如何選擇IPTV、互動電視平臺系統(tǒng)架構(gòu)
2009/10/19
摘要：交互平臺的建設(shè)是雙向業(yè)務(wù)的一個開端，而交互平臺的系統(tǒng)架構(gòu)決定了后續(xù)交互業(yè)務(wù)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(tǒng)架構(gòu)中，最為關(guān)鍵的是后臺管理系統(tǒng)架構(gòu)和視頻服務(wù)體系架構(gòu)，思華科技這篇文章對系統(tǒng)架構(gòu)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(gòu)解決方案，有基于傳統(tǒng)廣電HFC網(wǎng)絡(luò)的時代華納ISA架構(gòu)和基于IP寬帶網(wǎng)絡(luò)的IPTV標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，而尚未成熟應(yīng)用的下一代交互電視架構(gòu)NGOD則嘗試吸收多種架構(gòu)的優(yōu)點。
1、交互領(lǐng)航 架構(gòu)當(dāng)先
以VOD業(yè)務(wù)和時移業(yè)務(wù)為代表的交互電視應(yīng)用服務(wù)打破了傳統(tǒng)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(shù)字鍵選擇廣播頻道的收視方式，徹底顛覆了傳統(tǒng)的節(jié)目消費習(xí)慣。
交互業(yè)務(wù)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(wù)模式的巨大轉(zhuǎn)變。交互平臺的建設(shè)是雙向業(yè)務(wù)的一個開端，而交互平臺的系統(tǒng)架構(gòu)決定了后續(xù)交互業(yè)務(wù)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(tǒng)架構(gòu)的開放、靈活，將非常有利于廣電運營商從單一的廣播網(wǎng)絡(luò)運營商，向綜合運營商的平滑過渡和發(fā)展。
交互平臺系統(tǒng)架構(gòu)中，最為關(guān)鍵的是后臺管理系統(tǒng)架構(gòu)和視頻服務(wù)體系架構(gòu)，思華科技這篇文章對系統(tǒng)架構(gòu)的探討將圍繞這兩部分重點展開。
2、典型交互平臺的系統(tǒng)架構(gòu)
一個典型的交互電視系統(tǒng)的功能架構(gòu)以及后臺管理系統(tǒng)和周邊系統(tǒng)的關(guān)系如下圖所示，節(jié)目內(nèi)容通過AMS媒資管理系統(tǒng)饋入BMS業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，BMS系統(tǒng)將媒體文件注入到視頻服務(wù)器VOD Server，同時將資產(chǎn)注入到業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)Application，業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)進行節(jié)目編排和服務(wù)綁定后再發(fā)布到互動節(jié)目導(dǎo)航系統(tǒng)IPG。用戶通過導(dǎo)航界面來選擇點播的節(jié)目，同時會話資源管理系統(tǒng)SRM 和BMS平臺在后臺工作以管理網(wǎng)絡(luò)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(wù)體系中，媒資管理系統(tǒng)AMS和運營支撐系統(tǒng)BOSS分別作為生產(chǎn)系統(tǒng)和業(yè)務(wù)運營系統(tǒng)，往往由獨立的廠商提供產(chǎn)品和客戶化服務(wù)，為包括廣播業(yè)務(wù)在內(nèi)的所有業(yè)務(wù)提供支撐。而IP
QAM則是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)品，因此交互平臺架構(gòu)的核心組成包括：視頻服務(wù)系統(tǒng)VOD Server、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)BMS、會話和資源管理系統(tǒng)SRM、應(yīng)用管理系統(tǒng)VOD
Application、交互節(jié)目導(dǎo)航系統(tǒng)IPG。
3、后臺管理系統(tǒng)架構(gòu)
目前主流的交互平臺架構(gòu)解決方案，有基于傳統(tǒng)廣電HFC網(wǎng)絡(luò)的時代華納ISA架構(gòu)和基于IP寬帶網(wǎng)絡(luò)的IPTV標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，而尚未成熟應(yīng)用的下一代交互電視架構(gòu)NGOD則嘗試吸收多種架構(gòu)的優(yōu)點。
基于HFC網(wǎng)絡(luò)的ISA架構(gòu)，是傳統(tǒng)廣電的解決方案，可和原有的網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)兼容，視頻下傳采用HFC廣播通道，采用DVB協(xié)議，編碼格式采用MEPG-2。而IPTV架構(gòu)，采用IP封裝和IP單播/組播技術(shù)，編碼格式一般為MPEG4或H.264。
對于廣電運營商，必須在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的基礎(chǔ)上，充分考慮新技術(shù)和新業(yè)務(wù)帶來的影響，合理選擇適合廣電和國情的交互平臺架構(gòu)。一方面利用現(xiàn)有廣播網(wǎng)絡(luò)的帶寬優(yōu)勢，另一方面充分吸收IP QAM技術(shù)、千兆以太網(wǎng)技術(shù)、流媒體技術(shù)等先進技術(shù)，實現(xiàn)支持廣播業(yè)務(wù)、VOD業(yè)務(wù)、時移/回看業(yè)務(wù)、nPVR業(yè)務(wù)、廣告業(yè)務(wù)、H.264/AVS高清業(yè)務(wù)、SDV交換式數(shù)字視頻業(yè)務(wù)等多種業(yè)務(wù)的融合體系架構(gòu)。
考慮到多業(yè)務(wù)支持和發(fā)展過程中的不確定性，在吸收不同架構(gòu)優(yōu)點及現(xiàn)網(wǎng)實際運營經(jīng)驗后，思華科技認(rèn)為一個完整的后臺管理系統(tǒng)（BackOffice）功能架構(gòu)如下圖所示
BackOffice系統(tǒng)包含以下幾個層次的功能模塊：
導(dǎo)航模塊IPG：統(tǒng)一交互電視服務(wù)門戶TV Portal。IPG支持發(fā)布服務(wù)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(wù)器的堆疊；IPG同時支持采用四層交換機，實現(xiàn)多臺Web發(fā)布服務(wù)器地址的Cluster集群管理功能；IPG的主要功能包括：多業(yè)務(wù)導(dǎo)航 、用戶自服、認(rèn)證計費網(wǎng)關(guān)。
業(yè)務(wù)管理模塊Application：實現(xiàn)對不同業(yè)務(wù)的內(nèi)容組合和業(yè)務(wù)策略的全局配置及管理；可以同時實現(xiàn)多個業(yè)務(wù)管理模塊Application協(xié)同工作，分別管理不同的用戶、業(yè)務(wù)，對IPG Server同時支持節(jié)目目錄數(shù)據(jù)的主動推送方式和被動獲取方式，提供靈活的業(yè)務(wù)管理和節(jié)目組合策略，滿足各類新的互動電視業(yè)務(wù)開發(fā)和部署需要。典型的業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)包括：VOD業(yè)務(wù)管理、時移業(yè)務(wù)管理、nPVR業(yè)務(wù)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(chǎn)品信息進行管理和維護，和第三方用戶管理系統(tǒng)SMS/BOSS以及認(rèn)證計費網(wǎng)關(guān)聯(lián)合工作。VAS系統(tǒng)借鑒電信運營商對用戶數(shù)據(jù)的管理和技術(shù)接口，實現(xiàn)實時扣款、實時授權(quán)、用度數(shù)據(jù)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?qū)崟r同步相關(guān)用戶信息，如用戶基本屬性，產(chǎn)品定購關(guān)系等；
產(chǎn)品管理。廣電運營商根據(jù)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(chǎn)品管理就是針對廣電運營商所提供的交互電視服務(wù)進行產(chǎn)品化管理，管理的內(nèi)容包括業(yè)務(wù)產(chǎn)品在系統(tǒng)中的定義、產(chǎn)品與服務(wù)資費的對應(yīng)關(guān)系綁定、產(chǎn)品有效期定義、產(chǎn)品適用范圍、產(chǎn)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(tǒng)中定義產(chǎn)品，產(chǎn)品中包括一個或多個頻道/欄目，并對其定價，業(yè)務(wù)子系統(tǒng)中的產(chǎn)品和SMS系統(tǒng)中產(chǎn)品可使用編碼進行對應(yīng)，這樣，最終用戶就可以在SMS中訂購該產(chǎn)品；對于按次計費方式，運營管理子系統(tǒng)中可以對頻道和頻道中的內(nèi)容定義按次價格。
計費管理。完成VOD用戶的認(rèn)證授權(quán)和計費信息的生成。
營銷管理相關(guān)。產(chǎn)品營銷模塊可根據(jù)市場需求去整合業(yè)務(wù)流程并制定相應(yīng)的營銷策略，支持VOD系統(tǒng)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(wù)、運維、運營等相關(guān)報表；報表管理子系統(tǒng)可以對于交互電視運營中所有的系統(tǒng)及運營數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并提供出不同的商業(yè)報表，包括點播率相關(guān)的、節(jié)目內(nèi)容相關(guān)的、視頻流相關(guān)的、用戶組和地域相關(guān)的等統(tǒng)計報表。
會話資源管理模塊SRM： SRM 提供了復(fù)雜的帶寬管理能力，以確保在下行網(wǎng)絡(luò)上視頻流能正確地路由和分發(fā), 它持續(xù)地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜土髻Y源的利用，以保證VOD 系統(tǒng)會話的最大可用性，消除視頻服務(wù)器或服務(wù)組(ServiceGroup)間因為帶寬不足和MPEG 節(jié)目號沖突導(dǎo)致的服務(wù)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(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，實現(xiàn)內(nèi)部session、resource等各管理功能的細(xì)分，實現(xiàn)內(nèi)部模塊的松耦合運行，支持分布式部署；
會話調(diào)度系統(tǒng)SM。 SM系統(tǒng)應(yīng)能支持SSP協(xié)議和擴展的RTSP協(xié)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(yīng)用環(huán)境；
資源管理系統(tǒng)RM。 RM系統(tǒng)支持對IPQAM的管理、調(diào)度、負(fù)載均衡和備份功能，同時具備通過接口對IPQAM設(shè)備的管理功能，包括設(shè)備工作狀態(tài)、可用性、各板卡資源情況等，以避免IPQAM設(shè)備故障而導(dǎo)致的點播失敗，以增加業(yè)務(wù)運行的可靠性；
網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)NM。 交互電視系統(tǒng)包括大量組件，為保證系統(tǒng)的正常運營，所有的組件均需要網(wǎng)絡(luò)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(gòu)，包括一套完整的系統(tǒng)監(jiān)控機制，除對物理設(shè)備和運行狀態(tài)、參數(shù)進行監(jiān)控外，對點播核心軟件模塊也可實現(xiàn)運行狀態(tài)、參數(shù)、性能的監(jiān)控，為主動運維提供一定的預(yù)警能力；
系統(tǒng)接口：為全交互式數(shù)字電視業(yè)務(wù)管理提供與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的統(tǒng)一接口，以對不同前端產(chǎn)品實現(xiàn)有效的統(tǒng)一管理和資源控制，實現(xiàn)平臺的開放性要求；接口協(xié)議既可支持ISA規(guī)范中的CORBA協(xié)議，也可以采用諸如SOAP/XML協(xié)議等進行優(yōu)化。模塊接口劃分參考NGOD架構(gòu)下的各功能模塊的劃分規(guī)劃，參照現(xiàn)網(wǎng)成功案例的互動業(yè)務(wù)運行經(jīng)驗，實現(xiàn)內(nèi)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(wù)體系部署架構(gòu)
視頻服務(wù)器最簡單的工作原理即接受用戶的點播請求，并根據(jù)服務(wù)器的運行狀況和網(wǎng)絡(luò)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(nèi)容，因此運營級的視頻服務(wù)體系往往由一個支持巨量網(wǎng)絡(luò)吞吐帶寬的服務(wù)器集群組成，可以在一個很大的范圍之間任意伸縮其網(wǎng)絡(luò)吞吐性能。
從全球范圍來看，VOD視頻服務(wù)器已經(jīng)歷兩代產(chǎn)品的發(fā)展，第一代產(chǎn)品為全集中式結(jié)構(gòu)，由若干臺視頻服務(wù)器合成一組，組內(nèi)服務(wù)器的存儲采用RAID立方、RAID平方等技術(shù)實現(xiàn)共享，它可以降低節(jié)目重復(fù)存儲的次數(shù)，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(chǎn)品為集中—分布式結(jié)構(gòu)，視頻服務(wù)器和存儲服務(wù)器相對獨立，視頻服務(wù)器通常自帶Cache，它和存儲服務(wù)器之間通過網(wǎng)絡(luò)相連，業(yè)務(wù)早期需要全集中時通過局域網(wǎng)相連，業(yè)務(wù)后期需要建立分前端時通過城域網(wǎng)連接分前端視頻服務(wù)器和存儲服務(wù)器，擴展比較方便，視頻服務(wù)器通過CDN技術(shù)等自適應(yīng)算法來保證播出服務(wù)器Cache的高命中率以降低內(nèi)容的調(diào)度次數(shù)。此外，第二代VOD視頻服務(wù)器產(chǎn)品中的部分廠家在服務(wù)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(nèi)存等作為Cache，這樣如果所有的用戶都點播在Flash或內(nèi)存中的那部分內(nèi)容時，VOD服務(wù)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(wù)器對集中－分布式結(jié)構(gòu)的支持以及支持的效率是視頻服務(wù)器廠商關(guān)注的重點。在運營商已經(jīng)選擇了先進的視頻服務(wù)技術(shù)體系和產(chǎn)品后，視頻服務(wù)器的部署與運營商網(wǎng)絡(luò)還有著很大的關(guān)系，如何選擇最適合自有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的部署架構(gòu)，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(wǎng)絡(luò)環(huán)境為例，分析幾種不同的視頻服務(wù)器部署方式及優(yōu)缺點。
某廣電現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)上，另有若干個二級分前端分別通過光纖雙上聯(lián)至骨干環(huán)網(wǎng)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(shù)量的終端用戶。
根據(jù)視頻服務(wù)器的部署位置，我們設(shè)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(wù)器，在一級分前端部署邊緣視頻服務(wù)器，組成兩級CDN網(wǎng)絡(luò)。邊緣視頻服務(wù)器分別為本節(jié)點及一定數(shù)量的其他相連的二級分前端提供視頻服務(wù)。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(wù)器，通過萬兆網(wǎng)絡(luò)直接向各分前端提供視頻流服務(wù)；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(wù)器，在所有一級和二級分前端分別部署邊緣視頻服務(wù)器，組成兩級CDN網(wǎng)絡(luò)。所有邊緣視頻服務(wù)器僅為本節(jié)點用戶提供視頻服務(wù)。示意圖如下：
上述三種部署架構(gòu)分析比較如下表：
運營商可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒐?jié)點分布和帶寬等網(wǎng)絡(luò)情況，以及投資成本和運維條件等進行綜合考慮，進行適當(dāng)?shù)牟渴鸺軜?gòu)選擇。
綜上所述，“業(yè)務(wù)與承載分離、管理與服務(wù)分離”是設(shè)計交互平臺的首要原則，“集中式管理、分布式服務(wù)”使得架構(gòu)設(shè)計更為靈活和具有拓展性，同時結(jié)合市場容量需求和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃條件進行合適的部署架構(gòu)設(shè)計，可以使交互平臺最大程度地服務(wù)于交互業(yè)務(wù)發(fā)展。
流媒體網(wǎng)
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