有線網絡統一邊緣資源管理整體架構研究

潘永躍，孫晨舒，何曉峰，胡 俊

（江蘇省廣電有線信息股份網絡有限公司，江蘇 南京 210000）

有線網絡統一邊緣資源管理整體架構研究

潘永躍，孫晨舒，何曉峰，胡 俊

（江蘇省廣電有線信息股份網絡有限公司，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架構，著重闡述了利用統一資源管理模塊完成對傳統VOD、SDV、視頻云計算等新業務視頻點播系統的接入，以及關鍵流程及資源分配策略，在保證資源高效利用的同時，提高了服務質量。

邊緣IPQAM；統一資源管理；VOD；SDV；新業務

隨著VOD技術的演進以及業務發展的需求，各大廣電網絡公司基本上部署了多套邊緣IPQAM設備和視頻服務器系統，各套系統架構互不兼容、性能各不相同，通常采用分地域、分業務的方式對外提供服務，多套系統的資源相互隔離，無法做到資源的統一調度和使用。

通過研究面向視頻點播業務、SDV業務、視頻云計算等不同業務的統一邊緣IPQAM資源分配和管理系統體系架構，實現了對多套邊緣IPQAM設備的統一資源調度，在保證資源高效利用的同時提高了服務質量。

1 廣電行業邊緣資源發展狀況

1.1 廣電行業邊緣資源主流架構介紹

VOD業務即視頻點播業務，是一種可以按用戶需要點播節目的互動式視頻業務。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網絡可以提供非常高的下行帶寬，適于媒體流的傳送。因此，廣電行業的VOD業務提供多采用基于IPQAM的VOD解決方案，即利用IP網絡實現流媒體的控制，通過CATV網絡下發媒體流的方式。

目前廣電運營商中基于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標準。

1）ISA

交互服務架構ISA（InteractiveServicesArchitec?ture）是美國有線運營商時代華納從1997年為以VOD為代表的交互式服務提出的網絡框架結構。架構如圖1所示。

ISA架構中會話管理和資源管理在一個模塊（SRM）中實現。

會話資源管理模塊SRM提供了復雜的帶寬管理能力，以確保在下行網絡上視頻流能正確地路由和分發，它持續地監控網絡拓撲和流資源的利用，以保證VOD系統會話的最大可用性，消除視頻服務器或服務組（ServiceGroup）間因為帶寬不足和MPEG節目號沖突導致的服務失敗。SRM自動完成VideoServer、IPQAM與STB的配對，并對IPQAM的帶寬進行管理。SRM參考NGOD等開放標準架構，實現內部session、resource等各管理功能的細分，實現內部模塊的松耦合運行，支持分布式部署。

圖1 ISA系統架構圖

2）NGOD

Comcat在Comcast-SP-NGOD-GEN-ARCH-103-100731標準中對NGOD進行了定義。

在NGOD架構中，與邊緣資源管理相關的部件包括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。

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發現在其控制下的ERM。

相關的接口如圖2所示。

圖2 NGOD相關接口圖

3）NGB

NGB是以自主知識產權技術標準為核心的、可同時傳輸數字和模擬信號的，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、全程全網的寬帶交互式下一代廣播電視網絡，但是由于標準剛剛制定，尚無實施的案例。

1.2 邊緣資源發展現狀

目前，由于ISA架構的流控協議采用基于ISO／IECDSM-CC標準的SSP和LSCP協議，而前端服務器實體之間采用CORBA實現，實現的復雜性相對較高。NGOD則是在RTSP協議的基礎上提出，實體交互基于WebService實現，推流部分在國內有大量的商用案例。

國內外IPQAM廠商的產品都支持ISA規范，而ISA規范由于本身定義的復雜性，造成整個系統的復雜度提高，也直接導致了系統實現的成本非常昂貴。目前，主流IPQAM廠商設備均已支持NGOD標準。

2 南京廣電邊緣IPQAM管理現狀

南京廣電為適應多種業務的運營需求，部署了多套邊緣資源管理設備和邊緣IPQAM設備。其中傳統的VOD點播服務是基于ISA架構的，由會話資源管理模塊（SRM）根據靜態配置的IPQAM信息對邊緣資源進行分配和管理；增值業務視頻點播服務是基于NGOD架構，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對資源進行分配和管理。由于架構的原因，兩套系統之間并無消息進行通信，并且邊緣資源也無法做到復用。系統的概況圖如圖3所示。

圖3 現有系統架構圖

在實際運營中，不同的區域用戶對不同的業務應用及喜好不一樣，不同業務對邊緣IPQAM設備的性能要求比如時延和誤碼率等都有差異，這種差異導致了資源浪費，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，不能動態合理地進行管理等問題。

同時，為了更好地給用戶提供服務，南京廣電還將逐步提供交換式數字電視（SDV）、視頻云計算、視頻會議等新業務；眾多業務系統的接入，會使現有邊緣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一邊緣IPQAM資源分配及管理系統，打破未來多個業務系統接入時邊緣資源無法統一調度的僵局。

3 統一邊緣IPQAM資源分配及管理系統架構

3.1 異構邊緣IPQAM的統一資源調度

多個業務系統之間的邊緣IPQAM資源無法做到復用是由于業務系統之間的異構性。不同業務系統對邊緣資源的訪問是基于不同架構的。目前主流的視頻服務業務系統的架構分別是ISA[1]和NGOD[2]。為了屏蔽異構業務系統在調用邊緣資源的局限性，在會話管理和資源管理中間增加統一資源調度的模塊。對會話系統而言，統一資源管理模塊是全部邊緣資源的管理模塊；對各業務系統的資源管理系統而言，統一資源管理系統可以將邊緣資源訪問的消息轉換成本系統自有的消息。從而達到多個業務系統的邊緣資源之間進行統一調度，如圖4所示。

圖4 統一資源管理系統示意圖

在設計統一資源管理模塊時，考慮到ISA架構本身的復雜度和NGB標準尚無可實施的案例，本著開放性和先進性的原則，南京廣電選擇NGOD標準作為基礎，構建統一邊緣IPQAM資源分配及管理系統。

3.2 多業務接入邊緣IPQAM資源分配及管理系統架構方案

方案中URM和ERM采用分級方式，大部分采用NGOD的接口協議，URM可以管理ERM（間接管理IPQAM），也可以直接管理IPQAM，各系統的SM只與URM接口。為此ERM和URM之間的D2接口需要擴展，用于ERM向URM匯報不同區域碼和業務類型下的邊緣資源利用狀況。系統的架構如圖5所示。

方案中通過URM對SM提供統一的資源分配接口，各業務系統的ERM及獨立部署的IPQAM向URM報告本業務系統內的IPQAM的資源使用情況。

資源分配的過程中，URM首先進行一級分配，各業務ERM實現二級分配。

本方案優勢在于可以重用ERM的資源分配策略，且只需要對D6接口做擴展即可，既平滑兼容了現有的系統，又能直接管理IPQAM，并對新系統的SM提供統一的接口。

3.3 頻點分配策略

URM首先根據業務類型是直播、點播還是其他，選擇不同的IPQAM。在選定IPQAM后，進行對頻點的選擇，策略如下：

圖5 統一資源管理系統系統架構圖

1）優先級，通過URM管理系統，設置頻點的優先級別。2）預先分配頻點，根據請求會話中已分配的帶寬計算出帶寬平均值，預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）頻點會話數負載，分析URM系統中各個頻點的會話總數，優先分配會話總數小的頻點。4）頻點輪詢，URM系統中的頻點建立隊列，使用過的頻點自動加到隊列尾部，循環均衡使用頻點。

邏輯圖如圖6所示。

圖6 頻點分配策略圖

4 結束語

NGOD架構是一套開放的架構體系，系統功能模塊豐富，真正端到端的管理，相比于ISA，具有先進性和開放性的特點，并且在眾多廣電運營商的推動下，還在不斷地完善。

統一資源管理（URM）正是基于先進性和開放性的考慮，在NGOD架構的基礎上設計出了一套可以承載多業務接入的邊緣資源管理和分配系統，在兼容已有VOD系統的前提下，對多業務會話管理提供統一的接口，并對IPQAM資源統一進行分配和管理[3]，在節省資源的同時，又對資源進行智能合理的利用。

但是由于所有業務系統的SM都直接和URM進行通信，URM的壓力比較大。因此設計一個高性能的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VOD系統內容注入及分 發 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架構的VOD流媒體服務器會話處理方案[J].電視技術，2012，36（17）：1-2.

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

TN949

B

??雨博

2013-08-15

【本文獻信息】潘永躍，孫晨舒，何曉峰，等.有線網絡統一邊緣資源管理整體架構研究[J].電視技術，2014，38（2）.