有线网络统一边缘资源管理整体架构研究

2014-07-07潘永跃孙晨舒何晓峰

电视技术 2014年2期

关键词：频点资源分配广电

潘永跃，孙晨舒，何晓峰，胡俊

（江苏省广电有线信息股份网络有限公司，江苏南京 210000）

有线网络统一边缘资源管理整体架构研究

潘永跃，孙晨舒，何晓峰，胡俊

（江苏省广电有线信息股份网络有限公司，江苏南京 210000）

介绍了一种基于NGOD下的边缘IPQAM资源分配及管理系统架构，着重阐述了利用统一资源管理模块完成对传统VOD、SDV、视频云计算等新业务视频点播系统的接入，以及关键流程及资源分配策略，在保证资源高效利用的同时，提高了服务质量。

边缘IPQAM；统一资源管理；VOD；SDV；新业务

随着VOD技术的演进以及业务发展的需求，各大广电网络公司基本上部署了多套边缘IPQAM设备和视频服务器系统，各套系统架构互不兼容、性能各不相同，通常采用分地域、分业务的方式对外提供服务，多套系统的资源相互隔离，无法做到资源的统一调度和使用。

通过研究面向视频点播业务、SDV业务、视频云计算等不同业务的统一边缘IPQAM资源分配和管理系统体系架构，实现了对多套边缘IPQAM设备的统一资源调度，在保证资源高效利用的同时提高了服务质量。

1 广电行业边缘资源发展状况

1.1 广电行业边缘资源主流架构介绍

VOD业务即视频点播业务，是一种可以按用户需要点播节目的互动式视频业务。它的一个重要特点就是需要很高的带宽来传送下行的媒体流。广电的CATV网络可以提供非常高的下行带宽，适于媒体流的传送。因此，广电行业的VOD业务提供多采用基于IPQAM的VOD解决方案，即利用IP网络实现流媒体的控制，通过CATV网络下发媒体流的方式。

目前广电运营商中基于IPQAM的VOD解决方案主要有时代华纳提出的ISA（InteractiveServicesArchi⁃tecture）、Comcast提出的NGOD（NextGenerationonDe⁃mand）以及中国广电的NGB标准。

1）ISA

交互服务架构ISA（InteractiveServicesArchitec⁃ture）是美国有线运营商时代华纳从1997年为以VOD为代表的交互式服务提出的网络框架结构。架构如图1所示。

ISA架构中会话管理和资源管理在一个模块（SRM）中实现。

会话资源管理模块SRM提供了复杂的带宽管理能力，以确保在下行网络上视频流能正确地路由和分发，它持续地监控网络拓扑和流资源的利用，以保证VOD系统会话的最大可用性，消除视频服务器或服务组（ServiceGroup）间因为带宽不足和MPEG节目号冲突导致的服务失败。SRM自动完成VideoServer、IPQAM与STB的配对，并对IPQAM的带宽进行管理。SRM参考NGOD等开放标准架构，实现内部session、resource等各管理功能的细分，实现内部模块的松耦合运行，支持分布式部署。

图1 ISA系统架构图

2）NGOD

Comcat在Comcast-SP-NGOD-GEN-ARCH-103-100731标准中对NGOD进行了定义。

在NGOD架构中，与边缘资源管理相关的部件包括ERM（边缘资源管理）、SM（会话管理），ERM和SM是分离的2个独立部件。主要的接口包括D6、R6、S6、D2。

S6：SM到ERM的接口，用于SM向ERM为特定的用户会话请求边缘资源，SM使用QAM名称到ERM的映射信息为会话选择ERM。

R6：ERM到ED（EdgeDevice）的接口，用于ERM提供ED上的UDP端口和启动会话的参数。

D6：ED到ERM的接口，用于ED向其所属的ERM注册配置信息。

D2：ERM到SM的接口，用于SM发现在其控制下的ERM。

2 南京广电边缘IPQAM管理现状

南京广电为适应多种业务的运营需求，部署了多套边缘资源管理设备和边缘IPQAM设备。其中传统的VOD点播服务是基于ISA架构的，由会话资源管理模块（SRM）根据静态配置的IPQAM信息对边缘资源进行分配和管理；增值业务视频点播服务是基于NGOD架构，边缘资源通过接口将信息主动上报至边缘资源管理模块（ERM），会话管理模块（SM）通过ERM对资源进行分配和管理。由于架构的原因，两套系统之间并无消息进行通信，并且边缘资源也无法做到复用。系统的概况图如图3所示。

图3 现有系统架构图

在实际运营中，不同的区域用户对不同的业务应用及喜好不一样，不同业务对边缘IPQAM设备的性能要求比如时延和误码率等都有差异，这种差异导致了资源浪费，包括硬件资源、软件资源以及带宽资源等，这也给管理上带来了很多问题，比如资源使用不明确，不能动态合理地进行管理等问题。

同时，为了更好地给用户提供服务，南京广电还将逐步提供交换式数字电视（SDV）、视频云计算、视频会议等新业务；众多业务系统的接入，会使现有边缘IPQAM资源无法共享的问题更加突出。

因此南京广电希望通过建立一套统一边缘IPQAM资源分配及管理系统，打破未来多个业务系统接入时边缘资源无法统一调度的僵局。

3 统一边缘IPQAM资源分配及管理系统架构

3.1 异构边缘IPQAM的统一资源调度

多个业务系统之间的边缘IPQAM资源无法做到复用是由于业务系统之间的异构性。不同业务系统对边缘资源的访问是基于不同架构的。目前主流的视频服务业务系统的架构分别是ISA[1]和NGOD[2]。为了屏蔽异构业务系统在调用边缘资源的局限性，在会话管理和资源管理中间增加统一资源调度的模块。对会话系统而言，统一资源管理模块是全部边缘资源的管理模块；对各业务系统的资源管理系统而言，统一资源管理系统可以将边缘资源访问的消息转换成本系统自有的消息。从而达到多个业务系统的边缘资源之间进行统一调度，如图4所示。

图4 统一资源管理系统示意图

在设计统一资源管理模块时，考虑到ISA架构本身的复杂度和NGB标准尚无可实施的案例，本着开放性和先进性的原则，南京广电选择NGOD标准作为基础，构建统一边缘IPQAM资源分配及管理系统。

3.2 多业务接入边缘IPQAM资源分配及管理系统架构方案

方案中URM和ERM采用分级方式，大部分采用NGOD的接口协议，URM可以管理ERM（间接管理IPQAM），也可以直接管理IPQAM，各系统的SM只与URM接口。为此ERM和URM之间的D2接口需要扩展，用于ERM向URM汇报不同区域码和业务类型下的边缘资源利用状况。系统的架构如图5所示。

方案中通过URM对SM提供统一的资源分配接口，各业务系统的ERM及独立部署的IPQAM向URM报告本业务系统内的IPQAM的资源使用情况。

资源分配的过程中，URM首先进行一级分配，各业务ERM实现二级分配。

本方案优势在于可以重用ERM的资源分配策略，且只需要对D6接口做扩展即可，既平滑兼容了现有的系统，又能直接管理IPQAM，并对新系统的SM提供统一的接口。

3.3 频点分配策略

URM首先根据业务类型是直播、点播还是其他，选择不同的IPQAM。在选定IPQAM后，进行对频点的选择，策略如下：

图5 统一资源管理系统系统架构图

1）优先级，通过URM管理系统，设置频点的优先级别。2）预先分配频点，根据请求会话中已分配的带宽计算出带宽平均值，预先分配平均值大小带宽的频点，供SM快速分配使用。如果SM请求带宽大于带宽平均值，则重新分配。3）频点会话数负载，分析URM系统中各个频点的会话总数，优先分配会话总数小的频点。4）频点轮询，URM系统中的频点建立队列，使用过的频点自动加到队列尾部，循环均衡使用频点。

逻辑图如图6所示。