30.08.2019 | Ausgabe 8-9/2019

Herausforderungen bei der Überwachung von statischen und dynamischen Broadcast-Netzwerken

Bild: VIDI GmbH

Ein funktionierendes Netzwerkmanagement erfordert heute den Umgang mit einer Vielzahl von  Diensten und Anforderungen, wobei eigene Nutzungsszenarios abgedeckt und der Umgang mit Partner- und Kundenequipment einbezogen werden muss. Der Artikel beschreibt Lösungsansätze und Herausforderungen am konkreten Beispiel.

Während sich die Medienbranche immer schneller  in Richtung standardbasierter Geräte undApplikationen bewegt, kommen viele Vorteile, aber  genauso auch neue Herausforderungen auf Hersteller und Kunden zu. Während standardisierte Hardware vieles erleichtert, z. B. eine weniger starke Abhängigkeit von einem Hersteller, vereinfachte Zusammenschlüsse von Netzwerken, konkurrenzfähigere Preisgestaltung etc., gibt es auf der Steuerungsebene bisher keine weit verbreiteten Standards, welche sich für die verschiedenen Dienste und Anforderungen der Broadcast-Branche einsetzen lassen. Hierzu gehören Audio-, Video- und Datendienste genauso wie Management-, Network Discovery- und Logging-Möglichkeiten über ein standardisiertes Protokoll.

Die Zusicherung der Hersteller nach Interoperabilität muss aufwändig sichergestellt werden, um die eigenen Nutzungsszenarios abzudecken und auch mit Partnerund Kundenequipment zu funktionieren wie erwartet.  Hierzu sind Tests in verschiedenen Situationen nötig, wobei die Geräte je nach Szenario neu konfiguriert werden müssen. Hersteller liefern mit den Geräten in der Regel eine Konfigurationssoftware aus, welche jedoch in vielen Fällen nur mit dem eigenen Gerät kommunizieren kann. Die Konfigurationssoftware kommt z. B. in Form einer Webapplikation, einem CLI oder einem sonstigen interface. Ist die Software mit dem jeweiligen Gerät des Herstellers verbunden, muss sich der Kunde in die Workflows, Nomenklatur und Eigenheiten des jeweiligen Herstellers einarbeiten.

Es gibt zwar Protokolle, wie SNMP, Telnet, oder REST-basierte Schnittstellen,  die von den meisten Herstellern unterstützt werden, jedoch mangelt es momentan an der Verbreitung einer abstrahierten Ansteuerungsebene. Aus diesem Grund wurde für das interne Netzwerk-Management- System eine auf XML basierende Schnittstelle geschaffen, die zwischen den folgenden Schichten vermittelt:

  • Gerätekommunikation (über weit verbreitete Standards wie SNMP oder auch herstellerspezifische   mplementierungen)
  • Abstrahierte Modellierung von gerätespezifischen Funktionen und deren Aufbau
  • Kommunikationsschicht für Paramater spezifischer Kommandos (Aktivierung eines Encoders, Statuscheck eines Trunk-Moduls, Deaktivierung eines Ports usw.) 
  • Template-Struktur, um dienstebasierend auf der Netzwerkkonfiguration und den darin enthaltenen Ressourcen bereitstellen zu können

Werden weit verbreitete Standards wie SNMP unterstützt, ist die Modellierung und Einbindung von Hardware durch reine XML-Modifikationen realisierbar. Dies hat den großen Vorteil, das Kunden und Partner für  einfache Integrationen oder Modifikationen nicht auf das Entwicklungsteam angewiesen sind, sondern selbst eingreifen können.

Bei der Verwendung von eigens entwickelten Protokollen ist dies nicht so einfach. An dieser Stelle ist es nötig einen hersteller-/gerätespezifischen Treiber zu entwickeln, der einen möglichst generischen Zugriff auf  Geräteparameter über die XML-Schnittstelle erlaubt. So kann ein Kunde oder Partner ab einem bestimmten Punkt die Entwicklung übernehmen, bzw. im Nachhinein weitere Parameter hinzufügen. Über die Einbettung von Makros lassen sich Berechnungen durchführen oder Formatierungen vornehmen.

Einsatzgebiete
Die Einsatzgebiete des Systems sind sehr vielfältig. Von Radio/DVB-T2-Sendern im Nahen und Mittleren Osten, landesweite Netze in den USA oder die Vernetzung von Studios und Sendestationen in Asien. Hier kommt das  System in „Network Operation Centern“ zum Einsatz, wo es darum geht, einen Überblick des Netzes zu behalten und in Fehlersituationen schnell reagieren zu können. Die Möglichkeit bei Fehlersituationen akustische Benachrichtigungen, E-Mails oder die Inbetriebnahme von  Backup Geräten auslösen zu können, ist in diesen Situationensehr hilfreich. Intern wird für die Steuerung des  Kontributionsnetzes der ersten Bundesliga ebenfalls auf das eigens entwickelte System gesetzt. Die dynamischen Anforderungen, Sonderveranstaltungen und Tests setzen ein sehr hohes Maß an Flexibilität heraus, welche durch interne Anpassungen auf der Modellierungsschicht begegnet werden können.

Auch in hoch dynamischen Eventsituationen wird international auf das System gesetzt. So kam das NMS auf den letzten beiden FIFA Weltmeisterschaften, dem Confederations Cup, EM, Olympia, Rugby WM, Frauen WM 2014/2019 sowie vielen politischen Veranstaltungen wie den EU Parlamentswahlen zum Einsatz.

Geräte können teilautomatisch in das System geladen und die Topologie weitestgehend durch das System detektiert werden. So sind Geräte und Verknüpfungen schnell integriert und mit nur wenigen Schritten können Dienste angelegt und überwacht werden. Dies geschieht durch das Auswählen von Quelle und Senke auf der geographischen/logischen Netzwerkübersicht bzw. über  eine X/Y Schaltfläche vergleichbar mit einer klassischen Kreuzschiene.

Die Dienste basieren auf vordefinierten Templates, welche dienstabhängig Parameter setzen, jedoch modellierungsabhängig dem Kunden/Operator die Möglichkeit geben manuell einzugreifen und gezielt Werte abzuändern.

Quality Assurance 
Je nach Dienstetyp können Parameter definiert werden, welche vom System überwacht werden sollen. Dies gilt für jede Funktionseinheit der einzelnen Geräte welche an einem Dienst beteiligt sind. Hierdurch können Fehlermeldungen sehr einfach auf Ausfälle von Komponenten,  Netzwerkstrecken oder den Kunden zurückgeführt werden.

Eine Historie über die Verfügbarkeit eines Dienstes kommt durch die Aggregation und Verknüpfung von  eingehenden SNMP Traps und Systemfehlermeldungen zustande. So kann zu jedem Zeitpunkt zurückverfolgt werden ob eine Nutzerinteraktion oder Störung des Netzwerkes zu einer Einschränkung des Dienstes führte. Zusätzliche zur Historie können zum Dienst dazugehörige Parameter aufgezeichnet- und zusätzlich zu den anderen Daten auf einer Zeitachse visualisiert werden. Dies erlaubt es Ereignisverläufe visuell aufzubereiten und Rückschlüsse zu ziehen. Auch QoS Reports lassen sich aus der Historie ableiten um die vertraglich vereinbarte Verfügbarkeit von Netzwerkstrecken oder anderen Ressourcen sicherzustellen.

Alle Daten zur Netzwerkinfrastruktur, Diensten oder Verläufen sind über eine API abrufbar. Diese bietet ebenfalls die Möglichkeit Dienste für einen definierten Zeitraum bereitzustellen oder den Status von Komponenten zu erfragen. Das gesamte Ressourcenmanagement wird durch das System abgewickelt, was Überbuchungen auf  Netzwerkschnittstellen oder doppelte Belegungen auf Ports verhindert. Verschiedene Kunden verwenden die API um mit eigens entwickelten Applikationen ad-hoc Verbindungen zu schalten oder Buchungen für Bundesliga Spieltage, DFB Pokal, CL oder Länderspiele im Voraus zu planen. Die API bietet ebenfalls die Möglichkeit über das System gesammelte Daten in externe Datenverarbeitungs- oder Visualisierungsplattformen zu übertragen um projektbezogene interaktive Dashboards und Statistiken über Netzwerkausfälle, Fehlerursachen etc. zu erstellen.

Struktur und Performance 
Die Komponenten sind unterteilt in eine Kommunikationsinstanz, die Steuerungsaufgaben und Statusabfragen übernimmt, sowie einer Client-Applikation für Operatoren. Die Kommunikationsinstanz kann in einer redundanten Konfiguration auf dedizierten Servern laufen,  während sich eine Vielzahl an Clients parallel mit dem System verbinden kann. Die redundanten Instanzen tauschen sich regelmäßig über ihren Betriebszustand aus, damit der Betrieb auch bei einem Absturz eines Servers nahtlos fortgesetzt werden kann.

Durch die sehr geringen Systemanforderungen laufen alle nötigen Komponenten theoretisch auch auf einem älteren Laptop, da von Anfang an bei der Entwicklung auf möglichst wenig externe Abhängigkeiten und native Unterstützung der Plattform gesetzt wurde. So muss außer einer weit verbreiteten quelloffenen Datenbank  keine externe Abhängigkeit installiert werden.

Dem Benutzer steht so ein reaktionsfreudiges, informationsdichtes Interface zur Verfügung. Die kompakten  Ansichten lassen auch komplexe Zusammenhängeerkennen, ohne den Gesamtzustand des Netzwerks aus  den Augen zu verlieren. Je nach Umgebung kann das System auf einem einzelnen Bildschirm verwendet werden, oder verschiedene Netzwerk- und Detailansichten auf einer Monitorwand verteilen,.


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