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思华科技:结合实用案例谈交互电视平台架构

作者:思华科技    来源:流媒体网   发布时间:2009-10-16 10:53:45

    【流媒体网】摘要:交互平台的建设是双向业务的一个开端,而交互平台的系统架构决定了后续交互业务的持续健康发展,是大规模商业交互平台的基石。交互平台系统架构中,最为关键的是后台管理系统架构和视频服务体系架构,思华科技这篇文章对系统架构的探讨将围绕这两部分重点展开。目前主流的交互平台架构解决方案,有基于传统广电HFC网络的时代华纳ISA架构和基于IP宽带网络的IPTV标准规范,而尚未成熟应用的下一代交互电视架构NGOD则尝试吸收多种架构的优点。


    1、交互领航 架构当先
    以VOD业务和时移业务为代表的交互电视应用服务打破了传统广播用户被动收看电视节目的时空限制,使用户可以随心所欲控制节目的播放,抛弃了仅仅依靠数字键选择广播频道的收视方式,彻底颠覆了传统的节目消费习惯。
    交互业务的发展,伴随着广电运营商自身体制和广播电视市场环境的变革,必定会带动广电行业服务模式的巨大转变。交互平台的建设是双向业务的一个开端,而交互平台的系统架构决定了后续交互业务的持续健康发展,是大规模商业交互平台的基石。因此交互系统架构的开放、灵活,将非常有利于广电运营商从单一的广播网络运营商,向综合运营商的平滑过渡和发展。
    交互平台系统架构中,最为关键的是后台管理系统架构和视频服务体系架构,思华科技这篇文章对系统架构的探讨将围绕这两部分重点展开。
    2、典型交互平台的系统架构
    一个典型的交互电视系统的功能架构以及后台管理系统和周边系统的关系如下图所示,节目内容通过AMS媒资管理系统馈入BMS业务管理系统,BMS系统将媒体文件注入到视频服务器VOD Server,同时将资产注入到业务应用系统Application,业务应用系统进行节目编排和服务绑定后再发布到互动节目导航系统IPG。用户通过导航界面来选择点播的节目,同时会话资源管理系统SRM 和BMS平台在后台工作以管理网络带宽,并与付费平台配合确定用户帐户的合法性。

 


    在完整的广播电视业务体系中,媒资管理系统AMS和运营支撑系统BOSS分别作为生产系统和业务运营系统,往往由独立的厂商提供产品和客户化服务,为包括广播业务在内的所有业务提供支撑。而IP QAM则是网络设备产品,因此交互平台架构的核心组成包括:
    视频服务系统VOD Server
    业务管理系统BMS
    会话和资源管理系统SRM
    应用管理系统VOD Application
    交互节目导航系统IPG
    3、后台管理系统架构
    目前主流的交互平台架构解决方案,有基于传统广电HFC网络的时代华纳ISA架构和基于IP宽带网络的IPTV标准规范,而尚未成熟应用的下一代交互电视架构NGOD则尝试吸收多种架构的优点。
    基于HFC网络的ISA架构,是传统广电的解决方案,可和原有的网络及业务兼容,视频下传采用HFC广播通道,采用DVB协议,编码格式采用MEPG-2。而IPTV架构,采用IP封装和IP单播/组播技术,编码格式一般为MPEG4或H.264。
    对于广电运营商,必须在现有网络环境的基础上,充分考虑新技术和新业务带来的影响,合理选择适合广电和国情的交互平台架构。一方面利用现有广播网络的带宽优势,另一方面充分吸收IP QAM技术、千兆以太网技术、流媒体技术等先进技术,实现支持广播业务、VOD业务、时移/回看业务、nPVR业务、广告业务、H.264/AVS高清业务、SDV交换式数字视频业务等多种业务的融合体系架构。
    考虑到多业务支持和发展过程中的不确定性,在吸收不同架构优点及现网实际运营经验后,思华科技认为一个完整的后台管理系统(BackOffice)功能架构如下图所示:

 

[NextPage]    BackOffice系统包含以下几个层次的功能模块:
    导航模块IPG:统一交互电视服务门户TV Portal。IPG支持发布服务器运行在Linux平台上,同时可加载Squid等Web Cache代理软件,以提供更多的并发访问支持,避免大量Web发布服务器的堆叠;IPG同时支持采用四层交换机,实现多台Web发布服务器地址的Cluster集群管理功能;IPG的主要功能包括:
    多业务导航
    用户自服务
    认证计费网关
    业务管理模块Application:实现对不同业务的内容组合和业务策略的全局配置及管理;可以同时实现多个业务管理模块Application协同工作,分别管理不同的用户、业务,对IPG Server同时支持节目目录数据的主动推送方式和被动获取方式,提供灵活的业务管理和节目组合策略,满足各类新的互动电视业务开发和部署需要。典型的业务管理子系统包括:
    VOD业务管理
    时移业务管理
    nPVR业务管理
    直播/SDV管理
    广告管理
    运营管理模块VAS:VAS对用户信息和产品信息进行管理和维护,和第三方用户管理系统SMS/BOSS以及认证计费网关联合工作。VAS系统借鉴电信运营商对用户数据的管理和技术接口,实现实时扣款、实时授权、用度数据查询等,用户可在互动机顶盒终端上直接购买包月节目包等功能。VAS的主要功能包括:
    用户管理。支持与第三方SMS/OSS/BOSS之间的接口,能够实时同步相关用户信息,如用户基本属性,产品定购关系等;
    产品管理。广电运营商根据自己的销售策略将频道或节目单独销售或进行组合销售,产品管理就是针对广电运营商所提供的交互电视服务进行产品化管理,管理的内容包括业务产品在系统中的定义、产品与服务资费的对应关系绑定、产品有效期定义、产品适用范围、产品适用客户群的定义等。支持多种节目组合方式,比如包月,按次点播、免费点播、捆绑优惠等多种营帐方式。对于包月方式,在运营管理子系统中定义产品,产品中包括一个或多个频道/栏目,并对其定价,业务子系统中的产品和SMS系统中产品可使用编码进行对应,这样,最终用户就可以在SMS中订购该产品;对于按次计费方式,运营管理子系统中可以对频道和频道中的内容定义按次价格。
    计费管理。完成VOD用户的认证授权和计费信息的生成。
    营销管理相关。产品营销模块可根据市场需求去整合业务流程并制定相应的营销策略,支持VOD系统不断推出更吸引人的运营策略。
    报表管理模块Report:提供各种业务、运维、运营等相关报表;报表管理子系统可以对于交互电视运营中所有的系统及运营数据进行统计,并提供出不同的商业报表,包括点播率相关的、节目内容相关的、视频流相关的、用户组和地域相关的等统计报表。
    会话资源管理模块SRM: 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;
    会话调度系统SM。 SM系统应能支持SSP协议和扩展的RTSP协议码流管理能力,能兼顾IPQAM传送模式和纯IP传送模式,以支持不同互动机顶盒终端和各种应用环境;
    资源管理系统RM。 RM系统支持对IPQAM的管理、调度、负载均衡和备份功能,同时具备通过接口对IPQAM设备的管理功能,包括设备工作状态、可用性、各板卡资源情况等,以避免IPQAM设备故障而导致的点播失败,以增加业务运行的可靠性;
    网络管理系统NM。 交互电视系统包括大量组件,为保证系统的正常运营,所有的组件均需要网络元素进行监控管理,管理功能包括:配置管理、性能管理、安全管理、故障管理等。NM参考MSA管理架构,包括一套完整的系统监控机制,除对物理设备和运行状态、参数进行监控外,对点播核心软件模块也可实现运行状态、参数、性能的监控,为主动运维提供一定的预警能力;
    系统接口:为全交互式数字电视业务管理提供与其他业务系统的统一接口,以对不同前端产品实现有效的统一管理和资源控制,实现平台的开放性要求;接口协议既可支持ISA规范中的CORBA协议,也可以采用诸如SOAP/XML协议等进行优化。模块接口划分参考NGOD架构下的各功能模块的划分规划,参照现网成功案例的互动业务运行经验,实现内部各模块均为松耦合运行模式,以支持各核心模块的分布式运行,支持百万用户级的并发点播管理。

    4、视频服务体系部署架构
    视频服务器最简单的工作原理即接受用户的点播请求,并根据服务器的运行状况和网络状况以合适的通道发送视频流给用户。大型的交互平台往往拥有海量的用户和海量的内容,因此运营级的视频服务体系往往由一个支持巨量网络吞吐带宽的服务器集群组成,可以在一个很大的范围之间任意伸缩其网络吞吐性能。

[NextPage]    从全球范围来看,VOD视频服务器已经历两代产品的发展,第一代产品为全集中式结构,由若干台视频服务器合成一组,组内服务器的存储采用RAID立方、RAID平方等技术实现共享,它可以降低节目重复存储的次数,在早期存储价格还比较高且节目比较少的情况下有比较积极的作用。第二代产品为集中—分布式结构,视频服务器和存储服务器相对独立,视频服务器通常自带Cache,它和存储服务器之间通过网络相连,业务早期需要全集中时通过局域网相连,业务后期需要建立分前端时通过城域网连接分前端视频服务器和存储服务器,扩展比较方便,视频服务器通过CDN技术等自适应算法来保证播出服务器Cache的高命中率以降低内容的调度次数。此外,第二代VOD视频服务器产品中的部分厂家在服务器端除了通过硬盘作为Cache外,还同时通过容量相对比较小的Flash或内存等作为Cache,这样如果所有的用户都点播在Flash或内存中的那部分内容时,VOD服务器能有比较高的并发输出流量。
    通过以上分析可知,对于不同规模的广电运营商或同一运营商的不同发展阶段,视频服务器对集中-分布式结构的支持以及支持的效率是视频服务器厂商关注的重点。在运营商已经选择了先进的视频服务技术体系和产品后,视频服务器的部署与运营商网络还有着很大的关系,如何选择最适合自有网络环境的部署架构,则是广电运营商要重点考虑的问题。
    下面以某广电运营商的实际网络环境为例,分析几种不同的视频服务器部署方式及优缺点。
    某广电现有网络环境如下图所示,总前端及其他一级分前端处于骨干光纤环网上,另有若干个二级分前端分别通过光纤双上联至骨干环网上的总前端或一级分前端中的两个物理节点。所有物理节点均带有一定数量的终端用户。

 

    根据视频服务器的部署位置,我们设计了三种部署方案:
    方案一:半集中式。在总前端部署中心视频服务器,在一级分前端部署边缘视频服务器,组成两级CDN网络。边缘视频服务器分别为本节点及一定数量的其他相连的二级分前端提供视频服务。示意图如下:

 

    方案二:全集中式。在总前端集中部署若干台视频服务器,通过万兆网络直接向各分前端提供视频流服务;示意图如下:

 

    方案三:全分布式(边缘堆叠式)。在总前端部署中心视频服务器,在所有一级和二级分前端分别部署边缘视频服务器,组成两级CDN网络。所有边缘视频服务器仅为本节点用户提供视频服务。示意图如下:

 

    上述三种部署架构分析比较如下表:

 

半集中式

全集中式

全分布式

可靠性

骨干节点分散服务,骨干网络可靠性要求低,边缘网络通过双归冗余实现高可靠性

中心集中服务,通过下联双链路保证网络可靠性,通过配置可以灵活地进行各节点用户规模的调整

边缘就近服务,网络可靠性要求低

扩展性

初期可通过堆叠边缘服务器的方式扩展用户,后期可通过在二级分前端部署服务器的方式形成三层CDN网络来扩展用户;

随着用户数量增加对网络带宽要求线性增加,可以选择其他节点部署视频服务器

通过增加边缘服务器的方式扩展用户,扩展方便;

不能支持不同分前端的服务能力动态共享;

经济性

(成本)

网络资源

骨干环网采用GE链路互联,二级分前端接入采用万兆双归方式,符合现有网络环境;

从中心到所有分前端均采用万兆网络,网络资源消费较大;

网络资源消耗较小

业务系统

服务设备需求与全集中式相近

服务设备需求较少

边缘存储消耗较大

可维护性

视频服务器骨干节点分布,维护较简单

视频服务器集中在核心,维护简单

视频服务器分布在多节点,维护复杂


    运营商可以根据网络拓扑、节点分布和带宽等网络情况,以及投资成本和运维条件等进行综合考虑,进行适当的部署架构选择。
    综上所述,“业务与承载分离、管理与服务分离”是设计交互平台的首要原则,“集中式管理、分布式服务”使得架构设计更为灵活和具有拓展性,同时结合市场容量需求和网络规划条件进行合适的部署架构设计,可以使交互平台最大程度地服务于交互业务发展。(文/思华科技)

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