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）

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傳統(tǒng)VOD、SDV、視頻云計算等新業(yè)務(wù)視頻點播系統(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，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)的方式對外提供服務(wù)，多套系統(tǒng)的資源相互隔離，無法做到資源的統(tǒng)一調(diào)度和使用。

通過研究面向視頻點播業(yè)務(wù)、SDV業(yè)務(wù)、視頻云計算等不同業(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)，實現(xiàn)了對多套邊緣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)即視頻點播業(yè)務(wù)，是一種可以按用戶需要點播節(jié)目的互動式視頻業(yè)務(wù)。它的一個重要特點就是需要很高的帶寬來傳送下行的媒體流。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)實現(xiàn)流媒體的控制，通過CATV網(wǎng)絡(luò)下發(fā)媒體流的方式。

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

1）ISA

交互服務(wù)架構(gòu)ISA（InteractiveServicesArchitec?ture）是美國有線運(yùn)營商時代華納從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)中會話管理和資源管理在一個模塊（SRM）中實現(xiàn)。

會話資源管理模塊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)會話的最大可用性，消除視頻服務(wù)器或服務(wù)組（ServiceGroup）間因為帶寬不足和MPEG節(jié)目號沖突導(dǎo)致的服務(wù)失敗。SRM自動完成VideoServer、IPQAM與STB的配對，并對IPQAM的帶寬進(jìn)行管理。SRM參考NGOD等開放標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，實現(xiàn)內(nèi)部session、resource等各管理功能的細(xì)分，實現(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（會話管理），ERM和SM是分離的2個獨立部件。主要的接口包括D6、R6、S6、D2。

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

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

D6：ED到ERM的接口，用于ED向其所屬的ERM注冊配置信息。

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是以自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為核心的、可同時傳輸數(shù)字和模擬信號的，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，尚無實施的案例。

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)器實體之間采用CORBA實現(xiàn)，實現(xiàn)的復(fù)雜性相對較高。NGOD則是在RTSP協(xié)議的基礎(chǔ)上提出，實體交互基于WebService實現(xiàn)，推流部分在國內(nèi)有大量的商用案例。

國內(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，造成整個系統(tǒng)的復(fù)雜度提高，也直接導(dǎo)致了系統(tǒng)實現(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點播服務(wù)是基于ISA架構(gòu)的，由會話資源管理模塊（SRM）根據(jù)靜態(tài)配置的IPQAM信息對邊緣資源進(jìn)行分配和管理；增值業(yè)務(wù)視頻點播服務(wù)是基于NGOD架構(gòu)，邊緣資源通過接口將信息主動上報至邊緣資源管理模塊（ERM），會話管理模塊（SM）通過ERM對資源進(jìn)行分配和管理。由于架構(gòu)的原因，兩套系統(tǒng)之間并無消息進(jìn)行通信，并且邊緣資源也無法做到復(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

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

同時，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）、視頻云計算、視頻會議等新業(yè)務(wù)；眾多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的接入，會使現(xiàn)有邊緣IPQAM資源無法共享的問題更加突出。

因此南京廣電希望通過建立一套統(tǒng)一邊緣IPQAM資源分配及管理系統(tǒng)，打破未來多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)接入時邊緣資源無法統(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

多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的邊緣IPQAM資源無法做到復(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)對邊緣資源的訪問是基于不同架構(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，在會話管理和資源管理中間增加統(tǒng)一資源調(diào)度的模塊。對會話系統(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的消息轉(zhuǎn)換成本系統(tǒng)自有的消息。從而達(dá)到多個業(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)計統(tǒng)一資源管理模塊時，考慮到ISA架構(gòu)本身的復(fù)雜度和NGB標(biāo)準(zhǔn)尚無可實施的案例，本著開放性和先進(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匯報不同區(qū)域碼和業(yè)務(wù)類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URM對SM提供統(tǒng)一的資源分配接口，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的ERM及獨立部署的IPQAM向URM報告本業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)的IPQAM的資源使用情況。

資源分配的過程中，URM首先進(jìn)行一級分配，各業(yè)務(wù)ERM實現(xiàn)二級分配。

本方案優(yōu)勢在于可以重用ERM的資源分配策略，且只需要對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，并對新系統(tǒng)的SM提供統(tǒng)一的接口。

3.3 頻點分配策略

URM首先根據(jù)業(yè)務(wù)類型是直播、點播還是其他，選擇不同的IPQAM。在選定IPQAM后，進(jìn)行對頻點的選擇，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，通過URM管理系統(tǒng)，設(shè)置頻點的優(yōu)先級別。2）預(yù)先分配頻點，根據(jù)請求會話中已分配的帶寬計算出帶寬平均值，預(yù)先分配平均值大小帶寬的頻點，供SM快速分配使用。如果SM請求帶寬大于帶寬平均值，則重新分配。3）頻點會話數(shù)負(fù)載，分析URM系統(tǒng)中各個頻點的會話總數(shù)，優(yōu)先分配會話總數(shù)小的頻點。4）頻點輪詢，URM系統(tǒng)中的頻點建立隊列，使用過的頻點自動加到隊列尾部，循環(huán)均衡使用頻點。

邏輯圖如圖6所示。

圖6 頻點分配策略圖

4 結(jié)束語

NGOD架構(gòu)是一套開放的架構(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)性和開放性的特點，并且在眾多廣電運(yùn)營商的推動下，還在不斷地完善。

統(tǒng)一資源管理（URM）正是基于先進(jìn)性和開放性的考慮，在NGOD架構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計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，對多業(yè)務(wù)會話管理提供統(tǒng)一的接口，并對IPQAM資源統(tǒng)一進(jìn)行分配和管理[3]，在節(jié)省資源的同時，又對資源進(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)計一個高性能的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）.