【摘要】隨著國際臺音視頻業務快速發展，臺內與海外機構的節目傳輸頻次和數據量日益增多，急需在現有互聯網環境下解決臺內與海外機構的節目素材高效傳輸問題。本文對基于互聯網的傳輸技術進行分析、比對、測試等展開論述，尋求更經濟、更高效的解決方案。
【關鍵詞】互聯網 傳輸技術 節目素材 高效 經濟
一．引言
在國家增強國際傳播能力的大背景下，中國國際廣播電臺（以下簡稱：國際臺）不斷加大外宣力度，通過海外整頻率落地項目建立海外分支機構，實現節目本土化播出。目前，除現有的短波環球覆蓋播出以外，國際臺已建成102個海外整頻率落地調頻臺和中波臺、8個海外地區總站、39家海外記者站、23個海外節目制作室以及13家海外廣播孔子課堂。其中，海外地區總站負責管轄節目制作室和記者站。國際臺的海外分臺、全球節目制作室、記者站遍布各大洲，已經成為我國增強國際傳播能力最有效、最迅捷的前沿陣地，得到了中央領導的高度認可。
當下，國際臺快速發展，急需建設符合國際臺需求的全球節目傳輸平臺，實現海外地區總站、海外分站、全球節目制作室、記者站與臺內的音頻、視頻、圖片、文字等節目內容以及新媒體信息的節目資源共享。目前，傳統的衛星或專線方式，主要應用于對實時播出的成品節目或不間斷音頻流的傳輸。而對于節目素材或音頻片段來說，使用衛星或專線傳輸成本過高，易造成資源浪費，使用傳統的互聯網傳輸又存在效率較低的問題，為此，急需找到一個既經濟又高效的解決辦法。
二．國際臺海外節目傳輸現狀及分析
由于國際臺各分支機構分散在全球各地，各自的基礎設施條件和當地情況復雜，尤其是網絡傳輸帶寬參差不齊。目前各節點間通過FTP、QQ、Email、衛星、郵件等方式進行節目素材、節目成品的傳輸共享，這些方式由于自身的局限性已遠遠不能滿足國際臺對傳輸效率、傳輸統一管理和傳輸穩定性的要求。具體如下：
1.傳輸方式不統一：海外地區總站、海外分站、全球節目制作室、記者站等各相關節點自行選擇傳輸方式，缺乏統一管理。
2.傳輸范圍廣：傳輸范圍包括國際臺臺內、北美地區、北歐地區、東南亞地區、西亞地區等，各地網絡基礎環境有很大差異。
3.傳輸效率低：由于傳播力度的增加，各種音頻、視頻、圖片、文字素材在傳輸量與傳輸范圍方面均大幅增加，FTP、QQ、Email、衛星、郵件等傳輸效率達不到時效性要求，尤其在洲際間和部分地區網絡環境惡劣下的傳輸。
4.缺乏穩定性：國際臺臺內目前所使用的傳輸手段主要是基于對TCP/IP的優化，而由于TCP握手機制和固定擁塞窗口限制，在長距離、高延時的復雜網絡環境中，對帶寬的有效利用率很低，從而造成洲際網絡文件傳輸的效率低下。
5.缺乏共享機制：現有的傳輸方式不符合國際臺臺內與海外地區總站、海外分站、全球節目制作室、記者站及相關合作單位之間的素材共享業務需求，降低了時效性與靈活性。
6.缺乏整體監管性：管理部門缺乏技術手段對各節點用戶進行統一認證管理和傳輸策略的分發，對傳輸業務無法統一監控和管理。
三．基于互聯網的節目高效傳輸方案
為了解決國際臺目前面臨的節目傳輸難題以及國際臺未來業務發展的需要，筆者通過對各類傳輸方案分析和對比，提出一種基于Fasp技術的高效經濟的傳輸方案，并依據其高效性、開放性、可管理性和安全性構建了整體部署方案。
1.傳統傳輸加速方案
網絡加速技術大致分為協議優化、負載均衡和網絡技術本身的進化，其中負載均衡大多是采用CDN或者云服務的方式，這種方式相對不夠靈活，需要和新的高效傳輸方案相互配合，而傳統的方案主要采用的協議優化的方式，主要包括TCP/IP協議的優化、前向差錯控制和基于UDP的流量噴發等，具體如下：
（1）基于TCP/IP協議的優化[1]
優化的方式分為兩類，一類是修改TCP/IP協議，另一類是并行TCP/IP數據流。修改TCP/IP協議是指對已有TCP/IP協議棧進行參數優化是一種比較常見的加速方式。這些加速方法通常會通過調整協議棧參數從而使TCP可以維持更大的發送窗口，并且有選擇性的報告丟包（SACK）以防止TCP在一個往返時間內速率下降過多。一些更高級的機制直接修改TCP的速率控制機制。譬如，這些“高速”TCP協議通常在丟包的時候速率減少更緩慢，而在無網絡擁塞的時候速率增加更快。但是，因為這些協議并沒有改變TCP根本的基于丟包的速率控制，所以只能在丟包比較小的情況下充分利用帶寬，而在丟包比較嚴重的情況下帶寬利用率仍然極其低下。非標準的TCP/IP協議棧通常以獨立的代理服務器的形式部署在數據中心或廣域網鏈接的前端。這通常需要安裝新的硬件設備或更換已有的操作系統。相比而言，速鉑的產品可以和現有的運行環境無縫集成，無需對已有軟硬件設備做出改動。
并行TCP/IP數據流也是一種對TCP/IP協議棧提供加速的方法，當單個TCP數據流帶寬利用率很低時，用多個數據流可以使總的帶寬利用率增加。但是由于這種簡單的方法沒有對TCP的速率控制機制做出任何改進，所以在丟包率嚴重的情況下（大于10%），其性能仍然不能得到保障。打開多個數據流會大量耗費客戶端和服務器端的CPU和內存資源。更嚴重的是，由于TCP的帶寬控制是基于丟包的，所以當并行TCP獲得更高的帶寬利用率的同時，其實際上已經在瓶頸鏈路上造成了大量的丟包和擁塞，以至于其余應用無法正常工作或導致其速度及其緩慢。
（2）前向差錯控制
前向差錯控制是一種在廣域網傳輸中經常被采用的技術[2]。它的原理是在發送的原始數據之上加傳一定比例的冗余碼，這樣當網絡擁塞造成丟包的情況下可以通過校驗碼恢復部分原始數據。嚴格來說，前向差錯控制并不是一種純粹的加速機制，而只是一種可靠性手段，因其并未對傳輸速率有何改善。前向差錯控制只能在一般丟包的情況下改善傳輸的可靠性，而其本身在丟包嚴重的情況下并不能提供完全的可靠性。前向差錯控制相關的編碼/解碼需要耗費一定量的CPU資源，在高速網絡環境中往往通過特殊硬件實現。相比而言，faspTM所采用的負反饋重傳機制可以保證傳輸100%可靠，并且CPU消耗很小。
（3）基于UDP的流量噴發
由于傳統TCP傳輸協議的低效，以及修改TCP協議本身的復雜性，近幾年人們相應推出了一些基于UDP的傳輸協議。其中比較常見的開源協議譬如Tsunami和UDT，正被許多商用產品（Signiant,FileCatalyst和SterlingCommerce）使用。不幸的是，這些協議并沒有高質量的設計，僅僅是采用了基于UDP的流量噴發。更具體的說，這些協議通常可以保證傳輸的可靠性，而在此之上采用簡單的速率控制來響應網絡擁塞。但由于其粗糙的可靠性機制和速率控制設計，這些協議往往傳輸效率很低，并且會加重網絡擁塞造成大量丟包，對網絡中其余的TCP數據流有極壞的影響。
2.基于Fasp協議的Aspera傳輸方案
Aspera是一款高速傳輸軟件[3]，并包含開放定制化的解決方案，創新了新一代的傳輸技術Fasp，并能不受文件大小、形態、傳輸距離、網絡條件限制，以最高效的速度來協助用戶遷移各地的數據。解決方案的核心是Fasp傳輸專利技術，它是一項突破性傳輸協議，充分利用現有的WAN基礎設施和通用硬件，傳輸速度和效率遠超現有的FTP和HTTP技術。Fasp中的帶寬利用算法能夠快速、自動地發掘帶寬容量并充分利用，同時，仍為其他傳輸保留公平流量。使用開放標準加密技術進行用戶身份驗證、數據完整性驗證，Fasp確保關鍵業務數據資產的全面安全性，而且不會影響到性能。Fasp是一個純軟件應用協議，可在通用硬件上和未經修改的標準IP上運行。它可在各種操作系統上運行（服務器、桌面、移動和云平臺），無需改變操作系統，無需在文件傳輸端點安裝驅動程序，無需添加新裝置，也無需改變網絡。另外，Aspera擁有開放的接口便于定制開發新的功能，且可以與其它業務系統有效融合。
3.傳輸方案對比
為了選取合適的傳輸方案，通過大量前期進行的技術調研，產品測試，筆者與同事一起對各類傳輸方案的最大傳輸速度、帶寬利用率、丟包恢復率、穩定性、安全性以及用戶體驗等各方面進行了對比分析，具體如下表1：
通過以上對比，Aspera技術方案在傳輸速度、高效恢復丟包、穩定性和安全性等都有顯著的優勢，此方案已廣泛應用于各類CDN服務商。
4.整體方案設計
本節將利用Aspera技術框架，構建國際臺高效經濟的全球數據傳輸與共享平臺。該平臺可實現上述地區總站、海外分臺、節目制作室和記者站與臺內圖文、音視頻等節目資源的共享和交換，建立安全高效傳輸通道、高速節目素材自動同步、海內外節目文件共享和統一管理調度。該方案設計時采用分層架構以及基于服務的模式，以便系統既保障了網絡傳輸層的獨立及高效，又具備開放的接口，以便能夠適應業務發展的需要。具體的架構如下圖1：
系統從邏輯結構上分為五層，自下而上分別為：網絡環境、數據素材庫、業務支撐層、統一門戶和用戶接入層，各層間通過SOA結構規范進行銜接，實現各層、各模塊之間的信息傳輸和功能調用。
網絡環境：由互聯網、國際臺專網、IDC網絡構成，為用戶接入服務和素材傳輸共享服務提供網絡層的支撐。
數據素材庫：利用專用存儲設備和數據庫管理系統，為節目素材存儲、用戶信息和傳輸共享信息的存儲管理提供支撐。
業務支撐層：提供標準接口，以便統一門戶系統通過接口與數據信息進行通訊，并在數據傳輸和存儲時對數據進行加密以保障數據安全。
統一門戶：統一門戶為系統的核心業務展現層，通過角色權限分配為普通用戶和管理人員提供業務應用功能、業務管理功能和系統管理功能；通過統一認證，用戶單點登錄一次，即可登錄各應用子系統。
用戶接入：支持PC、筆記本電腦、手機、智能終端等跨平臺跨終端的接入服務。
5.國際臺試用實測情況
筆者部署了上節中基于互聯網的節目高效傳輸方案，臺內英語中心、新聞中心、華語中心、西亞非中心已在海外部分站點小規模試用，并與臺內常用的FTP傳輸方式進行了對比。以下是臺內各中心Aspera試用情況匯總表，以1小時音頻節目（55MB）傳輸耗時對比為例。
從上表可以看出，同樣帶寬的條件下，Aspera傳輸平臺從傳輸效率角度明顯優于傳統的FTP傳輸方式，另外，其具有豐富的節目管理模塊，如編目、檢索以及靈活的權限管理，試用期間受到各中心的一致好評，因此采用Aspera的fasp技術可以滿足國際臺個性化要求的高效節目傳輸需求。
筆者部署了上節中基于互聯網的節目高效傳輸方案，臺內英語中心、新聞中心、華語中心、西亞非中心已在海外部分站點小規模試用，并與臺內常用的FTP傳輸方式進行了對比。以下是臺內各中心Aspera試用情況匯總表，以1小時音頻節目（55MB）傳輸耗時對比為例。
從上表可以看出，同樣帶寬的條件下，Aspera傳輸平臺從傳輸效率角度明顯優于傳統的FTP傳輸方式，另外，其具有豐富的節目管理模塊，如編目、檢索以及靈活的權限管理，試用期間受到各中心的一致好評，因此采用Aspera的fasp技術可以滿足國際臺個性化要求的高效節目傳輸需求。
四．總結與展望
本文探討的基于互聯網的節目高效傳輸方案實現了全球素材資源的高效的、可管控的、流程化的傳輸、共享與同步，將更有效地提高國際臺與海外地區總站、海外分站、全球節目制作室、記者站的節目素材交流，提高臺內全球節目的生產能力，在豐富完善外宣播出平臺節目的同時，必將促使國際臺海外業務拓展，進一步增強海外傳播能力與傳播效率，為國際臺打造世界傳媒集團提供強有力的技術支撐。
參考文獻
[1]袁中書《輕量級TCP/IP協議棧機制分析與優化》，《計算機工程》，2015年第2期
[2]姚志強《無線城域網的前向差錯控制方案》，《計算機工程》，2007年第15期
[3]陳遠《Aspera-fasp技術在視頻CDN系統中的應用與研究》，《電視技術》，2015年第20期