演出场所数据汇聚协议研究和应用

姜燕冰 侯春海 王诚 胡启兴

【摘要】提出了演出场所基于物联网网关的桥接演出控制系统与演出管理系统数据汇聚协议（DAP）模型，内容包括建立DAP参考模型、操作程序和报文定义，并开发了SWFusioner智能融合系统及配套的IoT网关设备SWF-GW01以验证DAP的实用性、有效性，阐述未来区块链技术在演出场所大数据管理的应用前景。

【关键词】演出场所;数据汇聚协议;演出控制系统;演出管理系统;物联网;网关;区块链;大数据

D01：10.3969/j.issn.1674-8239.2021.12.010

Research and Application of Data Aggregation Protocol for Performance Venues

JIANG Yan-bing1，HOU Chun-hai1，2，WANG Cheng3，HU Qi-xing2

（1. Communication University of Zhejiang，Hangzhou Zhejiang 310018，China;

2. Shenzhen SWJockey Science and Technology Co.，LTD.，Shenzhen Guangdong 518000，China;

3. Zhejiang RADIO&TV Group，Hangzhou Zhejiang 310005，China）

【Abstract】A Data Aggregation Protocol （DAP）model，including DAP reference model，operating schedule and data packet defination，is presented for bridging Show Control System （SCS）and Show Management System （SMS）based on IoT （Internet of Things）gateway for performance venues. With the development of SWFusioner intelligent merging system with SWF-GW01 IoT gateway，feasibility and effectiveness for DAP are verified. A perspective block chain technology applications for big data management in future performance venues are illustrated.

【Key Words】performance venues;Data Aggregation Protocol （DAP）;Show Control System（SCS）;Show Management System（SMS）;Internet of Things （IoT）;gateway;block chain;big data

演出場所数据汇聚协议（Data Aggregation Protocol，DAP）研究是演出控制[1]向演出管理演化的基础性研究，也是物联网（Internet of Things，IoT）和区块链技术[2]应用于文化和演艺装备管理的基石。因此，文化和旅游部将演出场所安全数据汇聚协议规范纳入标准化研究内容，望建立演出场所灯光系统、机械系统、环境空气质量系统、特效系统、音响系统、视频系统、监督及通信系统、舞美装置系统、演出控制系统等相关数据统一协议规范，将原先独立于信息化管理之外的演出场所各个独立子系统和装备纳入大数据管理范畴。通过对演艺装备的统一数据监测和管理，开发和应用物联网网关，对演艺装备的基础运维数据进行区块链管理，从演出控制提升至演出管理和文化大数据管理[3]，从而大幅度优化和提升对经营团体和演出场所的管理水平。

1桥接演出控制系统与管理系统的数据汇聚协议模型

演出场所的主要功能是服务于演出活动和观演需求，演出控制（Show Control）统一协调灯光、机械和音响等一系列子系统有序运作，成为演艺专用设备的核心技术活动。目前已经很难考证“演出控制（Show Control）”一词最早出处，一场演出需要灯光、音响、特效等方面的专业技术人员组成Show Control团队，统一配合演员完成演出活动，已成为所有各个演出场所的实际存在。1994年，John Huntington在《Control Systems for Live Entertainment〉〉一书中正式给出演出控制系统（Show Control System）和娱乐控制系统（Entertainment Control System）的定义，具体如下。

娱乐控制系统（Entertainment Control System，又称“ECSs”）：

演出娱乐场所用于专用设备的独立控制系统，遵循各专业设备的特殊控制要求和规则。如灯光控制、音响控制、视频控制、索具（或威亚）、烟花特效控制等。一般每个独立ECS包括一系列的CUEs（表演场景交接转换）的触发和控制操作。

演出控制系统（Show Control System，又称“SCS”）：

应用自动化技术统一连接及协调操作多个ECSs的集中控制系统。使各个独立ECSs子系统按照文化创意或演出内容要求同时或独立触发和控制操作一系列CUEs，达成忠实服务于文化创意和演员艺术表演的功能要求。

按照John Huntington的定义，应用自动化技术的SCS可能在MIDI协议出现以后，把音响系统通过MIDI协议纳入自动控制触发的操作中来。1990年，MIDI Show Control（MSC）标准由USITT（United States Institute for Theater Technology）MIDI Forum创立，1991年，MIDI MA（MIDI Manufacturers Association）正式发布了MSC 1.0标准[4]。随着人工智能、视频技术、传感器、自动控制等信息技术发展，SCS正朝着智能化、集成化和网络化方向持续演进。

SCS的任务是演出活动时将演艺装备和技术运用到创作过程中，协调各个ECSs的CUEs触发和控制操作。SCS的广泛应用不仅仅局限于CUEs动作几乎不变的个别秀场、娱乐、主题乐园等场合，通过时间轴、飞CUEs等操作，尤其是视频效果（如滤镜、多图层现场制作、抠像、转场效果等），使得现场技术人员即兴制作CUEs融入艺术创作中。因SCS更侧重于现场控制，不能解决演出场所专用设备的操作维护问题，所以要实现演艺装备和各个ECSs日常在线的运行维护管理，还要借助于演出管理系统（Show Management System，SMS）。当前，国内外演出场所存在无统一数据采集及协议规范、报警和预警信息的数据依据不统一等状况，迫切需要建立演出场所安全数据汇聚协议规范，将各个子系统的监测数据按照统一的协议规范格式汇聚到各个演出管理系统，实施规范化管理。因此，SMS实现的关键则是建立一套可实现演艺装备物联网管理的统一数据汇聚接口网关，桥接演艺装备和各个ECSs到SMS管理节点，如图1所示。

这些IoT网关可看作演艺装备和ECSs的物联网媒介（Agent），可以接入到SMS节点。数据汇聚协议模型如图2所示，SMS是DAP服务器端，各个IoT网关是DAP 客户端。SMS可以应用区块链技术，建立演出管理的区块链网络，并可通过信息分析和数据挖掘等技术抓手，掌控各个演出场所和经营团体管理的全局信息。

2DAP内容研究

数据汇聚协议的研究是演出管理以及未来演艺装备大数据管理的物联网应用研究的一部分，内容包括建立DAP参考模型、协议操作程序和协议报文定义三部分。

2.1DAP参考模型

DAP协议参考模型（如图2所示）定义了三个关联单元，包括DAP 服务器端、DAP客户端和演出场所专业设备安全数据接口，DAP服务器端与DAP客户端通过TCP/UDP协议连接。

DAP服务器端服务于演出场所安全数据汇聚的根节点，也是本地统一数据管理节点;DAP客戶端与DAP服务器端多对一，实现将演出场所专业设备安全数据协议转换成DAP，并汇聚到DAP服务器端;在DAP客户端，演出场所专业设备安全数据接口实现接收演出场所相关设备的安全数据，这些设备包括灯光系统、机械系统、环境空气质量、特效系统、音响系统、视频系统、监督及通信系统、舞美装置系统、演出控制系统等。

2.2DAP操作程序

DAP操作（如图3所示）通过TCP/UDP，采用客户端/服务器模式进行数据通信。

步骤1：DAP客户端与DAP服务器端建立连接，由DAP客户端发起请求连接，DAP服务器端同意连接后，建立连接;

步骤2：DAP客户端与DAP服务器端之间可以进行双向通信;

步骤3：当通信结束时，由DAP客户端发送结束通信请求后，DAP客户端与DAP服务器端连接结束，并释放通信端口资源。

2.3DAP报文

协议数据包基本格式如图4所示，包括数据包头、数据包内容和数据包尾三大部分。数据包头包括IP地址、通道数、特征字、操作类型、扩展字和数据内容长度;数据包尾包括校验位低位和校验位高位。

数据包采用JSON格式[5]，依据JSON语法规则，DAP数据包基本格式说明如表所示，其书写的语法规则为：

（1）数据在键值对中;

（2）数据由逗号分隔;

（3）花括号保存对象;

（4）方括号保存数组。

3DAP的应用开发

为验证DAP的实用性、有效性，开发了演出管理的SWFusioner智能融合系统及配套的IoT网关设备SWF-GW01，并应用于浙江国际影视中心，实现2 500 m²、1 200 m²及2个600 m²共4个演播厅的灯光配电、机械吊挂和空气质量监测等专用设备的环境能源等安全信息进行获取汇聚、统一分析、规范管理，其系统功能如图5所示，具体包括以下管理内容。

（1）SWFusioner系统（操作界面如图6所示）设于影视制作中心二楼中央控制室，实现4个演播厅的灯光配电、机械吊挂和空气质量在线实时监测及安全报警功能;并对4个演播厅的环境能源数据进行统一分析及处理，具有本地能源管理和报表分析等功能。

（2）各个演播厅安装协议转换网关SWF-GW01（如图7所示），分别对各个演播厅智能机械吊挂、灯光配电和空气质量监测3个子系统进行数据获取，并统一汇聚到SWFusioner系统。

（3）借助于浙江广电现有VPN网络，实现VPN专线服务，实现萧山国际影视中心及杭州莫干山路总部的远程桌面环境能源监管功能。

SWFusioner系统将数字化和网络化技术成功引入演出管理领域。根据演出管理的产业特点，将异种通信协议规范于演出场所DAP，并在数据信息的处理、传输和应用上，挖掘音视频、灯光、舞台机械等演艺行业的新型管理模式，以“跨界整合”推动规范化管理。

SWFusioner系统具有较高的安全防范性和可控性，可充分满足规范管理的要求，操作方便，维护简单，便于管理。在演出的整个过程中都会实时地提供精确的设备运行状态参数，供相关舞台操作人员参考，以便于及时的处理和设置应急预案和措施，或规避相应风险，保证演出的正常安全运行。整个系统的信息处理和传输建立在TCP/IP加密隧道技术基础上，对环境能源安全信息统一管理和维护，即避免了演艺信息丢失的风险，又保证了重要信息的安全性，为将来满足广电系统的演播厅专用设备统一区块链管理奠定基础。

环境能源管理模块是整个SWFusioner系统的能源分析和展示模块，有能源分析工具箱、报表生成及管理工具及远程VPN桌面管理服务三部分，可定制环境能源监控接口、能源管理分析报表、远程VPN桌面展示等功能。借助于能源分析工具箱，可实现演播厅环境能源数据的过滤、整合、环比、同比以及故障智能预警、报警等功能。

協议转换网关SWF-GW01是演出场所安全数据汇聚协议转换网关，支持调光柜、环境监测和机械承重设备的集中参数收集、缓存和转发功能，可设定接入设备使用的协议，并将安全数据转换为统一DAP汇聚到中心数据库，以满足演出场所IoT管理需求。

4未来演出管理的区块链应用

区块链技术是比特币系统的底层核心技术，作为一种去中心化数据库技术，其开放式、扁平化、平等性、不具备强制性的中心控制的系统结构已应用到众多领域[6]。区块链技术不仅仅解决信任问题，其去中心化、透明性、公平性以及公开性与面向演艺装备和ECSs运行维护的演出管理物联网理念相吻合，其在演出管理的应用也将进一步推动演艺文化大数据管理架构的建设。

区块链技术的特点与演出管理物联网理念在一定程度上具有相似性，如表2所示，具体叙述如下。

（1）区块链和演出管理物联网都体现了去中心化的思想。区块链系统中，不存在中心化的数据库，每个节点都保存了区块链的全部信息，权利和义务对等;演出管理物联网中分布式演出场所演艺装备和ECSs将成为重要的组成部分，各个演出场所的演出活动平等且分散，产生的运行维护数据可以平等分享。

（2）区块链和演出管理物联网都体现了自治协同性。区块链系统由网络中的所有节点运行和维护，不存在统一的管理机构;在演出管理物联网中强调演出控制系统的自调度和生态化运行。

（3）区块链和演出管理物联网都能够信息可追溯。利用区块链技术能够建立公平开放的安全运行管理机制，同时各个演出管理节点可以很好地分享大数据分析的共性信息，提升安全运行管理水平。

（4）区块链和演出管理物联网都具有自动化特征。区块链系统可以通过智能合约来实现合同执行的自动化和智能化;演出管理物联网将存在大量的设备运行维护信息，以及ECSs的自动执行的CUEs信息。

因此，构建如图8所示的基于区块链技术的演出管理物联网，不但发挥区块链去中心化架构的技术优势，也为未来演出场所大数据管理应用提供必要的技术和管理手段。

该基于区块链技术的演出管理物联网系统具有如下特点。

（1）调度运行去中心化。区块链使多个演出管理系统之上不需存在统一的机构进行调度管控，通过IoT网关SWF-GW01将演出场所不同ECSs和演艺装备的运行维护信息共享于多个演出管理运行区块链，多ECSs系统中每个个体都能够通过所在地区的不同SCS和SMS信息进行自调度决策，优化自身设备管理和维护。

（2）数据具有保密性与可靠性。不同SMS系统内的信息是私有信息，这些信息通过公钥加密后上传拷贝的方式确保信息传递的保密性;而系统SMS节点信息是共有信息可以被公开查询，区块链分布式账本的存储方式能够保证节点运行维护信息的真实可靠，不易被篡改，进而具有公正性。

（3）共享全局信息分析和规范化数据管理服务。通过运行于区块链之上的信息分析和大数据挖掘平台，可以使各个子系统共享全局信息分析和规范化数据管理服务。这些服务借助区块链技术，将大大增加共享信息的传播和应用效率，包括但不限于演艺装备的综合评价、演出场所管理评价及对标管理、演出团体管理评价及对标管理等。

虽然目前区块链应用还处于探索阶段，但随着文化大数据应用的布局和展开，未来区块链技术可扩展至包括各种演出场所管理信息、演出装备操作维护数据、演出信息、建筑信息和其他相关信息。这些演出场所的数据汇聚起来，将形成文化演出相关的大数据。通过信息分析和服务平台的全局建设，按照数据成熟度DMM[7]等先进数据管理模型要求，结合演出场所的典型数据，应用大数据技术可为经营团体和演出场所提供包括但不限于如下服务。

（1）演艺装备的操作和维护：如结合同类型设备的操作和维护综合评价，可为演出场所管理推荐设备维护和更换时间、就近可替换设备优质供应商、结合演出排期关注重点设备运行、设备预警及报警阈值自动设定或调整等。

（2）演出场所标准化管理：结合演出场所的各类数据及信息的模型化分析，可给出相似类型的演出场所的能源消耗、观众类别及出席人数、安全评价等综合指标并实施对标管理。

（3）演出团体标准化管理：结合演出场所管理，可建立演出相似节目的能源消耗和安全评价的动态指标，并对演出团体实施对标管理评价。

（4）政府主管部门的决策支撑：通过综合数据分析，可为主管机构提供如新建演出场所的能耗预测、票务状况预测和效益分析等服务;对既有演出场所提供综合评价等服务。

5总结

演出场所数据汇聚协议是实现演出控制和演出管理系统信息交换的桥梁，其研究是物联网和区块链技术应用于文化和演艺装备管理的先决条件。基于演出场所数据汇聚协议开发和应用案例研究，以及详细分析区块链技术与演出管理物联网理念的相似性，建立基于区块链技术的演出管理物联网架构，证明实现运行维护规范大数据管理服务是可行的和必要的。未来区块链技术可扩展至包括各种演出场所管理信息、演出装备操作维护数据、演出信息、建筑信息和其他相关信息，更好地发挥区块链技术优势，共享全局信息分析和规范化数据管理服务，从而进一步提升各种演出场所的综合管理能力。

参考文献：

[1] John Huntington. Show Networks and Control Systems：Formerly Control Systems for Live Entertainment[M]. Zircon Designs Press，USA，2012.

[2] Satoshi Nakamoto. Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System[EB/OL]. http：//www.bitcoin.org/bitcoin.pdf，2009.

[3]侯春海等.未来演出场所大数据应用架构的探索[J].演艺科技，2018（11）：36-41.

[4] MIDI Manufacturers Association. MIDI SHOW CONTROL （MSC）1.0—MIDI 1.0 Recommended Practice RP-002[Z]. 1991.

[5] The JSON Data Interchange Syntax. Standard ECMA- 404-2017.

[6]张宁等.能源互联网中的区块链技术：研究框架与典型应用初探[J].中国电机工程学报，2016，36（15）：4011- 4022.

[7] CMMI Institute. CMMI institute data management maturity model v1.0[Z]. 2014.