廣電運(yùn)營商統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)URM的技術(shù)設(shè)計(jì)

阮烜強(qiáng)+朱錦程

摘要：廣電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的各服務(wù)系統(tǒng)采用獨(dú)立的資源管理系統(tǒng)對IPQAM進(jìn)行資源管理，服務(wù)系統(tǒng)間資源無法共享，造成IPQAM資源的浪費(fèi)。該文針對此廣電網(wǎng)絡(luò)的資源利用問題，提出了URM（統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)）的技術(shù)解決方法并給出了設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：廣電；資源管理；URM

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）02-0031-03

1 URM系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景

在當(dāng)前互動(dòng)電視、IPTV、OTT互聯(lián)網(wǎng)電視激烈的競爭下，廣電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商需要通過獨(dú)立運(yùn)營、合作運(yùn)營、租賃等多種方式，借助既有的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及運(yùn)營平臺(tái)為用戶提供豐富的數(shù)字電視多媒體業(yè)務(wù)。由于廣電網(wǎng)絡(luò)天然的技術(shù)特性，需要借助IPQAM將服務(wù)流調(diào)制到某一頻點(diǎn)上通過HFC網(wǎng)傳到用戶終端。隨著互動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展和用戶規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對IPQAM頻點(diǎn)資源的需求也日益迫切。

目前，大部分廣電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的各服務(wù)系統(tǒng)采用獨(dú)立的資源管理系統(tǒng)對IPQAM進(jìn)行資源管理，服務(wù)系統(tǒng)間資源無法共享，造成IPQAM資源的浪費(fèi)。因此，需要一套全網(wǎng)統(tǒng)一的IPQAM資源管理系統(tǒng)，根據(jù)目前現(xiàn)有的服務(wù)能力和規(guī)模，以及未來業(yè)務(wù)的發(fā)展對頻點(diǎn)資源進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)資源的共享、調(diào)度和管控。

2 URM系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)URM主要是為了實(shí)現(xiàn)以下目的：在廣電運(yùn)營商運(yùn)營過程中，為各服務(wù)系統(tǒng)提供IPQAM共享資源，并進(jìn)行統(tǒng)一的資源分配；考慮到未來業(yè)務(wù)的發(fā)展，在保證對服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行資源管控的同時(shí)，可將未來新增服務(wù)系統(tǒng)納入到URM體系中；基于分層的IPQAM設(shè)計(jì)，URM支持兩級(jí)IPQAM間的資源互補(bǔ)；兼容NGOD R6/D6/S6接口規(guī)范，與服務(wù)系統(tǒng)、IPQAM等實(shí)現(xiàn)對接；部署URM后，不會(huì)導(dǎo)致原有服務(wù)流程增加較大的延時(shí)。

3 URM方案

3.1 總體架構(gòu)

統(tǒng)一資源管理URM為多服務(wù)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的IPQAM共享資源池，并實(shí)現(xiàn)對資源的管理、分配和調(diào)度。其包括了：統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)、統(tǒng)一資源注冊節(jié)點(diǎn)和統(tǒng)一資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)，以及共享資源管理模塊。其中，統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)包括了：信息維護(hù)、資源管理、策略管理、資源監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控及系統(tǒng)管理；資源注冊和調(diào)度節(jié)點(diǎn)包括：資源注冊、資源同步和負(fù)載均衡。共享資源管理模塊負(fù)責(zé)對全網(wǎng)IPQAM資源信息進(jìn)行管理，并向統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)做數(shù)據(jù)上報(bào)。

3.2 資源管理模型設(shè)計(jì)及資源分配管理

URM系統(tǒng)從資源的邏輯模型來看，分為三層：應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、資源層。應(yīng)用層定義申請IPQAM資源所需要的應(yīng)用信息，用戶訪問業(yè)務(wù)后攜帶了APP ID或應(yīng)用信息向服務(wù)系統(tǒng)申請資源。APP ID在URM應(yīng)用表中定義了相關(guān)的業(yè)務(wù)屬性，如碼流帶寬、編碼格式，是否加密等。 網(wǎng)絡(luò)層定義Region ID參數(shù)。用戶通過服務(wù)系統(tǒng)申請資源時(shí)，URM根據(jù)其攜帶的Region ID參數(shù)判斷其所屬的區(qū)域，為服務(wù)系統(tǒng)確定可選的IPQAM資源范圍。資源層為用戶訪問業(yè)務(wù)構(gòu)建一個(gè)共享資源池，處于不同區(qū)域的用戶通過服務(wù)系統(tǒng)在資源池中申請到可用資源。并且由于HFC網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)情況以及IPQAM設(shè)備的部署情況，可以實(shí)現(xiàn)頻點(diǎn)資源在HFC網(wǎng)絡(luò)上的復(fù)用。

URM采用基于策略的分配方式為用戶分配可用資源。整個(gè)資源分配過程分為三個(gè)階段，第一階段定位到分配資源的IPQAM設(shè)備，第二階段通過IPQAM頻點(diǎn)表確定可用頻點(diǎn)資源，第三階段再通過IPQAM信道表分配可用的信道資源。其中，第一階段通過區(qū)域表、用戶區(qū)域和頻點(diǎn)對應(yīng)表來選定分配資源的IPQAM設(shè)備。區(qū)域表定義了用戶所屬于的服務(wù)區(qū)，用戶開機(jī)時(shí)攜帶Region ID參數(shù)；用戶區(qū)域和頻點(diǎn)對應(yīng)表中，每個(gè)區(qū)域都對應(yīng)了若干個(gè)IPQAM設(shè)備，屬于某個(gè)區(qū)域的用戶只能在該區(qū)域?qū)?yīng)的IPQAM設(shè)備中進(jìn)行選擇。在限定區(qū)域中，通過策略（如優(yōu)先級(jí)、業(yè)務(wù)類型）選擇其中的某一臺(tái)IPQAM設(shè)備。第二階段，根據(jù)服務(wù)系統(tǒng)攜帶的APP ID（或is HD應(yīng)用參數(shù)）在應(yīng)用表中找到業(yè)務(wù)需要的碼流帶寬，在頻點(diǎn)表中，通過頻點(diǎn)總帶寬、剩余帶寬、總信道數(shù)、剩余信道數(shù)等參數(shù)進(jìn)行綜合分析，最終確定選擇的可用頻點(diǎn)資源。頻點(diǎn)總帶寬根據(jù)IPQAM的調(diào)制方式有所不同，如64IPQAM調(diào)制總帶寬為38Mbps，剩余帶寬表示可用的帶寬，總信道數(shù)表示一個(gè)頻點(diǎn)上可分配的最大信道數(shù)（即一個(gè)頻點(diǎn)上可傳輸?shù)腅S節(jié)目流數(shù)），剩余信道數(shù)表示還可為服務(wù)系統(tǒng)分配的信道資源。資源分配模塊通過APP ID（is HD應(yīng)用參數(shù)）在剩余帶寬中判斷是否有可用的帶寬資源，并在剩余信道數(shù)中判斷是否有可用的信道資源，在保證帶寬和信道都可分配的情況下，確定選擇的頻點(diǎn)資源。第三階段，在確定選擇的頻點(diǎn)資源后，在信道表中分配信道資源，包括信道PID和UDP端口。

統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)URM針對不同的服務(wù)系統(tǒng)，采用基于弱資源管控的注冊模式和基于強(qiáng)資源管控的分配模式。

“注冊模式”是指服務(wù)系統(tǒng)自身具備資源管理和分配能力，URM對服務(wù)系統(tǒng)的資源管控只提供注冊功能。URM在接收服務(wù)系統(tǒng)提交的分配資源后，根據(jù)其注冊的資源狀態(tài)判斷資源是否可用。注冊模式服務(wù)系統(tǒng)與URM通過松耦合交互，在約定的時(shí)間內(nèi)未收到URM返回的響應(yīng)，服務(wù)系統(tǒng)直接使用該資源，減少URM對服務(wù)系統(tǒng)的侵入。采用注冊模式，可能會(huì)造成服務(wù)系統(tǒng)間資源的沖突。

“分配模式”是指URM為服務(wù)系統(tǒng)分配資源，并對資源占用情況進(jìn)行審核與注冊。服務(wù)系統(tǒng)與URM通過緊密耦合進(jìn)行交互，互相強(qiáng)烈依賴。服務(wù)系統(tǒng)將URM串入服務(wù)過程，可以保障所有分配模式下的服務(wù)系統(tǒng)間資源共享，并且互不沖突。服務(wù)系統(tǒng)基于分配模式向URM發(fā)起資源分配請求時(shí)，“資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)”基于策略為服務(wù)系統(tǒng)分配資源，并向“資源注冊節(jié)點(diǎn)”發(fā)起資源占用審核報(bào)備。 在分配模式下的服務(wù)系統(tǒng)的資源管控由資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一提供，可有效服務(wù)系統(tǒng)分配資源互不沖突。同時(shí)，分配模式對服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)入侵接入，服務(wù)系統(tǒng)對URM有很強(qiáng)的依賴性。endprint

3.3 URM關(guān)鍵技術(shù)

統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)URM負(fù)責(zé)為全網(wǎng)多業(yè)務(wù)提供IPQAM資源分配、調(diào)度和管控，因此需具有很強(qiáng)的業(yè)務(wù)適應(yīng)性。采用數(shù)據(jù)同步技術(shù)和負(fù)載均衡技術(shù)可保證URM具有很強(qiáng)的平滑伸縮性。

從數(shù)據(jù)層面上講，URM單臺(tái)能力設(shè)備（資源注冊設(shè)備或資源分配設(shè)備）只可提供有限規(guī)模的服務(wù)能力，當(dāng)業(yè)務(wù)和用戶達(dá)到一定的規(guī)模時(shí)可以通過增加能力設(shè)備數(shù)量來提高系統(tǒng)處理能力。URM采用數(shù)據(jù)同步技術(shù)來保證能力設(shè)備之間數(shù)據(jù)的一致性。從業(yè)務(wù)層面上講，URM接收服務(wù)系統(tǒng)請求時(shí)需選擇合適的能力設(shè)備返回響應(yīng)。URM采用負(fù)載均衡技術(shù)接收服務(wù)請求，根據(jù)能力設(shè)備的健康狀態(tài)及負(fù)載壓力，將服務(wù)系統(tǒng)的請求重定向到新增的負(fù)荷壓力較小的能力設(shè)備上。

廣電運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)采用IPQAM技術(shù)為終端用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)，每一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)獨(dú)占一個(gè)信道（頻點(diǎn)+PID），若系統(tǒng)為兩個(gè)或多個(gè)服務(wù)分配到相同的頻點(diǎn)/PID時(shí)就會(huì)發(fā)生資源沖突，后連接到IPQAM的業(yè)務(wù)可能無法正常為用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

在URM環(huán)境下，通過共享的資源池能有效減少?zèng)_突，但在這幾種情況下，存在沖突可能：1）數(shù)據(jù)失同步：由于系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)故障，會(huì)出現(xiàn)資源管控流程中資源數(shù)據(jù)不一致，從而導(dǎo)致資源分配沖突或資源未能有效釋放等情況的發(fā)生；2）注冊模式下的響應(yīng)不及時(shí)；可在以下幾個(gè)方面對沖突處理進(jìn)行優(yōu)化：資源同步機(jī)制：URM負(fù)責(zé)為全網(wǎng)多服務(wù)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的IPQAM資源池，并在分配、審核、注冊等多個(gè)環(huán)節(jié)為多服務(wù)系統(tǒng)提供IPQAM資源管控。通過對資源在服務(wù)系統(tǒng)與URM之間進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，保證服務(wù)系統(tǒng)資源分配的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。在注冊模式下，服務(wù)系統(tǒng)自身的統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)提供對資源的管理能力。服務(wù)系統(tǒng)每次為用戶分配資源時(shí)，都需要將資源的分配情況上報(bào)到資源注冊節(jié)點(diǎn)。正常情況，審核通過的資源占用信息會(huì)被記錄。由于網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備故障造成注冊節(jié)點(diǎn)未能及時(shí)相應(yīng)，服務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)分配資源未能在URM共享資源管理模塊正常記錄，當(dāng)其他服務(wù)系統(tǒng)分配到該資源時(shí)就有可能造成沖突。因此需要采用資源同步機(jī)制，定期批量的將服務(wù)系統(tǒng)的資源分配信息同步到共享資源管理模塊，以減小資源分配沖突的發(fā)生。在分配模式下要實(shí)現(xiàn)服務(wù)系統(tǒng)與資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)的資源同步。當(dāng)服務(wù)系統(tǒng)完成一個(gè)流服務(wù)并請求釋放資源時(shí)，會(huì)向資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)請求資源回收，資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)向資源注冊節(jié)點(diǎn)確認(rèn)后記錄資源釋放，并與IPQAM設(shè)備釋放會(huì)話連接，同時(shí)，返回響應(yīng)給服務(wù)系統(tǒng)，服務(wù)系統(tǒng)會(huì)通知流服務(wù)器停止向IPQAM設(shè)備吐流。若在某一瞬時(shí)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障，資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)未接收到該資源釋放請求，因此該資源在資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)仍處于占用狀態(tài)，而實(shí)際該資源已被釋放。通過資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)與服務(wù)系統(tǒng)不定期地進(jìn)行資源同步和比對，調(diào)整資源狀態(tài)的準(zhǔn)確性。

在分配模式下，由于服務(wù)系統(tǒng)與URM資源的不同步會(huì)造成資源分配沖突。可采用預(yù)分配機(jī)制，服務(wù)系統(tǒng)從URM預(yù)先分配批量的IPQAM資源，多服務(wù)系統(tǒng)可在預(yù)分配的資源中獲得可靠的IPQAM資源。

通過多服務(wù)系統(tǒng)之間資源分配請求順序來盡量降低沖突發(fā)生。例如，對于全網(wǎng)IPQAM資源，服務(wù)系統(tǒng)A采用順序方式請求頻點(diǎn)資源，服務(wù)系統(tǒng)B采用倒序方式請求頻點(diǎn)資源。在服務(wù)系統(tǒng)間請求資源發(fā)生重疊時(shí)才有可能發(fā)生資源分配沖突。

URM是一個(gè)復(fù)雜的資源管理系統(tǒng)，在為服務(wù)系統(tǒng)分配資源時(shí)會(huì)受到多方面因素的影響，如IPQAM的品牌/型號(hào)、用戶類別及所屬區(qū)域、業(yè)務(wù)類型等。如不對服務(wù)系統(tǒng)請求資源進(jìn)行合理的規(guī)劃和分配，就會(huì)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗過大、頻點(diǎn)資源分配效率低等情況。URM基于策略面向全網(wǎng)多服務(wù)系統(tǒng)提供IPQAM資源分配，以確保資源分配更加合理。

URM依據(jù)區(qū)域信息（RegionID）、應(yīng)用信息（APPID等）、剩余可用資源閥值、IPQAM健康狀態(tài)、IPQAM設(shè)備的使用優(yōu)先級(jí)/權(quán)重（業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)、是否支持R6/D6）、IPQAM設(shè)備的實(shí)際資源狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行配置。Region ID是用戶向服務(wù)系統(tǒng)請求資源時(shí)攜帶的參數(shù)，它表明用戶所屬的區(qū)域，資源分配策略根據(jù)Region ID為所屬某一區(qū)域的用戶提供與之對應(yīng)的IPQAM資源池。應(yīng)用信息（包括APP ID或 is HD等）是用戶訪問業(yè)務(wù)系統(tǒng)（如EPG）時(shí)獲取的參數(shù)，資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)根據(jù)應(yīng)用參數(shù)選擇IPQAM設(shè)備，并在IPQAM設(shè)備上分配所需帶寬的資源。剩余可用資源閥值是指IPQAM設(shè)備可用資源占總資源的比例。資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)判斷閥值，優(yōu)先將大于閥值的IPQAM資源分配給服務(wù)系統(tǒng)。資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)在分配資源時(shí)，首先篩選出健康的IPQAM資源，再根據(jù)相關(guān)策略分配資源。資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)對服務(wù)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的資源管控能力。通常，由于IPQAM資源緊張或IPQAM資源被用戶長時(shí)間占用，需要對資源進(jìn)行強(qiáng)制釋放。

3.4 URM特點(diǎn)

統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)URM具有下列特點(diǎn)：開放兼容性、冗余擴(kuò)展性以及靈活部署能力。URM基于模塊化設(shè)計(jì)，提供開放的接口實(shí)現(xiàn)與服務(wù)系統(tǒng)、IPQAM的外部系統(tǒng)的對接。其具有良好的安全冗余性和擴(kuò)展性，通過負(fù)載均衡和數(shù)據(jù)同步等技術(shù)使系統(tǒng)集群化，避免單點(diǎn)故障造成的系統(tǒng)癱瘓；并可通過增加能力設(shè)備線性擴(kuò)展系統(tǒng)的處理能力。同時(shí)，URM采用分布式的兩級(jí)部署架構(gòu)。在統(tǒng)一資源管控的情況下，實(shí)現(xiàn)對共享資源的分布式處理，并根據(jù)目前現(xiàn)網(wǎng)IPQAM設(shè)備的部署情況提供本地資源和全局資源管理的兩級(jí)管控。可根據(jù)外拓業(yè)務(wù)的需求，將整套URM直接部署在外拓平臺(tái)側(cè)，實(shí)現(xiàn)外拓節(jié)點(diǎn)對自身IPQAM資源的管理。對業(yè)務(wù)適應(yīng)能力強(qiáng)，根據(jù)業(yè)務(wù)類型或特點(diǎn)，應(yīng)在減小URM對服務(wù)系統(tǒng)入侵情況下選擇合適的資源管控模式。

4 URM系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)URM主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備級(jí)監(jiān)控和應(yīng)用級(jí)監(jiān)控，并對全網(wǎng)信息進(jìn)行維護(hù)和管理。包括：信息維護(hù)、資源監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、信息維護(hù)、資源管理、策略管理和系統(tǒng)管理

信息維護(hù)是指系統(tǒng)支持對全網(wǎng)信息的維護(hù)，包括全網(wǎng)IPQAM資源狀態(tài)信息、全網(wǎng)IPQAM設(shè)備狀態(tài)信息，全網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等，即通過數(shù)據(jù)采集接口獲取共享資源管理模塊的資源狀態(tài)、通過數(shù)據(jù)采集接口從共享資源管理模塊獲取IPQAM的狀態(tài)、通過設(shè)備上報(bào)接口獲取資源注冊節(jié)點(diǎn)和資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；URM對通過共享資源管理模塊采集的IPQAM資源信息（管理信息包括：頻點(diǎn)、信道、帶寬、業(yè)務(wù)類型等）進(jìn)行管理，也可通過配置界面手工錄入IPQAM資源配置，并通過接口發(fā)布到共享資源管理模塊。URM系統(tǒng)支持根據(jù)區(qū)域信息、應(yīng)用信息、帶寬需求、設(shè)備優(yōu)先級(jí)、IPQAM資源閾值等參數(shù)配置多種資源策略，將資源分配策略下發(fā)到資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)，由資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)控制策略的狀態(tài)?？蓪?shí)現(xiàn)對全網(wǎng)IPQAM設(shè)備及IPQAM資源的監(jiān)控管理。對全網(wǎng)IPQAM設(shè)備及資源進(jìn)行監(jiān)控，對全網(wǎng)的IPQAM資源狀況通過共享資源管理模塊定期采集的方式獲取，資源的信息包括：占用的頻點(diǎn)、信道、帶寬、業(yè)務(wù)類型等。資源監(jiān)控模塊可以監(jiān)聽上報(bào)的運(yùn)行參數(shù)，并記錄日志，根據(jù)日志統(tǒng)計(jì)分析，生成全網(wǎng)IPQAM資源運(yùn)行情況報(bào)表。URM系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)URM的設(shè)備監(jiān)控。資源調(diào)度節(jié)點(diǎn)和資源注冊節(jié)點(diǎn)的設(shè)備通過接口向統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)上報(bào)設(shè)備狀態(tài)信息，參數(shù)信息包括了：磁盤運(yùn)行情況、CPU負(fù)載情況、帶寬狀態(tài)，以及網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤等，并記錄日志，根據(jù)日志統(tǒng)計(jì)分析生成系統(tǒng)運(yùn)行情況報(bào)表。

5 總結(jié)

統(tǒng)一資源管理系統(tǒng)URM基于開放性、兼容性、可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)原則，實(shí)現(xiàn)了對廣電運(yùn)營商全網(wǎng)IPQAM資源的共享、調(diào)度和管控，并可在未來接入其他的服務(wù)系統(tǒng)，預(yù)期URM系統(tǒng)將在各運(yùn)營商中進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)部署。

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