基于“云計算”的數字電視業務管理系統的研究

王 磊，李 輝

（北京化工大學 信息科學與技術學院，北京 100029）

數字電視業務管理系統是以數字電視增值業務為管理對象的管理信息系統。數字電視產業的飛速發展，沖擊傳統模擬電視市場的同時，形成了自身獨有的廣闊市場和贏利模式，以數字電視廣告和資訊為代表的數字電視產業增值業務，開始被廣電運營商青睞[1]。他們為各種業務場景都采購了相應的軟硬件設備，但是按照往常的經驗，業務與設備的耦合度非常高，一個設備只能用于一種業務，除了造成資源浪費外，更重要的是不同業務設備在臺內業務部門間難于通用和共享，造成了廣電媒體管理系統的復雜化。此外，相對分散的設備日常維護、設備的負載程度、閑置狀況等都是困擾廣電系統的問題。現今快速發展的計算機技術以及互聯網時代的變革將大多基礎設施聯系成一張信息網絡，將一個個信息應用系統和平臺轉換成公用服務和平臺，促使“云計算”也即應運而生。

“云計算”技術作為當今信息化社會的弄潮兒，其分布式處理、并行處理和網格計算的發展，使得一些商業計算概念成為現實。“云計算”將計算機技術和網絡技術發揮到極致，其目的是利用Internet將多個擁有計算能力的實體整合成一個具有強大計算能力和業務處理能力的平臺，并借助先進的商業模式提供給用戶本身所需要的計算處理能力、存儲空間和信息服務等。“云計算”能夠實現前端的統一管理，其并行運算能力、超大的存儲空間等優點對于廣電行業數字電視業務的推進具有重要意義[2-4]。

1 “云計算”的原理及核心服務

“云計算”的最基本的概念就是通過網絡將具有計算處理能力的龐大計算機群聯系在一起以服務的方式提供給用戶。“云計算”（Cloud Computing）是一種概念以及商業模式，并不是一種技術，其核心的理念就是將許多服務器聯絡起來，不斷提高服務器的處理能力，減少終端的負擔，享受“云”帶來的強大處理能力。在“云計算”的模式之下，云端負責將運算的結果交給用戶，而用戶根本不需要了解運算的過程。“云計算”擁有很多核心技術，例如：分布式編程模型、高校任務調度模型、分布式存儲、海量數據管理和虛擬化技術等[5]。目前各個行業都已經開始了自身的 “云計算”工程建設，Google、微軟、Yahoo、IBM等計算機巨頭都開發出了自己的云平臺并已經成為了平臺節點的貢獻者。“云計算”有三種主要服務形式，分別為：軟件即服務SaaS（Software as a Service）、平臺即服務 PaaS（Platform as a Service）和基礎設施即服務 IaaS（Infrastructure as a Service）。軟件即服務是指用戶通過互聯網使用客戶端軟件，而客戶端軟件則是通過互聯網使用云計算機服務器集群提供的服務。平臺及服務是用戶使用“云服務”引擎，即互聯網應用編程接口API或者“云計算”平臺。基礎設施即服務指的是用戶通過互聯網使用“云計算”平臺搭建自身的應用系統，“云計算”平臺為用戶提供諸如虛擬主機、存儲硬盤、網絡服務資源等虛擬硬件服務。這三種服務形式分別面向不同的用戶服務需求，相互補充。三種服務形式的比較結果如表1所示。

表1 “云計算”的三種服務形式比較

2 基于“云計算”數字電視業務管理系統的優勢

“云計算”的誕生，將互聯網“B/S架構”的模式轉變為“云服務器群+客戶端”的模式，在“云計算”的模式下，用戶只需要完成單純的輸入輸出即可，完全不用關心自己的數據和業務是如何被計算、如何被處理的，也不用關注這些東西被存儲在什么地方。“云計算”的這一理念正好符合三網融合過程中廣電系統的需求。目前的廣電系統有無數的分支，每一個分支都呈現集團化的發展趨勢，一個廣電集團旗下可能包含電視臺、媒體公司和有線網絡等多種業務類型，每一個分支都有數據資產管理、信息廣播等多種需求[6]，設備的采購成本和維護費用都相當高，而且單純的數據存儲備份，每天的存儲量就需要數T的存儲空間，所以廣電系統需要一個大容量的存儲空間以及非結構化存儲的數據庫文件系統。再加上技術維護人員的業務能力參差不齊、視音頻編碼的多樣化以及紛繁復雜的業務需求，這些都無形拖住了廣電系統發展的腳步，所以建立基于“云計算”的數字電視業務管理系統至關重要。廣電系統可以 “云計算”平臺管理自身企業的各項業務，而不必自己花費大量的人力物力去建立專門的數字電視業務管理系統。如果能夠在廣電系統內構建出一個統一的“云計算”管理平臺，各種數字電視業務都運行在這個計算平臺上，那么廣電媒體系統所面臨的業務發展和管理困境等問題都將順利解決，在節約成本、人力和物力的情況下最大化數字電視業務廣闊市場，這也正是“云計算”技術在廣電行業的價值體現[7]。廣電系統從原始模式向“云計算”模式的轉換模型如圖1所示。

由圖1可看出，多種系統可以綜合利用“云計算”平臺的存儲運算的處理能力。“云計算”技術的數字電視業務管理系統具有以下優勢：

（1）節約人力物力的成本，將終端投入成本縮小到最小。使用“云計算”平臺，廣電系統不需要自身再去購買大量的服務器，不需要再去培訓專門的業務人員和軟硬件維護人員，避免了單一用戶承擔較多的系統費用，真正實現了以最小的投入運營更多更新的業務功能。

（2）資源分配便捷，資源利用率高。“云計算”處理器集群通過統一的資源調配和集中調度，可以同時并行運行多個系統業務，減少了資源閑置和單一機器負載過高情況的發生。

（3）靈活性和可靠性高，數據處理具有高度的可控性。“云計算”平臺具有良好的伸縮性，可以根據用戶的需求調整資源分配情況，真正做到用戶需要什么用什么，靈活應對用戶的各種使用時間。“云計算”平臺強大的服務器集群通過軟硬件冗余機制與數據自動備份和災難自動應急策略能夠有效防止服務器災難的發生。在數據處理方面，所有的數據全部儲存在云服務器端，云端將對用戶授權以及節目信息管理方面進行統一安全管理。

（4）可最大程度地滿足三網融合的發展需要。基于“云計算”的業務管理，實現了廣電系統業務推廣和廣電業務運營的統一管理，具有無限的發展空間。

（5）保障了播出與授權的安全。通過“云計算”服務器群強大的計算處理能力，使用戶授權的安全性達到最大化，對終端用戶的實時監控、集中管理版權信息以及“云平臺”的實時防護措施，為“云計算”數字電視業務管理系統提供了金融級安全保護。

3 基于“云計算”的系統架構分析

3.1 廣電“私有云”架構設計

圖2 廣電“私有云”架構圖

通過微軟、谷歌、IBM的“云計算”平臺架構經驗不難看出，“云計算”有多種部署方式。基于對現有“云計算”平臺的分析及總結，一般的架構都包含四個部分：基礎設施層、中間件層、顯示層和管理層，其中管理層貫穿其他三層之間。但是廣電系統具有其本身的特殊性，除了特殊的專用設備之外，廣電媒體的言論安全性非常重要，必須有特殊的審核監管機制。所以，對于廣電媒體的“云計算”平臺，必須按照“共有云+私有云”的方式。“私有云”就是用戶通過廣電內部局域網訪問，使用廣電內部建立的云平臺。“公有云”則是通過互聯網訪問，使用相關廠商所提供的云服務。目前廣電系統還沒有成熟的經驗可循，但可以摸索著先在臺里建立“私有云”的方式逐步推廣云平臺的建設。結合 “云計算”技術設計的“私有云”架構如圖 2所示，包含如下的內容：

（1）物理資源層包含了服務器、存儲設備、交換設備和安全設備，屬于整個架構的基礎，為整個平臺提供存儲和服務器等硬件設施，亦即“云計算”的基礎設施服務（IaaS）。

（2）虛擬資源層提供了諸如虛擬主機、虛擬存儲和虛擬交換服務，負責完成整個業務平臺的虛擬化部署。

（3）中間件層起到承上啟下的工作，該中間件在基礎服務設施的基礎上提供了并行處理、分布式緩存服務、虛擬化、分布式存儲和API接口服務。

（4）管理中間層是整個廣電“云平臺”的核心，亦即“云計算”的軟件服務（SaaS）。部署在管理中間層上的廣電業務服務包含：企業管理系統、任務資源管理系統、高密度數據應用服務系統（壓縮轉碼服務）、信息處理系統（數據庫和應用服務器管理）、數據存儲應用、視音頻處理系統（視音頻剪輯制作）和審核播發系統。

（5）終端接入層（即用戶層），所有用戶的客戶端通過互聯網使用廣電“云計算平臺”提供的服務。

（6）云服務安全管理自始至終貫穿于整個平臺，因為廣電系統特殊的安全要求，所以需要部署特殊的用戶接入、節目審核等安全措施。該管理中包含了賬戶管理、審核審批管理、安全日志管理和播發監控管理等。

3.2 管理中間層的業務系統架構設計

管理中間層作為“云平臺”的核心，部署著許多廣電業務系統，如果每個系統都保持獨立，這樣的服務很難滿足廣電系統的快速發展以及用戶多變的需求。所以為了使“云計算平臺”能夠響應客戶需求的多樣化以及適應廣電系統未來的發展，本文設計了一種以SOA（Service-Oriented Architecture）架構為基礎的面向服務的業務系統架構。SOA架構是一種松耦合、開放式的服務架構，通過它的分層式開發架構設計，廣電系統的服務能夠變得更加靈活更加富有彈性，并且能夠最大化地兼容其他軟件產品[8-9]。使用SOA思想設計的系統架構能夠縮短服務的推廣時間，最大程度地滿足用戶的需求。最重要的是廣電系統運行多年后，擁有許多重要的原有數據，如果只簡單進行備份是不可行的。而SOA架構能夠完美地解決這一問題，在完整地保護原有數據的同時使數據完全地融入新的服務系統中，避免了數據的重復錄入。以SOA思想為基礎的廣電業務系統架構如圖3所示。

圖3 廣電“云平臺”系統業務架構圖

各個層次的功能分析如下：

（1）表現層：與用戶接觸最密切的部分，用于顯示各種數據界面并且接收用戶準備進行的關于系統的各種操作。

（2）服務接口層：服務接口層是廣電“云平臺”系統業務架構的核心部分，定義了各種系統服務之間的交互方式與標準。以服務總線的方式將所有的系統服務聯系在一起，定義并封裝了服務的所有信息，用戶通過這一接口能夠對系統的所有業務進行查詢和調用，有了服務接口層，用戶省去了紛繁復雜的接口調用方式。

（3）業務邏輯層：對數據層的數據進行各種邏輯操作和對系統業務邏輯進行處理并以服務的形式對外發布。

（4）數據訪問層：負責數據庫訪問處理的穩定與高效。

（5）“云計算”業務服務平臺：該平臺將廣電系統所有的業務以接口的形式整合在一起，所有的開發標準全部來源于這一平臺，保證了系統內部業務的統一。

4 基于“云計算”的廣電平臺應用解決方案

4.1 案例需求

A市擁有下轄 5個縣，分別為 B1、B2、B3、B4和 B5。目前A市和其下轄各縣已經完成數字化改造：

（1）A市平臺接收省網TS流形式的下傳節目，具備處理全頻點碼流的能力。

（2）B1、B2、B3、B4 和 B5 縣級平臺 接收 RF 形式的A市下傳節目，僅具備對自辦頻點的處理能力。

（3）A市具有全軟件系統平臺，縣級沒有CAS、EPG、SMS等獨立的軟件系統。

現A市需要一套廣告系統來進行市縣的廣告運營，實現市、縣級系統的統一技術規范和互聯互通。要求：市、縣均能夠進行獨立的廣告運營，縣級有全部頻道的廣告運營權；各縣級廣告運營要受市前端的統一監管和控制，實現A市和其下轄各縣系統的分級運營和統一管理。

4.2 案例分析和解決方案

A市和其下轄 B1、B2、B3、B4和 B5縣在前端系統建設上屬于多級管理，要實現廣告系統的統一運營和管理，就需要實現廣告系統的云建設：

（1）A市和其下轄各縣均有廣告系統前端，能夠進行獨立的廣告運營。

（2）由于縣級平臺硬件設備有限，且沒有獨立的軟件系統，無法完成對節目流中的數據進行處理，所以各縣的節目播發需要由A市“云系統”進行控制管理。

（3）A市平臺能夠對全頻點進行廣告運營，縣級平臺能夠對全部頻道進行廣告運營。

（4）A市能夠對各縣播發的廣告內容進行監控。具體的案例解決方案如圖4所示。

4.2.1 市級“云系統”平臺

（1）市級“云系統”平臺擁有整套數字電視業務管理系統，包括用戶管理服務器、編審工作站服務器、壓縮編碼打包服務器、網絡管理服務器和播發服務器。

（2）市級“云系統”平臺可以通過 VPN專網、HFC光纜網絡和Internet互聯網三種模式與縣級相連，接收各縣上傳的廣告方案和資源文件，允許縣級系統使用市級“云系統”平臺提供的所有系統服務。

（3）市級平臺對各縣上傳信息進行統一編輯，形成包含各區域廣告播發策略的方案和資源文件。

（4）監控：縣里的廣告信息均由市級平臺進行播發，具備對縣播發內容監控的能力。

4.2.2 縣級分前端

縣級平臺只擁有簡單的編輯工作站，通過該編輯工作站，編輯整理本縣的節目播發策略方案和資源文件。縣級分前端通過與市級 “云系統”平臺連接的VPN專網、HFC光纜網絡和Internet互聯網，將本縣的廣告方案和資源文件上傳至市級“云系統”平臺，并使用市級“云系統”平臺的業務管理系統對自身的日常業務進行管理。

本文通過對“云計算”以及SOA架構的分析和理解，提出了一種基于“云計算”和SOA架構的數字電視業務管理系統的架構和設計思路。在廣電行業基礎設施日趨完善以及網絡傳輸日益加速的背景下，“云計算”必將成為廣電行業“云工程”信息化建設的領潮者。“媒體云”理念可以說是“云計算”在廣電行業應用的一次創新以及大膽嘗試。

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