潘永躍，孫晨舒，何曉峰，胡 俊

（江蘇省廣電有線信息股份網(wǎng)絡(luò)有限公司，江蘇 南京 210000）

有線網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一邊緣資源管理整體架構(gòu)研究

潘永躍，孫晨舒，何曉峰，胡 俊

（江蘇省廣電有線信息股份網(wǎng)絡(luò)有限公司，江蘇 南京 210000）

介紹了一種基于NGOD下的邊緣IPQAM資源分配及管理系統(tǒng)架構(gòu)，著重闡述了利用統(tǒng)一資源管理模塊完成對(duì)傳統(tǒng)VOD、SDV、視頻云計(jì)算等新業(yè)務(wù)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的接入，以及關(guān)鍵流程及資源分配策略，在保證資源高效利用的同時(shí)，提高了服務(wù)質(zhì)量。

邊緣IPQAM；統(tǒng)一資源管理；VOD；SDV；新業(yè)務(wù)

隨著VOD技術(shù)的演進(jìn)以及業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，各大廣電網(wǎng)絡(luò)公司基本上部署了多套邊緣IPQAM設(shè)備和視頻服務(wù)器系統(tǒng)，各套系統(tǒng)架構(gòu)互不兼容、性能各不相同，通常采用分地域、分業(yè)務(wù)的方式對(duì)外提供服務(wù)，多套系統(tǒng)的資源相互隔離，無(wú)法做到資源的統(tǒng)一調(diào)度和使用。

通過(guò)研究面向視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)、SDV業(yè)務(wù)、視頻云計(jì)算等不同業(yè)務(wù)的統(tǒng)一邊緣IPQAM資源分配和管理系統(tǒng)體系架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多套邊緣IPQAM設(shè)備的統(tǒng)一資源調(diào)度，在保證資源高效利用的同時(shí)提高了服務(wù)質(zhì)量。

1 廣電行業(yè)邊緣資源發(fā)展?fàn)顩r

1.1 廣電行業(yè)邊緣資源主流架構(gòu)介紹

VOD業(yè)務(wù)即視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)，是一種可以按用戶需要點(diǎn)播節(jié)目的互動(dòng)式視頻業(yè)務(wù)。它的一個(gè)重要特點(diǎn)就是需要很高的帶寬來(lái)傳送下行的媒體流。廣電的CATV網(wǎng)絡(luò)可以提供非常高的下行帶寬，適于媒體流的傳送。因此，廣電行業(yè)的VOD業(yè)務(wù)提供多采用基于IPQAM的VOD解決方案，即利用IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)流媒體的控制，通過(guò)CATV網(wǎng)絡(luò)下發(fā)媒體流的方式。

目前廣電運(yùn)營(yíng)商中基于IPQAM的VOD解決方案主要有時(shí)代華納提出的ISA（InteractiveServicesArchi?tecture）、Comcast提出的NGOD（NextGenerationonDe?mand）以及中國(guó)廣電的NGB標(biāo)準(zhǔn)。

1）ISA

交互服務(wù)架構(gòu)ISA（InteractiveServicesArchitec?ture）是美國(guó)有線運(yùn)營(yíng)商時(shí)代華納從1997年為以VOD為代表的交互式服務(wù)提出的網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)。架構(gòu)如圖1所示。

ISA架構(gòu)中會(huì)話管理和資源管理在一個(gè)模塊（SRM）中實(shí)現(xiàn)。

會(huì)話資源管理模塊SRM提供了復(fù)雜的帶寬管理能力，以確保在下行網(wǎng)絡(luò)上視頻流能正確地路由和分發(fā)，它持續(xù)地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜土髻Y源的利用，以保證VOD系統(tǒng)會(huì)話的最大可用性，消除視頻服務(wù)器或服務(wù)組（ServiceGroup）間因?yàn)閹挷蛔愫蚆PEG節(jié)目號(hào)沖突導(dǎo)致的服務(wù)失敗。SRM自動(dòng)完成VideoServer、IPQAM與STB的配對(duì)，并對(duì)IPQAM的帶寬進(jìn)行管理。SRM參考NGOD等開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部session、resource等各管理功能的細(xì)分，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部模塊的松耦合運(yùn)行，支持分布式部署。

圖1 ISA系統(tǒng)架構(gòu)圖

2）NGOD

Comcat在Comcast-SP-NGOD-GEN-ARCH-103-100731標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)NGOD進(jìn)行了定義。

在NGOD架構(gòu)中，與邊緣資源管理相關(guān)的部件包括ERM（邊緣資源管理）、SM（會(huì)話管理），ERM和SM是分離的2個(gè)獨(dú)立部件。主要的接口包括D6、R6、S6、D2。

S6：SM到ERM的接口，用于SM向ERM為特定的用戶會(huì)話請(qǐng)求邊緣資源，SM使用QAM名稱到ERM的映射信息為會(huì)話選擇ERM。

R6：ERM到ED（EdgeDevice）的接口，用于ERM提供ED上的UDP端口和啟動(dòng)會(huì)話的參數(shù)。

D6：ED到ERM的接口，用于ED向其所屬的ERM注冊(cè)配置信息。

D2：ERM到SM的接口，用于SM發(fā)現(xiàn)在其控制下的ERM。

相關(guān)的接口如圖2所示。

圖2 NGOD相關(guān)接口圖

3）NGB

NGB是以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為核心的、可同時(shí)傳輸數(shù)字和模擬信號(hào)的，具備雙向交互、組播、推送播存和廣播4種工作模式的、可管可控可信的、全程全網(wǎng)的寬帶交互式下一代廣播電視網(wǎng)絡(luò)，但是由于標(biāo)準(zhǔn)剛剛制定，尚無(wú)實(shí)施的案例。

1.2 邊緣資源發(fā)展現(xiàn)狀

目前，由于ISA架構(gòu)的流控協(xié)議采用基于ISO／IECDSM-CC標(biāo)準(zhǔn)的SSP和LSCP協(xié)議，而前端服務(wù)器實(shí)體之間采用CORBA實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性相對(duì)較高。NGOD則是在RTSP協(xié)議的基礎(chǔ)上提出，實(shí)體交互基于WebService實(shí)現(xiàn)，推流部分在國(guó)內(nèi)有大量的商用案例。

國(guó)內(nèi)外IPQAM廠商的產(chǎn)品都支持ISA規(guī)范，而ISA規(guī)范由于本身定義的復(fù)雜性，造成整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度提高，也直接導(dǎo)致了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的成本非常昂貴。目前，主流IPQAM廠商設(shè)備均已支持NGOD標(biāo)準(zhǔn)。

2 南京廣電邊緣IPQAM管理現(xiàn)狀

南京廣電為適應(yīng)多種業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)需求，部署了多套邊緣資源管理設(shè)備和邊緣IPQAM設(shè)備。其中傳統(tǒng)的VOD點(diǎn)播服務(wù)是基于ISA架構(gòu)的，由會(huì)話資源管理模塊（SRM）根據(jù)靜態(tài)配置的IPQAM信息對(duì)邊緣資源進(jìn)行分配和管理；增值業(yè)務(wù)視頻點(diǎn)播服務(wù)是基于NGOD架構(gòu)，邊緣資源通過(guò)接口將信息主動(dòng)上報(bào)至邊緣資源管理模塊（ERM），會(huì)話管理模塊（SM）通過(guò)ERM對(duì)資源進(jìn)行分配和管理。由于架構(gòu)的原因，兩套系統(tǒng)之間并無(wú)消息進(jìn)行通信，并且邊緣資源也無(wú)法做到復(fù)用。系統(tǒng)的概況圖如圖3所示。

圖3 現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)圖

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，不同的區(qū)域用戶對(duì)不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用及喜好不一樣，不同業(yè)務(wù)對(duì)邊緣IPQAM設(shè)備的性能要求比如時(shí)延和誤碼率等都有差異，這種差異導(dǎo)致了資源浪費(fèi)，包括硬件資源、軟件資源以及帶寬資源等，這也給管理上帶來(lái)了很多問(wèn)題，比如資源使用不明確，不能動(dòng)態(tài)合理地進(jìn)行管理等問(wèn)題。

同時(shí)，為了更好地給用戶提供服務(wù)，南京廣電還將逐步提供交換式數(shù)字電視（SDV）、視頻云計(jì)算、視頻會(huì)議等新業(yè)務(wù)；眾多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的接入，會(huì)使現(xiàn)有邊緣IPQAM資源無(wú)法共享的問(wèn)題更加突出。

因此南京廣電希望通過(guò)建立一套統(tǒng)一邊緣IPQAM資源分配及管理系統(tǒng)，打破未來(lái)多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)接入時(shí)邊緣資源無(wú)法統(tǒng)一調(diào)度的僵局。

3 統(tǒng)一邊緣IPQAM資源分配及管理系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 異構(gòu)邊緣IPQAM的統(tǒng)一資源調(diào)度

多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的邊緣IPQAM資源無(wú)法做到復(fù)用是由于業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的異構(gòu)性。不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)邊緣資源的訪問(wèn)是基于不同架構(gòu)的。目前主流的視頻服務(wù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的架構(gòu)分別是ISA[1]和NGOD[2]。為了屏蔽異構(gòu)業(yè)務(wù)系統(tǒng)在調(diào)用邊緣資源的局限性，在會(huì)話管理和資源管理中間增加統(tǒng)一資源調(diào)度的模塊。對(duì)會(huì)話系統(tǒng)而言，統(tǒng)一資源管理模塊是全部邊緣資源的管理模塊；對(duì)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的資源管理系統(tǒng)而言，統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)可以將邊緣資源訪問(wèn)的消息轉(zhuǎn)換成本系統(tǒng)自有的消息。從而達(dá)到多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的邊緣資源之間進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，如圖4所示。

圖4 統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)示意圖

在設(shè)計(jì)統(tǒng)一資源管理模塊時(shí)，考慮到ISA架構(gòu)本身的復(fù)雜度和NGB標(biāo)準(zhǔn)尚無(wú)可實(shí)施的案例，本著開(kāi)放性和先進(jìn)性的原則，南京廣電選擇NGOD標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)，構(gòu)建統(tǒng)一邊緣IPQAM資源分配及管理系統(tǒng)。

3.2 多業(yè)務(wù)接入邊緣IPQAM資源分配及管理系統(tǒng)架構(gòu)方案

方案中URM和ERM采用分級(jí)方式，大部分采用NGOD的接口協(xié)議，URM可以管理ERM（間接管理IPQAM），也可以直接管理IPQAM，各系統(tǒng)的SM只與URM接口。為此ERM和URM之間的D2接口需要擴(kuò)展，用于ERM向URM匯報(bào)不同區(qū)域碼和業(yè)務(wù)類(lèi)型下的邊緣資源利用狀況。系統(tǒng)的架構(gòu)如圖5所示。

方案中通過(guò)URM對(duì)SM提供統(tǒng)一的資源分配接口，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的ERM及獨(dú)立部署的IPQAM向URM報(bào)告本業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)的IPQAM的資源使用情況。

資源分配的過(guò)程中，URM首先進(jìn)行一級(jí)分配，各業(yè)務(wù)ERM實(shí)現(xiàn)二級(jí)分配。

本方案優(yōu)勢(shì)在于可以重用ERM的資源分配策略，且只需要對(duì)D6接口做擴(kuò)展即可，既平滑兼容了現(xiàn)有的系統(tǒng)，又能直接管理IPQAM，并對(duì)新系統(tǒng)的SM提供統(tǒng)一的接口。

3.3 頻點(diǎn)分配策略

URM首先根據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)型是直播、點(diǎn)播還是其他，選擇不同的IPQAM。在選定IPQAM后，進(jìn)行對(duì)頻點(diǎn)的選擇，策略如下：

圖5 統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)圖

1）優(yōu)先級(jí)，通過(guò)URM管理系統(tǒng)，設(shè)置頻點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)別。2）預(yù)先分配頻點(diǎn)，根據(jù)請(qǐng)求會(huì)話中已分配的帶寬計(jì)算出帶寬平均值，預(yù)先分配平均值大小帶寬的頻點(diǎn)，供SM快速分配使用。如果SM請(qǐng)求帶寬大于帶寬平均值，則重新分配。3）頻點(diǎn)會(huì)話數(shù)負(fù)載，分析URM系統(tǒng)中各個(gè)頻點(diǎn)的會(huì)話總數(shù)，優(yōu)先分配會(huì)話總數(shù)小的頻點(diǎn)。4）頻點(diǎn)輪詢，URM系統(tǒng)中的頻點(diǎn)建立隊(duì)列，使用過(guò)的頻點(diǎn)自動(dòng)加到隊(duì)列尾部，循環(huán)均衡使用頻點(diǎn)。

邏輯圖如圖6所示。

圖6 頻點(diǎn)分配策略圖

4 結(jié)束語(yǔ)

NGOD架構(gòu)是一套開(kāi)放的架構(gòu)體系，系統(tǒng)功能模塊豐富，真正端到端的管理，相比于ISA，具有先進(jìn)性和開(kāi)放性的特點(diǎn)，并且在眾多廣電運(yùn)營(yíng)商的推動(dòng)下，還在不斷地完善。

統(tǒng)一資源管理（URM）正是基于先進(jìn)性和開(kāi)放性的考慮，在NGOD架構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一套可以承載多業(yè)務(wù)接入的邊緣資源管理和分配系統(tǒng)，在兼容已有VOD系統(tǒng)的前提下，對(duì)多業(yè)務(wù)會(huì)話管理提供統(tǒng)一的接口，并對(duì)IPQAM資源統(tǒng)一進(jìn)行分配和管理[3]，在節(jié)省資源的同時(shí)，又對(duì)資源進(jìn)行智能合理的利用。

但是由于所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的SM都直接和URM進(jìn)行通信，URM的壓力比較大。因此設(shè)計(jì)一個(gè)高性能的URM是今后需要研究的方向。

[1]王丹，朱明海，王志謙.一種基于ISA架構(gòu)VOD系統(tǒng)內(nèi)容注入及分 發(fā) 方 案 [EB/OL].[2013-06-10]. http://www.docin.com/ p-363561452.html.

[2]楊超，索妮爾，王志謙.基于NGOD架構(gòu)的VOD流媒體服務(wù)器會(huì)話處理方案[J].電視技術(shù)，2012，36（17）：1-2.

[3]陳偉，李荊生，童曉光.IPTV與IPQAM體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)比較研究[J].電視技術(shù)，2012，36（16）：41-44.

TN949

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??雨博

2013-08-15

【本文獻(xiàn)信息】潘永躍，孫晨舒，何曉峰，等.有線網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一邊緣資源管理整體架構(gòu)研究[J].電視技術(shù)，2014，38（2）.