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如何選擇IPTV、互動電視平臺系統架構

2009/10/19

　　摘要：交互平臺的建設是雙向業(yè)務的一個開端，而交互平臺的系統架構決定了后續(xù)交互業(yè)務的持續(xù)健康發(fā)展，是大規(guī)模商業(yè)交互平臺的基石。交互平臺系統架構中，最為關鍵的是后臺管理系統架構和視頻服務體系架構，思華科技這篇文章對系統架構的探討將圍繞這兩部分重點展開。目前主流的交互平臺架構解決方案，有基于傳統廣電HFC網絡的時代華納ISA架構和基于IP寬帶網絡的IPTV標準規(guī)范，而尚未成熟應用的下一代交互電視架構NGOD則嘗試吸收多種架構的優(yōu)點。

1、交互領航 架構當先
　　
　　以VOD業(yè)務和時移業(yè)務為代表的交互電視應用服務打破了傳統廣播用戶被動收看電視節(jié)目的時空限制，使用戶可以隨心所欲控制節(jié)目的播放，拋棄了僅僅依靠數字鍵選擇廣播頻道的收視方式，徹底顛覆了傳統的節(jié)目消費習慣。

　　交互業(yè)務的發(fā)展，伴隨著廣電運營商自身體制和廣播電視市場環(huán)境的變革，必定會帶動廣電行業(yè)服務模式的巨大轉變。交互平臺的建設是雙向業(yè)務的一個開端，而交互平臺的系統架構決定了后續(xù)交互業(yè)務的持續(xù)健康發(fā)展，是大規(guī)模商業(yè)交互平臺的基石。因此交互系統架構的開放、靈活，將非常有利于廣電運營商從單一的廣播網絡運營商，向綜合運營商的平滑過渡和發(fā)展。

　　交互平臺系統架構中，最為關鍵的是后臺管理系統架構和視頻服務體系架構，思華科技這篇文章對系統架構的探討將圍繞這兩部分重點展開。

2、典型交互平臺的系統架構

　　一個典型的交互電視系統的功能架構以及后臺管理系統和周邊系統的關系如下圖所示，節(jié)目內容通過AMS媒資管理系統饋入BMS業(yè)務管理系統，BMS系統將媒體文件注入到視頻服務器VOD Server，同時將資產注入到業(yè)務應用系統Application，業(yè)務應用系統進行節(jié)目編排和服務綁定后再發(fā)布到互動節(jié)目導航系統IPG。用戶通過導航界面來選擇點播的節(jié)目，同時會話資源管理系統SRM 和BMS平臺在后臺工作以管理網絡帶寬，并與付費平臺配合確定用戶帳戶的合法性。

　　在完整的廣播電視業(yè)務體系中，媒資管理系統AMS和運營支撐系統BOSS分別作為生產系統和業(yè)務運營系統，往往由獨立的廠商提供產品和客戶化服務，為包括廣播業(yè)務在內的所有業(yè)務提供支撐。而IP QAM則是網絡設備產品，因此交互平臺架構的核心組成包括：視頻服務系統VOD Server、業(yè)務管理系統BMS、會話和資源管理系統SRM、應用管理系統VOD Application、交互節(jié)目導航系統IPG。

3、后臺管理系統架構

　　目前主流的交互平臺架構解決方案，有基于傳統廣電HFC網絡的時代華納ISA架構和基于IP寬帶網絡的IPTV標準規(guī)范，而尚未成熟應用的下一代交互電視架構NGOD則嘗試吸收多種架構的優(yōu)點。

　　基于HFC網絡的ISA架構，是傳統廣電的解決方案，可和原有的網絡及業(yè)務兼容，視頻下傳采用HFC廣播通道，采用DVB協議，編碼格式采用MEPG-2。而IPTV架構，采用IP封裝和IP單播/組播技術，編碼格式一般為MPEG4或H.264。

　　對于廣電運營商，必須在現有網絡環(huán)境的基礎上，充分考慮新技術和新業(yè)務帶來的影響，合理選擇適合廣電和國情的交互平臺架構。一方面利用現有廣播網絡的帶寬優(yōu)勢，另一方面充分吸收IP QAM技術、千兆以太網技術、流媒體技術等先進技術，實現支持廣播業(yè)務、VOD業(yè)務、時移/回看業(yè)務、nPVR業(yè)務、廣告業(yè)務、H.264/AVS高清業(yè)務、SDV交換式數字視頻業(yè)務等多種業(yè)務的融合體系架構。

　　考慮到多業(yè)務支持和發(fā)展過程中的不確定性，在吸收不同架構優(yōu)點及現網實際運營經驗后，思華科技認為一個完整的后臺管理系統（BackOffice）功能架構如下圖所示


　　BackOffice系統包含以下幾個層次的功能模塊：

　　導航模塊IPG：統一交互電視服務門戶TV Portal。IPG支持發(fā)布服務器運行在Linux平臺上，同時可加載Squid等Web Cache代理軟件，以提供更多的并發(fā)訪問支持，避免大量Web發(fā)布服務器的堆疊；IPG同時支持采用四層交換機，實現多臺Web發(fā)布服務器地址的Cluster集群管理功能；IPG的主要功能包括：多業(yè)務導航 、用戶自服、認證計費網關。

　　業(yè)務管理模塊Application：實現對不同業(yè)務的內容組合和業(yè)務策略的全局配置及管理；可以同時實現多個業(yè)務管理模塊Application協同工作，分別管理不同的用戶、業(yè)務，對IPG Server同時支持節(jié)目目錄數據的主動推送方式和被動獲取方式，提供靈活的業(yè)務管理和節(jié)目組合策略，滿足各類新的互動電視業(yè)務開發(fā)和部署需要。典型的業(yè)務管理子系統包括：VOD業(yè)務管理、時移業(yè)務管理、nPVR業(yè)務管理、直播/SDV管理、廣告管理。

　　運營管理模塊VAS：VAS對用戶信息和產品信息進行管理和維護，和第三方用戶管理系統SMS/BOSS以及認證計費網關聯合工作。VAS系統借鑒電信運營商對用戶數據的管理和技術接口，實現實時扣款、實時授權、用度數據查詢等，用戶可在互動機頂盒終端上直接購買包月節(jié)目包等功能。VAS的主要功能包括：

　　用戶管理。支持與第三方SMS/OSS/BOSS之間的接口，能夠實時同步相關用戶信息，如用戶基本屬性，產品定購關系等；

　　產品管理。廣電運營商根據自己的銷售策略將頻道或節(jié)目單獨銷售或進行組合銷售，產品管理就是針對廣電運營商所提供的交互電視服務進行產品化管理，管理的內容包括業(yè)務產品在系統中的定義、產品與服務資費的對應關系綁定、產品有效期定義、產品適用范圍、產品適用客戶群的定義等。支持多種節(jié)目組合方式，比如包月，按次點播、免費點播、捆綁優(yōu)惠等多種營帳方式。對于包月方式，在運營管理子系統中定義產品，產品中包括一個或多個頻道/欄目，并對其定價，業(yè)務子系統中的產品和SMS系統中產品可使用編碼進行對應，這樣，最終用戶就可以在SMS中訂購該產品；對于按次計費方式，運營管理子系統中可以對頻道和頻道中的內容定義按次價格。

　　計費管理。完成VOD用戶的認證授權和計費信息的生成。

　　營銷管理相關。產品營銷模塊可根據市場需求去整合業(yè)務流程并制定相應的營銷策略，支持VOD系統不斷推出更吸引人的運營策略。

　　報表管理模塊Report：提供各種業(yè)務、運維、運營等相關報表；報表管理子系統可以對于交互電視運營中所有的系統及運營數據進行統計，并提供出不同的商業(yè)報表，包括點播率相關的、節(jié)目內容相關的、視頻流相關的、用戶組和地域相關的等統計報表。

　　會話資源管理模塊SRM： 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(fā), 它持續(xù)地監(jiān)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(jié)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；

　　會話調度系統SM。 SM系統應能支持SSP協議和擴展的RTSP協議碼流管理能力，能兼顧IPQAM傳送模式和純IP傳送模式，以支持不同互動機頂盒終端和各種應用環(huán)境；

　　資源管理系統RM。 RM系統支持對IPQAM的管理、調度、負載均衡和備份功能，同時具備通過接口對IPQAM設備的管理功能，包括設備工作狀態(tài)、可用性、各板卡資源情況等，以避免IPQAM設備故障而導致的點播失敗，以增加業(yè)務運行的可靠性；

　　網絡管理系統NM。 交互電視系統包括大量組件，為保證系統的正常運營，所有的組件均需要網絡元素進行監(jiān)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參考MSA管理架構，包括一套完整的系統監(jiān)控機制，除對物理設備和運行狀態(tài)、參數進行監(jiān)控外，對點播核心軟件模塊也可實現運行狀態(tài)、參數、性能的監(jiān)控，為主動運維提供一定的預警能力；

　　系統接口：為全交互式數字電視業(yè)務管理提供與其他業(yè)務系統的統一接口，以對不同前端產品實現有效的統一管理和資源控制，實現平臺的開放性要求；接口協議既可支持ISA規(guī)范中的CORBA協議，也可以采用諸如SOAP/XML協議等進行優(yōu)化。模塊接口劃分參考NGOD架構下的各功能模塊的劃分規(guī)劃，參照現網成功案例的互動業(yè)務運行經驗，實現內部各模塊均為松耦合運行模式，以支持各核心模塊的分布式運行，支持百萬用戶級的并發(fā)點播管理。

4、視頻服務體系部署架構

　　視頻服務器最簡單的工作原理即接受用戶的點播請求，并根據服務器的運行狀況和網絡狀況以合適的通道發(fā)送視頻流給用戶。大型的交互平臺往往擁有海量的用戶和海量的內容，因此運營級的視頻服務體系往往由一個支持巨量網絡吞吐帶寬的服務器集群組成，可以在一個很大的范圍之間任意伸縮其網絡吞吐性能。

　　從全球范圍來看，VOD視頻服務器已經歷兩代產品的發(fā)展，第一代產品為全集中式結構，由若干臺視頻服務器合成一組，組內服務器的存儲采用RAID立方、RAID平方等技術實現共享，它可以降低節(jié)目重復存儲的次數，在早期存儲價格還比較高且節(jié)目比較少的情況下有比較積極的作用。第二代產品為集中—分布式結構，視頻服務器和存儲服務器相對獨立，視頻服務器通常自帶Cache，它和存儲服務器之間通過網絡相連，業(yè)務早期需要全集中時通過局域網相連，業(yè)務后期需要建立分前端時通過城域網連接分前端視頻服務器和存儲服務器，擴展比較方便，視頻服務器通過CDN技術等自適應算法來保證播出服務器Cache的高命中率以降低內容的調度次數。此外，第二代VOD視頻服務器產品中的部分廠家在服務器端除了通過硬盤作為Cache外，還同時通過容量相對比較小的Flash或內存等作為Cache，這樣如果所有的用戶都點播在Flash或內存中的那部分內容時，VOD服務器能有比較高的并發(fā)輸出流量。

　　通過以上分析可知，對于不同規(guī)模的廣電運營商或同一運營商的不同發(fā)展階段，視頻服務器對集中－分布式結構的支持以及支持的效率是視頻服務器廠商關注的重點。在運營商已經選擇了先進的視頻服務技術體系和產品后，視頻服務器的部署與運營商網絡還有著很大的關系，如何選擇最適合自有網絡環(huán)境的部署架構，則是廣電運營商要重點考慮的問題。

　　下面以某廣電運營商的實際網絡環(huán)境為例，分析幾種不同的視頻服務器部署方式及優(yōu)缺點。

　　某廣電現有網絡環(huán)境如下圖所示，總前端及其他一級分前端處于骨干光纖環(huán)網上，另有若干個二級分前端分別通過光纖雙上聯至骨干環(huán)網上的總前端或一級分前端中的兩個物理節(jié)點。所有物理節(jié)點均帶有一定數量的終端用戶。


　　根據視頻服務器的部署位置，我們設計了三種部署方案：

　　方案一：半集中式。在總前端部署中心視頻服務器，在一級分前端部署邊緣視頻服務器，組成兩級CDN網絡。邊緣視頻服務器分別為本節(jié)點及一定數量的其他相連的二級分前端提供視頻服務。示意圖如下：


　　方案二：全集中式。在總前端集中部署若干臺視頻服務器，通過萬兆網絡直接向各分前端提供視頻流服務；示意圖如下：


　　方案三：全分布式（邊緣堆疊式）。在總前端部署中心視頻服務器，在所有一級和二級分前端分別部署邊緣視頻服務器，組成兩級CDN網絡。所有邊緣視頻服務器僅為本節(jié)點用戶提供視頻服務。示意圖如下：


　　上述三種部署架構分析比較如下表：

　
　　運營商可以根據網絡拓撲、節(jié)點分布和帶寬等網絡情況，以及投資成本和運維條件等進行綜合考慮，進行適當的部署架構選擇。

　　綜上所述，“業(yè)務與承載分離、管理與服務分離”是設計交互平臺的首要原則，“集中式管理、分布式服務”使得架構設計更為靈活和具有拓展性，同時結合市場容量需求和網絡規(guī)劃條件進行合適的部署架構設計，可以使交互平臺最大程度地服務于交互業(yè)務發(fā)展。

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