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视频服务器在宽带网络中的应用

2/14/2005来源:视频通信人气:10285

□ 中环宽频网络股份有限公司 朱毅峰

    视频服务器作为VOD系统的核心设备,近年来出现了从PC级的小型视频服务器,到基于并行处理结构的大型视频服务器发展的趋势,许多厂商都宣称其视频服务器处理能力如何强大、组网方式如何灵活、系统可扩展性如何优越。对运营商而言,如何选择合适的视频服务器及相应的VOD解决方案就成为一个比较突出的问题。视频服务器作为VOD系统的核心设备,它的选择在很大程度上决定了整个系统解决方案的优劣。
    目前,主要视频服务器厂商均来自于美国,比较著名厂商的有nCUBE公司,具有nCUBE3(已停产)和nCUBE4系列产品;美国并行计算机公司的MediaHawk; HP公司的MediaStream系列等,这些公司的服务器都是专门针对流媒体应用而设计的。此外,SGI公司的Origin2000,3000系列,SUN 公司的SPARC,HP公司的HP9000,IBM公司的RS/6000等通用体系结构的计算机,原本主要用于高性能商业计算,而非针对专门的流媒体应用,但如果在其平台上进行流媒体应用开发,也可作为视频服务器。面对众多的选择,以下一些因素可以作为你进行决策的依据。
    一、媒体数据的存储
    VOD系统需要存储大量的媒体内容数据,需要很大的存储空间,以6Mbit/s MPEG2 传输流来计算,每小时节目需要2.51Gbit/s的磁盘空间,一个300小时节目容量的系统则需要近760Gbit/s的实际文件存储空间,考虑到文件系统本身的开销和系统容错考虑,实际的容量需求会更多,大容量的数据存储需要系统具有良好的容错性能,并具有足够的稳定性,在发生部分数据错误时,系统可以在线恢复和重建数据,而不影响系统的正常运行。
    为了保证海量媒体数据的存储安全,系统稳定,并具有一定的容错性能,采用流媒体文件系统与操作系统文件隔离的方式,这与目前推崇的SAN(储域网络)概念比较类似,对流媒体文件同时采用RAID保护,RAID级别一般为RAID3或RAID 5等目前使用得较多的RAID级。
    媒体数据的存储方式是评价流媒体服务系统的一个重要指标,比较安全的方式是采用与系统分开的方式,即与视频服务器操作系统完全分开的方式,这种方式的好处是易维护,也便于操作系统的升级,在操作系统瘫痪时,只需重新安装操作系统即可,媒体数据不需要重新制作,这样大大降低了系统的平均故障恢复时间(MTTR),大多数视频服务器公司如nCUBE、SGI、Concurrent等都采用了这种方式。
    RAID方式的实现有硬件和软件两种方式,对于软件RAID 实现方式,需要占用一部分存储I/O资源。但硬件RAID方式在存储扩容时需要很高的升级代价,软件RAID在存储扩容时升级代价较低,nCUBE公司的视频服务器用的是软件RAID方式 。
    二、输入输出接口类型
    视频服务器接口的主要特征是:多个存储I/O+多个网络I/O。
    存储I/O一般是采用Ultra SCSI、Ultra2 SCSI、Ultra3 SCSI或Fiber Channel,一般每个SCSI或FC通道连接一个磁盘阵列,在系统实现完全资源共享时,存储I/O能力是所有SCSI或FC通道I/O速率的总和。
    对于网络I/O,一般的视频服务器都具有Ethernet(10/100M)接口,某些服务器具有1000Mbit/s以太网接口,可以用于在LAN上作流媒体应用,但主要是用作与控制系统通信,这样的视频服务器只能用于局域的应用,并且只能用于基于ip方式的流媒体应用。目前,由于以太网技术的进步,IP over SDH和IP over DWDM等技术的成熟,LAN和MAN之间的差别逐渐消失,IP流媒体已经可以很容易在MAN上进行大规模应用了,因此目前提供10/100BaseT,GbE,10GbE网络接口已经成为视频服务器跟上时代潮流的表现。
    目前,有许多流媒体服务是基于CATV网络或HFC网络的,因此,有许多服务器针对这样的接入网络提供了DVB-ASI或QAM64/256接口。此外,针对ADSL等接入方式,有些服务器可提供ATM oc-3或oc-12接口,以提供高速数据通道给局端的DSLAM。
    网络I/O一般由服务器上的服务模块提供,视频服务器的视频输出能力由其提供视频流的I/O接口来计算,总的输出能力是所有这些提供视频流的I/O接口速率的总和。
    对于视频服务器I/O,有一个重要的评判指标必须满足:有效存储I/O速率总和大于网络I/O速率总和,其中有效存储I/O指用于媒体数据的实际存储I/O,网络I/O速率指用于播发视频流的网络接口。
    三、分布式联网应用能力
    如果要做一个大规模的分布式VOD应用,如建立一个省中心——多个地区形式的分布式VOD系统,中心是一个庞大的节目库系统,为每个地区提供节目下载服务,则必须要求视频服务器具有联网能力,能通过广域网交换节目内容,目前,联网方式可采用ATM或 SDH方式,而ATM方式需要视频服务器提供oc-3或oc-12接口,SDH方式需要视频服务器提供E3/DS3/STM-1等符合SDH复用等级的接口,目前的服务器一般是由ATM服务模块提供oc-3或oc-12接口,用来连接到ATM骨干网络的边缘交换机上。
    对于分布式VOD系统,采用ATM联网的缺点是ATM主要是为面向点对点的应用,对广播式应用的支持较差,而实际需要是希望通过广播方式将节目内容下载到各个二级服务中心,这难以做到。因此,采用ATM联网时,其应用实际上是点对点方式下载节目,每个节目都需要下载多次,二级节点数目不可能带得太多。
    无论如何,提供ATM接口的支持使得视频服务器具备远程联网能力,在组建一个大规模分布式VOD应用环境时,这是一个必须考虑的因素。
    1. 专用体系结构服务器
    这类视频服务器厂商提供全面的流媒体服务解决方案,其产品为流媒体服务量身定做,因此显得很有吸引力,nCUBE公司就是典型的代表,其nCUBE4产品专门面向商业化流媒体应用,这种视频服务器其存储、网络I/O等完全针对视频应用而设计,针对不同的接入网络和系统需求,提供以太网服务模块,ATM接口服务模块,DVB-ASI接口服务模块、QAM接口服务模块等,并提供操作系统和流媒体应用软件。这种服务器具有较高的系统切入价格,但却具有良好的性能价格比和较低的系统扩展代价。
    这类服务器具有较好的可扩展性能,适合从小规模的酒店,居民小区应用到城域范围的较大规模应用,并完全适用于分布式联网应用。
    2.硬件工艺结构
    在硬件表现形式上,可升级结构也有所区别,根据节点的扩展方法,主要有插槽式结构,积木式结构和混合结构三类。
    插槽式结构的视频服务器具有一个大的机框,根据型号不同提供若干个扩展插槽,每个插槽可插入一个扩展模块,每个模块带有一个或两个节点,这种服务器硬件设计显得很紧凑,但缺点是入口价格会很高,而且,即使是规模小的系统,也需要购买一个庞大的机框,显得不合算。这种服务器典型的例子有nCUBE3,SGI Origin2000系列。
    积木式结构的视频服务器将整个系统的功能块分成一个个硬件模块,如CPU块,电源块,路由块,存储块,I/O块等,这些功能块可以根据需要自由组合,如需要高处理能力,可以多配置CPU块,需要高存储能力,可多配置存储块,这样,系统的配置和升级显得更加灵活,同时也合理地利用了物理空间,缺点是因为独立的硬件模块太多,导致模块间物理连接太多。这种服务器最典型的例子是SGI Origin3000系列。
    混合式结构是前两种方式的混合,这种视频服务器的特点是节点的扩展采用积木式,节点内的存储,I/O扩展采用插槽式。这种视频服务器吸收了前两种方式各自的长处,克服了各自的不足,是以后视频服务器乃至高性能计算机的硬件设计方向,这种视频服务器典型的例子是nCUBE4。
    可升级结构的视频服务器具有适应多种应用,系统媒体数据存储可线性扩展,系统输出能力可线性扩展,一般用于城域、跨地区等广域VOD系统比较合适。
    3.不可升级结构
    不可升级结构视频服务器是指一些低端PC Server级流媒体服务产品,这些服务器基于单CPU或SMP结构,流媒体处理能力比普通PC强大,但系统对可升级性的支持很差,主要是系统软件没有提供集群软件支持,或者没有可扩展硬件有关通信软件支持,在硬件上也不具备扩展能力或扩展能力极为有限,受自身处理能力的限制,无法支持较多存储I/O接口和网络I/O接口。
    不可升级结构的视频服务器处理能力很小,主要应用于宾馆、酒店、用户数目较少的居民小区VOD应用系统;若系统不开放VOD应用,只开放NVOD应用,则可配置多个这样的服务器用于广区域系统。
    四、集中式服务器解决方案
    基于并行计算机结构(MPP,SSMP)的视频服务器系统采用的是集中式存储、集中式处理解决方案,其中集中式存储是其灵魂所在,这种视频服务器系统可以做到流媒体节目库对每个用户来说只有一个,这样,任意用户可以访问这一库中的任何节目内容,真正做到了资源充分共享,当然可以根据需要,系统完全支持多个分立的流媒体节目库,可以灵活配置。
    集中式处理服务器在最大限度上解决了资源的合理利用问题,具有负载平衡性能,能够在系统负荷增加时,将增加的负荷平均分摊到各个处理节点中去。这种服务器最适用于大规模或超大规模的VOD应用,最典型的例子是nCUBE4,其最高配置256个处理节点,支持44000个在线VOD用户。由于NVOD应用对资源的占用并不象VOD那样,对系统资源的占用并不是通过用户点播来决定,而是系统本身就事先排定了对资源的占用,因此,虽然这种服务器同样支持NVOD,不过其资源真正共享的意义就不大了。在决定系统不开放VOD应用或只允许少量VOD应用时,可以不采用集中式处理服务器。