管理變得極為便利。NMOS通過一組RESTful API來訪問，且具備全方位安全性考慮：

◆機(jī)密性：客戶端和API傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在第三方是不可讀的；

◆身份識(shí)別：客戶端可以確認(rèn)正在操作的API是否屬于可信任；

◆完整性：可以檢查客戶端與API之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否被篡改；

◆認(rèn)證：客戶端可以確認(rèn)收到的數(shù)據(jù)包是否來自正在操作的API等。

1. NMOS數(shù)據(jù)模型

NMOS使用獨(dú)一無二的邏輯接口（Interface Specifications）定義視頻、音頻和數(shù)據(jù)輸入和輸出，以及控制參數(shù)，層次關(guān)系將相關(guān)實(shí)體分組，每個(gè)邏輯實(shí)體（除了粒子及其子體）都由UUID和版本標(biāo)識(shí)，基于JT-NM參考體系結(jié)構(gòu)的邏輯數(shù)據(jù)模型向內(nèi)容和廣播設(shè)備添加身份、關(guān)系和基于時(shí)間的信息。

◆節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)是處理和網(wǎng)絡(luò)操作的邏輯主機(jī)，它們可以是物理主機(jī)形態(tài)，也可以是根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建的虛擬形態(tài)。在傳輸內(nèi)容的節(jié)點(diǎn)之間建立連接，以構(gòu)建一個(gè)正常運(yùn)行的廣播設(shè)備；

◆設(shè)備：節(jié)點(diǎn)提供設(shè)備，這些設(shè)備是功能的邏輯分組（例如處理能力、網(wǎng)絡(luò)輸入和輸出）；

◆源：能夠產(chǎn)生內(nèi)容的設(shè)備提供一個(gè)抽象的邏輯起點(diǎn)。一個(gè)設(shè)備可能有多個(gè)源，源包含一個(gè)或多個(gè)流，這些流是內(nèi)容的具體表示；

◆流：流是表示設(shè)備內(nèi)部處理的媒體內(nèi)容。流由一系列進(jìn)一步細(xì)分的粒子組成；

◆粒子：粒子表示與特定時(shí)間相關(guān)的基本元素或其他數(shù)據(jù)，例如幀、一組連續(xù)音頻樣本或字幕，粒子還包含元數(shù)據(jù)信息，這些信息指定了有效負(fù)載的持續(xù)時(shí)間、有用的時(shí)間戳、原始源ID和關(guān)聯(lián)的流ID等屬性；

IS-04（NMOS系統(tǒng)中注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)資源，NMOS Discovery and Registration Specification），用來控制和監(jiān)視應(yīng)用程序查找網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)、設(shè)備、發(fā)送方、接收方、源、流等，設(shè)計(jì)目的是為了在設(shè)置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化并減少手動(dòng)開銷，這對(duì)于動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的IP網(wǎng)絡(luò)生態(tài)維護(hù)非常有用。

IS-04與IS-05一起使用。IS-05（NMOS設(shè)備連接管理規(guī)范，NMOS Device Connection Management Specification），規(guī)定了如何允許NMOS兼容系統(tǒng)中的設(shè)備通過設(shè)備的發(fā)送器和接收器連接到其他設(shè)備，IS-05提供獨(dú)立于傳輸?shù)拿襟w節(jié)點(diǎn)連接方式，支持RTP、WebSocket和MQTT連接，支持單次+批量連接、即時(shí)+延遲連接，通過控制應(yīng)用程序向媒體節(jié)點(diǎn)發(fā)送指令來傳輸參數(shù)傳遞連接信息。

◆查詢API：允許查詢已注冊(cè)的資源；

查詢服務(wù)實(shí)現(xiàn)查詢API，客戶端從這個(gè)API獲取資源列表，該服務(wù)提供訂閱機(jī)制和WebSocket生成以實(shí)現(xiàn)不間斷服務(wù)。

節(jié)點(diǎn)API主動(dòng)嘗試與注冊(cè)服務(wù)API交互，系統(tǒng)中其他節(jié)點(diǎn)（如連接管理器）數(shù)據(jù)的客戶端也必須通過查詢API使用對(duì)等規(guī)范來獲取數(shù)據(jù)。

媒體節(jié)點(diǎn)能夠使發(fā)現(xiàn)自動(dòng)定位IS-04注冊(cè)表服務(wù)，并注冊(cè)其所有播發(fā)的資源，還可以使用心跳機(jī)制在注冊(cè)表中維護(hù)自己。IS-04中指定的默認(rèn)間隔5秒（系統(tǒng)資源IS-04心跳間隔也將設(shè)置為5秒），同時(shí)媒體節(jié)點(diǎn)能夠使用定義的優(yōu)先級(jí)順序?qū)τ诰W(wǎng)絡(luò)上存在的多個(gè)群集注冊(cè)表進(jìn)行選擇。因此RDS服務(wù)能夠便捷實(shí)現(xiàn)媒體設(shè)備的自動(dòng)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)，包括在其上運(yùn)行的所有資源。

3. 遠(yuǎn)程設(shè)備自動(dòng)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)

目前IP系統(tǒng)設(shè)備的注冊(cè)管理大部分局限于本地局域網(wǎng)，如果制播中心系統(tǒng)想把移動(dòng)外場(chǎng)、轉(zhuǎn)播車等可以聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備納入到統(tǒng)一的管理體系，即實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備的自動(dòng)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)，NMOS協(xié)議也給了實(shí)現(xiàn)方法。

NMOS發(fā)現(xiàn)使用RFC 6763中所述的DNS服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議。DNS服務(wù)發(fā)現(xiàn)是一種使用標(biāo)準(zhǔn)DNS編程接口、服務(wù)器和數(shù)據(jù)包格式在網(wǎng)絡(luò)上瀏覽服務(wù)的方法。DNS-SD指定了一種使用單播或多播DNS的機(jī)制，用于識(shí)別與命名服務(wù)關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)。

對(duì)于遠(yuǎn)程設(shè)備主機(jī)，通過DHCP獲取到DNS服務(wù)器的位置然后為你提供一個(gè)IP地址，或者支持手動(dòng)配置DNS服務(wù)器IP地址和DNS搜索域。使用NMOS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備自動(dòng)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)的前提是支持通過DHCP或支持手動(dòng)配置DNS服務(wù)器IP地址和DNS搜索域。

在技術(shù)建議書《JT-NM_TR-1001-1_2020_v1.1System Environment and Device Behaviors For SMPTE ST 2110 Media Nodes in Engineered Networks》給出了媒體節(jié)點(diǎn)的抽象網(wǎng)絡(luò)環(huán)境描述，這涵蓋了我們所需的本地網(wǎng)以及跨網(wǎng)段管理所需應(yīng)用場(chǎng)景。

注意，控制網(wǎng)絡(luò)可以是單子網(wǎng)或路由環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境應(yīng)包括一個(gè)或多個(gè)單播DNS服務(wù)器；媒體節(jié)點(diǎn)可能會(huì)嘗試在DNS中注冊(cè)其主機(jī)名，DHCP服務(wù)器可以被配置為代表媒體節(jié)點(diǎn)執(zhí)行安全DNS動(dòng)態(tài)更新。如果向媒體節(jié)點(diǎn)播發(fā)（或配置）了多個(gè)DNS服務(wù)器，則環(huán)境有責(zé)任跨多個(gè)DNS服務(wù)器提供一致的信息。

另外，遠(yuǎn)程管理會(huì)涉及多個(gè)遠(yuǎn)程子系統(tǒng)設(shè)備的管理，會(huì)出現(xiàn)斷電重啟或者新加入設(shè)備等復(fù)雜應(yīng)用情況。管理系統(tǒng)需要知道這是一個(gè)已存在設(shè)備或者新加入設(shè)備，NMOS IS-09給出了解決方案。

IS-09（NMOS 系統(tǒng)參數(shù)規(guī)范，NMOS System Parameters Specification），允許NMOS節(jié)點(diǎn)獲取整個(gè)系統(tǒng)通用的全局配置參數(shù)，使節(jié)點(diǎn)能夠以與其運(yùn)行環(huán)境一致的定義良好的方式啟動(dòng)或重新啟動(dòng)。媒體節(jié)點(diǎn)使用單播DNS服務(wù)發(fā)現(xiàn)（DNS-SD）來定位IS-09中所述的系統(tǒng)API，在啟動(dòng)時(shí)從系統(tǒng)API中定位并讀取全局配置資源，并使用該資源中的值來代替相同參數(shù)的任何存儲(chǔ)配置值，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)配置。

三、在SDN集控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)

在SDN集控系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的設(shè)備庫類型通常采用“插件式”方式加入系統(tǒng)，這樣新設(shè)備類型加入不會(huì)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備庫中設(shè)備造成影響。在完成代理層驅(qū)動(dòng)適配開發(fā)后，通過插件方式更新設(shè)備類型庫，即可添加對(duì)應(yīng)類型的設(shè)備。

通過NMOS中RDS服務(wù)可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備信息并實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速自動(dòng)入庫（設(shè)備參數(shù)等全部自動(dòng)填寫，入庫時(shí)用戶可以做是否入庫的選擇），通過注冊(cè)發(fā)現(xiàn)機(jī)制自動(dòng)化入庫流程可支持批處理，同時(shí)將多個(gè)設(shè)備進(jìn)行批量入庫。

入庫的設(shè)備可以配置多套參數(shù)模板，用于快速參數(shù)配置。在設(shè)備更換場(chǎng)景下，無需再一條條去修改設(shè)備參數(shù)，設(shè)備更換后可一鍵調(diào)取設(shè)備參數(shù)模板進(jìn)行快速參數(shù)配置；在大量同類參數(shù)設(shè)備需要調(diào)整的場(chǎng)景下，可對(duì)設(shè)備參數(shù)模板批量下發(fā)，并針對(duì)每個(gè)設(shè)備監(jiān)測(cè)設(shè)備下發(fā)狀態(tài)。

正如本文的題目，在IP形式連接的系統(tǒng)中，設(shè)備的“注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)”是一套系統(tǒng)組建的開始。后續(xù)的壓縮、封裝、路由、傳輸、分發(fā)等一系列動(dòng)作由此引發(fā)。IP化開啟了超高清電視制播系統(tǒng)的全新路徑，它的每一步前行都遵照著諸多開放性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，由此才使其具備很高的可靠性、可擴(kuò)展性和兼容性。無論是本文提到的“設(shè)備自動(dòng)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)”，還是諸多的技術(shù)探討，我們都在國際聯(lián)盟組織的標(biāo)準(zhǔn)支撐之下探索前行。

其間，我們欣喜地看到，諸多國內(nèi)廠商攜一批本土化、國產(chǎn)化的設(shè)備參與其中，通過自己的研發(fā)能力和生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)了IP視頻制播系統(tǒng)中部分節(jié)點(diǎn)的技術(shù)支撐。這讓我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)擁有更多定制化的可能，也讓系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的維護(hù)工作更高效、更便利。與SDI時(shí)代相比，IP時(shí)代我們走得更靠前，也更缺乏成型的參考，但我們會(huì)以此為契機(jī)，依據(jù)國際、國內(nèi)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)深挖探討，走出一條通用性、高質(zhì)量、高可靠性的IP化道路。

本文受國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助（National Key R&D Program of China），“4K超高清電視制播系統(tǒng)研制”項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2019YFB1804300（課題一：2019YFB1804301）。

來源：選自2022年第8期《現(xiàn)代電視技術(shù)》