다가오는 디지털 방송의 시대에 가장 적합한 스토리지를 찾아서

다가오는 디지털 방송의 시대에 가장 적합한 스토리지를 찾아서

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방송환경의 변화

2012 12 31일 새벽 4시를 기점으로 아날로그 방송은 중단되고 디지털 TV 방송만이 시청자에게 제공하게 된다. 난시청 지역의 해소 등 시청자의 복지 향상, 차세대 신성장동력으로의 육성, 주파수의 효율적인 이용 등 여러 가지 혜택이 있지만 시청자의 입장에서 가장 환영할 만한 부분은 영화에서나 가능하다고 생각했던 HD고화질 영상을 가정에서 TV를 통해 볼 수 있다는 점일 것이다.

디지털 방송은 향상된 화질과 다양한 멀티미디어를 즐길 수 있고 양방향 데이터 방송이 가능해지는 동시에 기타 미디어(IPTV, 모바일 단말기 등)를 통한 송출 과정을 개선할 수 있어 보급의 확산이 빨라지고 있는 추세이다.

 

   

                                         <그림 1> 디지털 방송 전환 안내

HD 영상을 기반으로 방송 프로그램을 제작하는 디지털 방송의 속성상 막대한 디지털 데이터가 생성된다. 저장된 디지털 데이터를 통해 방송 프로그램 제작, 향후 프로그램 제작을 위한 조회 및 편집 등의 과정이 수반되게 되므로 디지털 데이터의 안정적인 저장뿐 아니라 속도가 반드시 제공되어야 하는 디지털 데이터 저장장치의 기능이 된다. 결국 디지털 데이터를 저장하는 저장장치, 즉 스토리지가 제공하는 저장공간은 점점 기하급수적으로 늘어나게 되며 그 용량을 지원하면서도 속도와 안정성을 기본적으로 제공하는 스토리지가 디지털 방송 환경에서 방송국에 가장 적합한 스토리지라고 말할 수 있을 것이다.

그렇다면 과연 어떤 스토리지가 가장 적합할까? 어떤 항목들을 점검해야 해당 스토리지가 적합한지 판명할 수 있을까? 그 점을 확인하기 전에 우선 디지털 영상을 통해 방송 프로그램을 제작하는 과정을 살펴보자.

디지털 영상의 생성과 비선형 편집기(NLE)를 통한 편집

 

   
                                    <그림 2> 네트워크 방송 제작 시스템 아키텍처

방송 프로그램은 다양한 시선을 통해 얻은 연속된 화면을 편집을 통해 시청자의 입장에서 가장 적합한 영상으로 제작하고 전파를 통해 송출하는 복잡한 과정을 거치게 된다. 이 과정에서 주의 깊게 봐야 할 것이 카메라와 NLE, 스토리지, 영상 포맷이다.

테이프리스(Tapeless) 기반의 카메라는 VCR 테이프 기반의 카메라와 달리 단지 촬영해온 영상을 스토리지에 넣어주는 시간만큼만 필요하기 때문에 디지털 방송의 제작과 편집에 중요한 요소이다.

비선형 편집 시스템(영어: non-linear editing system, NLE)은 영상 편집 작업을 위한 것으로, 비디오 클립 안의 원하는 프레임에 쉽게 접근할 수 있는 HD 디지털 방송에 적합한 편집 방식이다. 원본의 화질을 최대한 보존하기 위해 가급적 압축률이 낮은 코덱을 이용하여 디지털 데이터화하게 된다.

이 과정에서 막대한 저장 공간을 요구할 뿐 아니라, 비압축/무압축 코덱의 초당 전송률을 확보할 만한 저장 매체를 구해야만 원활한 편집/미리보기가 가능하다. 그래서 디스크 저장 공간을 원활하게 확보할 수 있으면서도 속도 저하가 없는 시스템이 필요하게 된다.

시청자의 입장에서는 1080i 화면을 보기 위해서는 방송사마다 차이는 있지만 10Mbps~19Mbps의 전송률만 있으면 시청이 가능하다. 하지만 방송사의 입장에서는 각 영상마다 일반적으로 HD방송을 위해 50Mbps의 대역폭을 필요로 하는 영상을 사용하고 있으며 방송을 위해 4개의 영상을 동시에 보면서 편집하는 경우 50Mbps x 4, 200Mbps의 전송률이 필요하며 이를 위한 스토리지와 네트워크가 필수적이다. 일반적으로 뉴스 제작 등에는 4개 채널, 4개의 영상이 사용되며 예능 프로그램의 경우 30개 채널이 사용되는 경우도 있다. 그 예능 프로그램의 경우 1.5Gbps급의 전송 속도가 요구된다.

 

방송 데이터 저장, 편집, 관리를 위한 스토리지의 종류

그렇다면 현재 사용되고 있는 스토리지 기술을 확인해 보고 어떤 시스템이 가장 적합할 지를 확인해 보도록 하자.

1)     SAN(Storage Area Network)

SAN 스토리지는 컴퓨터들과 연결하기 위해 4Gbps 또는 8Gbps광채널(FC channel)을 사용하는 데, 연결 속도를 높이기 위해 여러 개의 광채널을 묶어, 하나의 고속 채널로 만들 수도 있다. SAN 스토리지는 스토리지와 연결된 컴퓨터 마다 각기 다른 영역을 할당한다. 각 컴퓨터는 SAN 스토리지가 할당해준 영역을 독자적으로 사용하고, 서로 간의 공유를 할 수는 없다.

2)     NAS(Network Attached Storage)

NAS의 내부에는 CPU와 메모리, 운영체제를 가지고 있는 컨트롤러가 있어, 디스크 관리를 위한 RAID, 볼륨매니저, 파일시스템을 모두 스토리지 자체에서 운영하고, 컴퓨터와는 NFS, CIFS, FTP, HTTP 등 일반적인 네트워크 통신을 통해 연결한다. NAS 스토리지는 여러 서버가 하나의 데이터를 공유하게 해주는 장점이 있으나, 데이터량이 많아지고 접속하는 서버의 대수가 증가하면, 성능이 저하되는 문제점이 있다. NAS의 성능을 증가 시키려면 보다 고사양의 NAS로 교체해야 하는 데, 작업이 어렵고, 확장의 한계가 있다 따라서, 많은 컴퓨터가 동시에 실시간으로 읽고 편집해야 하는 방송 환경 상에서는 성능의 한계가 있다.

3)     스케일아웃(Scale-out) 스토리지

스토리지의 성능이나 안정성에 대한 요구가 높아짐에 따라, 스케일아웃 기술을 스토리지에 적용하여, 기존 SAN 이나 NAS 스토리지의 한계를 극복하고, 성능과 안정성을 높인 제품들이 출시되었다.

하나의 노드 구조는, NAS와 동일하게 CPU, 메모리, 하드디스크, 운영체제를 가지고 있고, 이러한 노드를 여러 개 묶어 하나의 파일시스템을 공유하도록 구성되는 데, 마치 SAN 공유파일시스템과 같은 구조로 보인다. 그러나 실제 내부적인 구조는 기존 방식과 완전히 다른 분산파일시스템(Distributed File System) 구조이다.

컴퓨터는 NAS와 동일하게 기가비트 네트워크로 연결되고 NFS, CIFS, FTP, HTTP 등을 사용하여 연결된다. 여러 개의 노드를 하나의 스토리지로 구성하여, 하나의 컴퓨터에서 한 노드에 파일을 저장하면, 파일의 내용이 전체 노드로 분산 저장되고, 그 파일을 모든 노드가 동일하게 읽을 수 있다. 따라서, 여러 대의 컴퓨터가 여러 대의 노드에 연결하여 동시에 읽고 씀으로써 전체적인 처리량(Throughput)이 매우 높은 스토리지이다.

 

   
 

스토리지 확장 시에는 노드를 추가하는 방식으로 스토리지의 용량과 성능을 선형적으로  증가시키고, 파일시스템의 크기 제한이 없어, 노드를 계속 추가하여도 하나의 파일시스템으로 구성되므로, 확장이 매우 용이하다. 기존 스토리지와 다르게, 사전에 RAID를 만들지 않고, 데이터를 저장하는 시점에 패리티를 만들어 노드 전체로 분산시키는 방식을 사용하여, 스토리지 구성이 매우 빠르고 디스크 장애 시에도 빠르게 복구가 가능하다. 또한, 노드가 동시에 장애가 발생하여도 데이터의 안정성을 보장하고, 나머지 노드로 서비스를 지속할 수 있다.

방송에 사용되는 영상을 저장하고 사용하는 용도로서 스케일아웃 스토리지는 성능과 용량, 그리고 확장성에서 만족할 만한 기능을 제공한다.

YTN 성공사례

백문이 불여일견이란 말이 있듯이 서문에서 제시되었던 이슈들을 해결하기 위한 솔루션을 도입한 사례를 확인하는 것이 보다 쉬운 이해를 위해 도움이 될 것이다.

사이언스TV한국의 뉴스채널’ YTN과 교육과학기술부가 공동으로 설립한 국내 최초의 24시간 과학전문 방송이다. 방송용 카메라는 하드디스크가 장착된 캠코더를, 그리고 동영상 편집기 역시 테이프가 없는 편집기를 도입했다. 카메라로 영상을 찍어오면 이를 스토리지에 저장하고 편집기에서 불러들여 방송 분량에 맞게 작업을 해서 다시 저장한다. 완성된 파일을 네트워크를 통해 24시간 방송할 수 있는 시스템을 구축했다.

테이프리스 시스템을 구축하는데 있어 이슈가 없었던 것은 아니었다. 스토리지의 성능과 안정성이 무엇보다도 검증되어야 할 이슈였는데 성능이 보장되지 못하면 영상의 깨짐이나 떨림이 발생하게 되고 데이터가 손실될 경우 몇 분 또는 며칠 분량에 달하는 영상이 손실될 수 있기 때문이었다. 아날로그 방식의 VCR 테이프일 경우 오류 발생시 복원이 가능하지만 디지털 데이터는 그렇지 않았기에 무엇보다도 검증을 통한 불안을 해소하는 것이 중요한 과제였다.

사이언스TV가 선택한 스토리지는 EMC 아이실론의 IQ X-시리즈다. 미디어, 엔터테인먼트, 디지털 이미지 등 데이터 집약적인 환경에서 비정형 데이터를 효율적으로 저장, 관리할 수 있도록 설계된 EMC 아이실론의 IQ X-시리즈는 OneFS기반의 분산 파일시스템을 사용하여, 초당 최대 85GB의 처리속도와 15페타바이트(PB)의 용량을 제공한다. 특히 데이터는 모든 노드에 걸쳐 고르게 분산, 저장되어 특정 노드에 장애가 발생하더라도 다른 노드를 통해 파일을 안전하게 복구 및 조회할 수 있으며, 개별 디스크의 속도에 제한을 받지 않고 디스크 장애시 신속한 복구가 가능하다는 특징을 갖고 있다. 이러한 장점은 방송사의 특성에 매우 적합했다.

사이언스TVEMC 아이실론 스토리지를 도입하여 최초로 테이프리스 환경의 네트워크 제작시스템을 구축하였다. 짧은 준비기간에도 불구하고 문제없이 빠르게 새로운 방송 채널을 개국할 수 있었다.

사이언스TV의 경험을 통해 EMC 아이실론 스토리지의 장점을 확인하고 테이프리스의 네트워크제작시스템 환경에 대한 검증을 마친 YTN은 동일한 아키텍처로 자체에 뉴스제작시스템을 EMC 아이실론 스토리지로 새롭게 구축하였다.

그 후 NLE 2배이상 확장하였음에도 아이실론 스토리지가 충분한 성능과 안정성을 제공하여 지금까지 문제없이 사용하고 있다.

YTN 담당자는방송사 같은 환경에선 SAN보다는 NAS가 적합하다고 조언한다. 많은 전산 관리자들이 SAN최고의 아키텍처라고 생각하지만 그렇지 않다는 생각이다. SAN의 경우 관리자가 고도의 지식을 가지고 있어야 하고 SAN 스토리지 전문가가 꼭 항상 옆에 상주하듯이 붙어있어야 하지만 NAS는 그렇지 않다는 것, 다만 NAS의 경우 가격대비 효율성 측면에서 천차만별이라 잘 선택하는 것이 중요하다고 조언한다. “현재로선 EMC 아이실론이 최적의 솔루션이다. “

사이언스TV YTNDMS 최첨단 방송시스템을 갖추고 있다. 사이언스TV 24시간 풀HD의 디지털 방송을 구현할 수 있게 된 데는 EMC 아이실론의 클러스터 스토리지 시스템인 IQ X-시리즈가 결정적 공헌을 했다.

가장 적합한 솔루션은

스토리지의 종류와 위의 사례를 살펴보았지만 열거한 것 외에도 매우 다양한 형태의 제품들이 있고, 각각 마다 특성이나 장단점이 매우 다르다. 예를 들면 데이터베이스처럼 하나의 서버가 스토리지를 독점적으로 사용하는 경우도 있고, 수십, 수 백대의 컴퓨터가 데이터 공유를 해야 하는 업무도 있고, 단순히 데이터 백업을 위해 가격적으로 저렴한 스토리지가 필요한 경우도 있다.

방송환경에 사용 가능한 스토리지도 다양한 타입의 제품이 있다. 중요한 것은 HD, 3D 컨텐츠가 급증하는 디지털 TV 방송 환경에서 유연하게 데이터 저장 용량을 쉽게 증가시킬 수 있고, 방송 데이터를 동시에 불러와 비선형 편집을 원활히 할 수 있으며, 마지막으로 데이터를 완벽하게 보호할 수 있는 가를 확인하는 것이다.

사이언스TV YTN의 경우 혹독한 벤치마크를 통해 성능과 용량 확장의 편이성 이외에 데이터 보호를 위한 다양한 기능을 테스트한 후 10년 이상 시장에 제공되고 연구된 EMC 아이실론 제품군을 택한 경우이다. 또한 스냅샷 기능과 할당(Quota) 기능을 제공하며 DR(Disaster Recovery) 등 진보된 기능을 제공한 것도 선정 이유중에 하나이다.

 어떤 업무이든 간에 스토리지 선정 시 중요한 것은 사용할 업무에 맞는 스토리지의 요구 사항을 정리하는 것이다. 방송환경에는 NLE를 통해 막대한 데이터를 실시간으로 동시에 확인하고 편집할 수 있는 성능, HD영상 및 3D영상의 폭증에 대비한 용량확장 및 변경의 용이성 그리고 대용량 데이터의 안전한 보호와 보관이 중점적으로 체크되어야 할 부분일 것이다.

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