（通信与信息系统专业论文）基于atca实现iptv存储系统的性能分析与优化.pdf

中文摘要 摘要：随着宽带网络和流媒体技术的快速发展，人们对媒体形式的需求越来 越个性化与多样化，同时更希望有较好的互动性。i p t v ( 网络电视) 技术能有效 地将计算机、通信和电视三个领域结合在一起，不但能接收广播信号，也能实现 用户和服务提供商的良好互动，还可以非常容易地将电视服务，i n t e r n e t 浏览、 电子邮件收发以及多种在线信息咨询、娱乐、教育及商务功能结合在一起。这是 个颠覆性的技术，将给电信市场带来革命性的变化。 i p t v 存储系统是i p t v 得以大规模广泛应用的重要技术保障。i p t v 存储系统 的研究就是要实现i p t v 海量媒体信息的可靠和有效存储，高级电信计算架构 ( a t c a ) 是解决此问题的有效途经。在一定软硬件配置下，衡量i p t v 存储系统 的主要指标是存储服务器所能支持的视频流数和c p u 的利用率。本文的研究正是 围绕如何提高i p t v 存储系统的存储i o 展开，并完成实验平台的搭建、系统建 模、性能测试和性能优化。 本文首先简要地介绍了彤、a t c a 和存储技术；接着详细给出了基于 a t c a 实现存储系统的设计与实现，包括硬盘平台和软件平台；通过测试 手段，对基于a t c a 实现i p t v 存储系统的存储i o 性能进行分析，并建模提出一 种智能预读机制优化i p t v 存储系统的存储i 0 。结果表明：智能预读机制能够较 大地提高i p t v 存储系统的存储i o 性能该研究结果可以为实现i p t v 系统媒体 内容的可靠和有效存储提供参考。 关键词：i p t v ；a t c a ；智能预读机制 分类号：t p 3 9 3 韭宝銮通太堂亟堂焦i 金塞 旦s ! b ! a b s t r a c t a b s t r a c t ：w i t ht h ed e v e l o p m e n to fb a n d w i d t hn e t w o r ka n ds t r e a m i n gm e d i a t e c h n o l o g y , p e o p l en e e dm o r ei n d i v i d u a t e d , v a r i e da n di n t e r a c t i v em e d i af o r mt h a n b e f o r e 州t e c h n o l o g yc a nc o m b i n ec o m p u t e r , c o n r m t m i e a t i o na n dt vt o g e t h e rt h a t 邛t vu s e r so a nr e c e i v eb r o a d c a s ta n dh a v es m o o t hi n t e r a c t i o nw i t hs e r v i c ep r o v i d e r s a l s o l t vt e c h n o l o g ym a k e si te a s yt oe n j o yr a d i op r o g r a m ss e r v i c e , i n t e m e tb r o w s i n g s e r v i c e , e - m a i ld i s p a t c h r v i c oa n dv a r i o u so t h e rk i n d so fo n l i n es e r v i c e s , s u c ha s i n f o r m a t i o nc o n s u l t a t i o n , 8 l n u s d ；l e n t , e d u c a t i a n d 啪m e r d a la f f a i r s 口t vi sa s u b v e r s i v et e c h n o l o g y , a n dw i l lb r i n gar e v o l u t i o nt ot e l e c o mw o r l d i p l vs t o r a g es y s t e mp r o “d 鹤t h em o s ti m p o r t a n tt e c h n o l o g i cs u p p o r tf o rw i d e a p p l i c a t i o no f 腰t v = 1 1 坞p u r p o s eo ft h es t u d yo n 皿t vs t o r a g es y s t e mi st oo b t a i n r e l i a b l ea n de f f e c t i v es t o r a g eo f 皿t vm a s sm e d i ai n f o r m a t i o n a d v a n c e dt e l e c o m c o m p u t i n ga c h i t e c h u r e ( a t c a ) i s 锄e f f e c t i v ea p p r o a c ht os o l v e t h i sp r o b l e m w i l h c e r t a i nc o n f i g u r a t i o n so fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e , t h ep e r f o r m a n c ei n d e x e so f 口t v s t o r a g es y s t e mh a v et w oa s p e c t s ：o n ei st h em a x i m u n ln t n n b e ro f s t r e a mi p t vs t o r a g e s e r v e rc a ns u p p o r t ；t h eo t h e ri st h ec p uu s a g ei nt h e t vs t o r a g es e r v e r 1 1 l e r e s e a r c ho ft h i sd i s s e r t a t i o nf o c i l s e do nh o wt oi n l p r o v et h es t o m g ef op e r f o r m a n c ei n 口t v s t o r a g es e r v e r 1 1 ”a u t h o rh a sd o n e 8 0 l n ew o r k , s u c ha sb u i l d i n gu pt h eh a r d w a r e a n ds o f t w a r ep l a t f o r m , m o d e l i n g , p e r f o r m a n c ea n a l y s i sa n dt u n i n g f i r s t l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ed e v e l o p m e n to f 皿t va t c a a n ds t o r a g et e c h n o l o g y s e c o n d l y , i ti n t r o d u c e dt h ed e s i g na n di m p l e m e n to f1 p t vs t o r a g es y s t e mb a s e do n 觚c 丸i nd e t a i l i n c l u d i n gh a r d w a r ea n ds o f t w a r ep l a t f o r m f i n a l l y , t h ea u t h o rh a sd o n e t h ep e r f o r m a n c ea n a l y s i so fp t v s t o r a g es y s t e mb a s e do n 蛆 c at h r o u g hm o d e l i n g a n dt e s tm e t h o d s ，a n da l s oi n v e n t e dan e wr e a c h h e a dm e c h a n i s m p i n t e l l i g e n t r e a d a h e a dm e c h a n i s m t oi m p r o v et h es t o r a g ef op e r f o r m a n c eo fi 州s t o r a g e s e r v e r t h et e s t i n gr e s u l t ss h o wt h a t i n t e l l i g e n tr e a d a h e a dm e c h a n i s m ”c a l lg r e a t l yi m p r o v e t h es t o r a g ef op e r f o r m a n c eo f 皿t vs t o r a g es e r v e ra n dw i l lb ear e f e r e n c eo f i m p l e m e n t i n gt h er e l i a b l ea n de f f e c t i v es t o r a g es y s t e mf o r 口t k e y w o r d s ：理t v a t c a , i n t e l l i g e n tr e a d a h e a dm e c h a n i s m c l a s s n o ：t p 3 9 3 致谢 作为研究生期间学习和科研工作的总结，本文凝结了我多年的勤奋求索和积 极思考，同时也蕴含着导师、同学以及家人对我的关心和支持。 首先，感谢我的导师张宏科教授。在学术科研中，治学严谨、求真务实、学 识渊博、思路广阔的他给了我极大的教益和启迪。不仅如此，他给予我的期待和 信任更是极大的鼓舞着我不懈的努力和不断的进步，使我懂得责任感和事业心， 也促我更加的成长成熟。在为人处事上，他对于先做人后做事的反复强调，对于 勤治学更修身的躬身实践，树立了立身处世的形象典范，令我完善了世界观、修 正了人生观、提升了价值观。 感谢研究生期间给过我帮助和支持的秦雅娟老师、周华春老师、郜帅老师、 刘颖老师，苏伟博士、杨冬博士，武勇、侯成杰、宋坤、王志克、郝丽、郭华 明等同学和朋友。 感谢i n t e l 公司的罗勇博士、熊思民博士、张宇博士、张超、金世杰、王虎 文，董春生、方田、罗云飞、英倩，何庆、王文倩等在我实习期间给予我的帮 助。 感谢我的父母、我的家人多年来对我始终不变的关怀和鼓励，他们伴我走过 了漫漫求学路，给了我前进的动力和永新的希望。 1 绪论 1 1研究背景及选题意义 在电信领域，移动电话得到了飞跃的发展，已经超越了固定电话用户数，这 是由于移动电话解放了固定电话对人们的空间限制。那么，谁将解决传统广播电 视对人们的时间和空间的限制呢? 答案就是i p t v ，即交互式网络电视。是一种基于i n t e m e t 的新兴技术， 是一种个性化、交互式服务的崭新的媒体形态。通俗地讲，它是一种利用宽带网 的基础设施，以家用电视、计算机或p d a 作为主要终端设各，集i n t e r n e t 、多媒体 和通信等多种技术于一体，通过口协议，向家庭用户提供包括数字电视在内的多 种交互式数字媒体服务的崭新技术。 i f r v 是一种口多媒体服务，是i m s 的具体体现，其需求增长迅速。i g r v 主 要的服务要求包括：每个用户都有个人视频流( v o d ) ，需要3 0 0 k b p s 到4 m b p s 之间的速率；必需的外部硬盘阵列需要t b 级的视频存储；支持流行内容所需的硬 盘高速缓存，在4 m b p s 速率、1 g b 高速缓存条件下每秒可存储2 0 0 0 个用户，8 g b 刀片可存储一部电影；服务退化不能持续超过1 0 分钟。在口t v 与i m s 平台的共 享方面，需要经济而启动灵活和可升级平台；主机服务器和d s p 刀片的组合，以 实现格式转换、带宽适应、现场报道捕获；大型存储器配置需要支持流行内容的 高速缓存；存储选择需要支持多合一( 如硬盘+ 光碟机) 的要求，包括随机访问、 电视遥控偏好的用户；网络的划分支持管理、内容接入( i s c s i ) 和会话流。 是一种依赖于严格的q o s 传送属性的接入诊断服务。它建立在开放标准 之上，需要部署在可靠、耐用的平台上，a t c a 正是实现i p t v 的倍受关注的平台。 a t c a 对现在和未来通信与计算融合的演进的推动主要体现在两个方面： 第一方面：应用层的计算数据中心。a t c a 平台可以涵盖3 g 、i m s 、c d n 和 视频f o r w a r d & s w i t e h 等电信级高密度服务器。以其开放的架构、广泛的生态系统、 计算能力和高性价比，以及高密度、快速部署、维护方便、模块化易于扩容、灵 活多样的计算技术优势吸弓i 了运营商的瞩目。目前，a t c a 在计算方面的演进热点 是l f r vc d n 。c d n 即互联网内容发布网络( c o n t e n td e l i v e r yn e t w o r k ) ，其硬件 架构最初是单台服务器集群。随着运营商对f 的重视，其运营级的稳定可靠性 成了不得不考虑的因素，包括华为、中兴、思华在内的几个m t 、，领军者都不约而 同地把c d n 构架在a t c a 之上，并已在国内部署了相当多的试验局。 第二方面：应用层以下的通信电信网络设备，a t c a 平台可覆盖 2 g - b s c 3 g r n c 、n g n 、光传输、l a b 交换路由器等产业化电信级网络通信平台。 其优势在于采用开放的标准、丰富的生态系统、具有成本效益、可加速产品上市 时间。其应用热点是是无线接入基站控制器子系统、接入网w i m a x 基站及 g p o n e p o n ，以及m s 。它不仅为移动用户提供基于口的多媒体业务，还可以 向固定用户提供业务。这些i m s 内的核心设备之间的信令协议都是构建在口网络 基础之上提供媒体服务的通用软件模块化接口。架构起这些核心设备的恰恰是运 营级的电信服务器。a t c a 与生俱来的电信设备级模块化架构很好地满足了i m s 的硬件平台需求，深受设备商和运营商的喜爱。 本文所研究和论述的“基于a t c a 实现的m t v 存储系统”，经过不断的性能 测试和优化，已达到较高的水平，具有广阔的市场应用前景。此外，本文直接来 源于i n t d 模块化通信平台实验室的实际项目，具有切实的可行性。 1 2 论文主要工作 本论文的工作主要集中以下几方面： 1 概述了i p t v 、a t c a 和存储技术的基本概念； 2 基于a t c a 实现i p t v 存储系统，包括硬件平台和软件平台的设计与实现； 3 对矿r v 存储系统进行建模分析，指出其性能瓶颈； 4 创新性地提出了智能预读机制，对口t v 存储系统进行性能优化。 测试结果表明：在保持存储服务器稳定运行的情况下，智能预读机制能够较 大地提高肌v 存储系统的存储i o 吞吐量。 本文内容由以下章节组成： 第l 章绪论，论述论文的研究背景与选题意义，国内外研究现状，论文的主 要内容。 第2 章概述，分别对i p t v 、a t c a 和存储技术进行详细介绍。 第3 章基于a t c a 实现口t v 存储系统的设计与实现，包括硬件平台和软件 平台的设计与实现，并通过测试找出最佳的配置参数。 第4 章基于a t c a 实现i p t v 存储系统的性能分析与优化，通过建模和测试 的方式对i p t v 存储系统进行性能分析和优化，这是论文的主体部分和工作重点。 第5 章总结与展望，总结论文的所做的工作，并对基于a t c a 实现的i p t v 存储系统的未来方向作了展望。 2 2 刚概述 口t 、，是一种基于i n t e r n e t 的新兴技术，是一种个性化、交互式服务的崭新的 媒体形态。通俗地讲，它是一种利用宽带网的基础设施，以家用电视、计算机或 p d a 作为主要终端设备，集i n t o - n e t 、多媒体和通信等多种技术于一体，通过 协议，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式数字媒体服务的崭新技术。 一般来说，用户可以通过以下三种方式享受服务： 1 计算机方式； 2 机项盒+ 普通电视方式； 3 p d a 以及3 g 移动电话。 这种应用有效地将电视、通信和p c 三个领域结合在一起，充分利用了网络资 源，适应当今网络飞速发展的趋势。i p t v 的优势在于它实现了真正的互动，它不 但能够接收广播电视信号，而且能够实现用户与服务提供商的互动。由于，使用 了t c p i p 协议，口t v 还可以非常容易地将电视服务和i n t e m e t 浏览、电子邮件， 网络游戏等多种在线信息咨询、娱乐、教育及商务功能结合在一起，在未来的竞 争中处于优势地位。【1 l 2 1州基本技术及业务 i f f v 主要涉及以下三个方面的技术：视频数字化，传输m 化和播放媒体化。 其中，视频数字化包括音视频编解码技术、音视频服务器与存储阵列技术；传输 口化包括口单播与组播技术、i pq o s 技术、口信令技术( 如s i p 技术) ；播放媒体 化包括内容发布网络技术( c d n ) 、数字版权管理技术( d r m ) 、机顶盒与e p g 技术 以及用户管理与收费系统技术等。同时，i p t v 还涉及各种不同宽带接入技术，如 c a b l em o d e m ，以太网和a d s l 网络技术等。以下章节将对上述的技术及其相关业 务作简单的介绍； 2 1 1视频数字化 1 音视频编解码技术 音视频编解码技术是多媒体计算机，多媒体数据库、多媒体通信、数字电视 和交互式系统中的关键技术，也是流媒体技术的核心技术之一。通过音视频编解 码技术，可以将原来不适合网络传输的大体积文件压缩为适合网络传输的小体积 文件。 目前，大部分厂家所采用的音视频编解码技术主要有： m p e g - 4 m p e g 图像编码主要包含三种成分：i 帧、p 帧和b 帧。i 帧压缩比可以达到 6 ：1 而不产生任何可察觉的模糊现象。同时采用i 帧与p 帧压缩，可以达到更高的 压缩比而没有可察觉的模糊现象。b 帧压缩比可以达到2 0 0 ：1 ，其文件大小一般为 i 帧的1 5 ，不到p 帧压缩尺寸的一半。从功能上讲，i 帧主要去掉图像的空间冗 余度，而p 帧和b 帧主要去掉时间冗余度。 i 帧压缩采用基准帧模式，基于离散余弦变换( o c t ) ，只提供帧内压缩，即 把图像压缩到i 帧时，仅仅考虑了帧内的图像。因此，i 帧不能去除帧间冗余度。 p 帧采用预测编码，利用相邻帧的一般统计信息进行预测，即考虑运动特性， 提供帧问编码。它能成功预测当前帧与前面最近的i 帧或p 帧的区别。 b 帧采用双向帧问编码，从前面和后面的i 帧或p 帧中提取数据，基于当前帧 与前一帧和后一帧图像之间的差别进行压缩。 m p e g - 4 引入了对象的概念，可以将不同的数据源作为不同的对象进行处理， 如删除、添加或移动等。语音、图像和视频等可以作为独立存在的对象，也可以 集合成更高层的对象，即所谓的场景( s c e n e s ) 。m p e g - 4 用于描述场景的语言称为 b i f s ( b i n a r y f o r m a tf o rs c e n e s ) ，不仅可以删除或添加场景的对象，也可以改变和 控制对象的属性和行为，可以实现交互式应用。 h 2 6 4 h 2 6 4 标准压缩系统由视频编码层( v c l ) 和网络提取层( n a l ) 两部分组 成。 v = l 包括v c l 编码器和v c l 解码器，主要负责数据压缩的编码和解码，如 运动补偿、变换编码和熵编码。 n c l 为v c l 提供一个与网络无关的统一接口，负责在网络中传送封装打包后 的视频数据。它采用统一点数据格式，包括单个字节的包头信息、多个字节的视 频数据、组帧、逻辑信道信令、定时信息及序列结束信号等。包头具体包括存储 标志和类型标志。其中，存储标志用于只是当前数据不属于被参考的帧；而类型 标志用于只是图像数据的类型。 h 2 6 4 和h 2 6 3 ，h 2 6 1 一样，也是采用d c t 变换编码加d p c m 的差分编码， 即混和编码。但，h 2 6 4 引入了新的编码方式，提供了编码效率。 、7 l 仆 w m v 是基于微软w i n d o w sm e d i a 核心的a s f 格式延伸二来的，是微软一系 列流媒体技术的总称，是w i n d o w s 平台媒体框架里的一部分。简而言之，w m v 4 是一种数据格式，将音频、视频、图像以及控制命令脚本等多媒体信息通过这种 格式在网络中传输，从而实现流式多媒体内容发布。 w m v 视频的原始数据存储格式存储在a v i 或者a s f 文件中，目标文件或存 于a v i 文件( + a v i ) ，或存于a s f 文件( * a s f 或 w m v ) a v s 标准 a v s 标准是信息技术先进音视频编码系列标准的简称，a v s 标准包括系 统、视频、音频、数字版权管理等四个主要技术标准和一致性测试等支撑标准， 是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。 a v s 是基于我国创新技术和部分公开技术的自主标准，编码效率比m p e g - 2 高2 3 倍，与a v c 相当，而且技术方案简洁，芯片实现复杂度低，达到了第二 代标准的最高水平；而且，a v s 通过简洁的一站式许可政策，解决了a v c 专利许 可问题死结，是开放式制订的国家、国际标准，易于推广；此外，a v c 仅是一个 视频编码标准，而a v s 是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整 标准体系，为数字音视频产业提供更全面的解决方案。综上所述，a v s 可称第二 代信源标准的上选。 2 音视频服务器与存储阵列技术 本文所涉及的服务器都是采用基于a t c a 的单板计算机或机架式服务器；而 存储阵列技术则采用了s a n + r a i d 5 的方式。这部分是本论文的重点，其详细内 容见后面章节给予详尽的介绍。 2 1 2传输碑化 i i p 单播与组播技术嘲 i p 单播技术为每个用户单独建立一条数据传送通路，适合于用户的视频点播 业务；而i p 组播技术仅发送一次视频信息，信息在网络关键节点处被复制和分发， 从而保证信息能准确高效地传送到每个用户。i p 组播技术能够节省大量的带宽， 减少网络流量。 2 i pq o s 技术 q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) ，即服务质量，指能够为用户提供高吞吐量、低延 迟、低抖动、少丢包率等服务水平的一系列技术的集合。它能够针对不同用户需 求，提供不同服务质量的网络服务。通常q o s 提供以下三种服务模型： 1 ) b e s t e f f o r ts e r v i c e ：尽力而为服务模型； 2 ) i n t e g r a t e ds e r v i c e ：综合服务模型，简称i n t s e v ； 3 ) d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e ：区分服务模型，简称d i f f s e r v 。 5 3 i p 信令技术 i p 信令技术保证呼叫的顺利实现和话音质量，目前被广泛接受的信令体系包 括r r u t 的h 3 2 3 系列和i e t f 的会话初始化协议s i p 。 i t u 的h 3 2 3 系列建议定义了在无业务质量保证的因特网或其它分组网络上 多媒体通信的协议及其规程。h 3 2 3 标准是局域网、广域网、i n t r a n e t 和i n t e m e t 上的多媒体提供技术基础保障。h 3 2 3 是r r u t 有关多媒体通信的一个协议集， 包括用于i s d n 的h 3 2 0 ，用于b - - i s d n 的h 3 2 1 和用于p s t n 终端的h 3 2 4 等 建议。h 3 2 3 提供设备之间、高层应用之间和提供商之间的互操作性。它不依赖于 网络结构，独立于操作系统和硬件平台，支持多点功能、组播和带宽管理。h 3 2 3 具备相当的灵活性，支持包含不同功能的节点之间的会议和不同网络之间的会议。 s i p 是一种应用层协议，可以用u d p 或t c p 作为其传输协议。与h 3 2 3 不同 的是：s i p 是一种基于文本的协议，用s i p 规则资源定位语言描述( s i pu n i f o r m r e s o u r c el o c a t m ) ，这样易于实现和调试，更重要的是灵活性和扩展性好。由于s i p 仅作于初始化呼叫，而不是传输媒体数据，因而造成的附加传输代价也不大。s i p 的 u r l l 甚至可以嵌入到w e b 页或其它超文本链路中，用户只需用鼠标一点即可发 出一个呼叫。与h 3 2 3 相比，s i p 还有建立呼叫快，支持传送电话号码的特点。 2 1 3播放媒体化 1 内容发布网络技术( c d n ) c d n 通过实现用户的就近访问及网络流量智能分流，从技术上全面解决由于 网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等对用户访问效果的影响，大大提高 网络的响应速度。c d n 的技术原理是在现有的互联网络中建立一个完善的中间层， 将网站的内容发布到最接近用户的网络“边缘”，使用户能以最快的速度、从最接 近用户的地方获得所需的信息。一套完整的c d n 系统包括服务器负载均衡、动 态内容路由、高速缓存机制、动态内容分发与复制、网络安全机制等多项技术。 2 数字版权管理技术( d r m ) d r m 技术的工作原理：首先建立数字节目授权中心，编码压缩后的数字节目 内容，利用密钥( k e y ) 可以被加密保护( 1 0 c k ) ，加密的数字节目头部存放着k e y i d 和节层授权中心的u r l 。用户在点播时，根据节目头部的k e y i d 和u r l 信息， 就可以通过数字节目授权中心的验证授权后送出相关的密钥解密( u n l o c k ) ，节目 方可播放。需要保护的节目被加密，即使被用户下载保存，没有得到数字节目授 权中心的验证授权也无法播放，从而严密地保护了节目的版权。 密钥一般有两把，一把公钥( p u b l i ck e y ) ，一把私钥( p r i v a t ek e y ) 。公钥用于 6 j t 塞变通太堂亟堂焦途塞i ! y 攫述 加密节目内容本身，私钥用于解密节目，私钥还可以防止当节目头部有被改动或 破坏的情况，利用密钥就可以判断出来，从而阻止节目被非法使用。上述这种加 密的方法，有一个明显的缺陷，就是当解密的密钥在发送给用户时，一旦被黑客 获得密钥，即可方便解密节目，从而不能真正确保节目内容提供商的实际版权利 益。另一种更加安全的加密方法是使用三把密钥，即把密钥分成两把，一把存放 在用户的p c 机上，另一把放在验证站( a c c e s st i c k e t ) 。要解密数字节目，必须同 时具备这两把密钥。方能解开数字节目。这样当解密密钥在发送给用户时，即使 被窃取，也仍然无法解开加密的内容。 3 数字机顶盒 数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互 式多媒体应用功能，如： 1 ) 电子节目指南( e p g ) ：给用户提供一个容易使用、界面友好、可以快速访 问想看节目的一种方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至 所有频道上近期将播放的电视节目； 高速数据广播：能给用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站 等各种消息； 3 ) 软件在线升级：数据广播服务器按d v b 数据广播标准将升级软件广播下 来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存 在存储器中的软件进行更新； 4 ) 因特网接入和电子邮件：数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地 实现因特网接入功能。用户可以通过机顶盒内置的测览器上网，发送电子 邮件。同时，机顶盒也可以提供各种接口与p c 相连，用p c 与因特网连 接； 5 ) 有条件接收。有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应具有解扰和 解密功能。 2 1 4 蜊业务 i p t v 系统的业务非常丰富，它已经不仅仅是宽带的增值业务，而是为运营商 和用户之间搭建一个平台，以此实现更多的业务。下面主要介绍r 系统的几个 主要业务： 7 2 1 4 1 视频点播业务 视频点播业务主要包括v o d 、t v o d 、n v o d 和i v o d 四种。 1 v o d ( v i d e oo nd e m a n d ) v o d ，即视频点播，根据用户的需求播放相应的视频节目，从根本上改变了 用户过去被动式看电视的收看方式。 2 t v o d ( t r u ev o d ) t v o d ，即真实点播电视，真正实现即点即放。当用户提出请求时，视频服务 器将会立即传送用户所需要的视频内容。不过，一旦视频节目开始播放，就要连 续不断播放下去，直至结束。 3 n v o d ( n e a rv o d ) n v o d ，即就近式点播电视，多个视频流依次间隔一定的时问启动发送同样的 内容。用户可选择距他们最近的某个时问起点进行收看 4 i v o d ( i n t e r a e t i v ev o d ) i v o d ，即交互式点播电视。它不仅支持即点即放，而且可以让用户对视频节 日进行交互式的控制，包括播放、暂停、快进、快退和自动搜索等。本文测试采 用的业务就是i v o d ，具体包括k a s g l l n a 和中兴的视频点播系统。 视频点播系统，即对节目源进行编码压缩，通过v o d 节目单的方式展现给用 户端；当用户进行点播某一视频节目时，流媒体服务器通过流媒体方式将该视频 节目传递给用户；用户通过p c + 电视、机顶盒+ 电视或p d a 等方式将音视频信 号解码并展现出来。从功能上分可以划分为以下五个主要部分，具体如图1 所示“1 ： 1 ) 节目制作中心： 它主要包括采集压缩系统兼网络广播系统； 2 1 专业视频服务器： 它是v o d 系统核心，充分利用实时技术向用户传输视频节目。其主要目的是 存储、管理和调度视频节目的文件，如添加、删除、标记日期和记录视频文件目 志等功能。本文的v o d 服务器主要由k a s e n n a 公司的m e d i a b a s ev o d 软件服务 器和i n t e ll a n g l e y 硬件服务器组成。 3 ) 视频节目库： 用大量的磁盘簇组成磁盘冗余阵列，可以存储海量的视频节目。本文采用s c s i j b o d 做出r a i d 5 阵列，并外挂在l a n g l e y 服务器。 4 ) v o d 管理服务器： 终端进行视频点播系统访问的中转站，它以浏览器方式提供登陆、认证服务， 并为用户提供各类视频节目信息，如电影节目名称、节目介绍等。本文的v o d 管 理服务器主要由k a s e n n a 公司的l i v i n g g o o m 软件和i n t e ll a n g l e y 服务器实现。 5 ) 客户端 客户端可以是p c 机+ 显示器、机顶盒+ 电视、d m a + 电视或者p d a 组成。 图1 矿视频点播系统模块图 2 1 4 2 直播电视业务( l i v et ) 直播电视指类似无线电视、有线电视及卫星电视所提供的传统电视服务，是 一种广播电视的增值业务。l f r v 通过组播方式，实现直播电视的功能。直播电视 系统具体由节目源、数据捕获和编码、媒体播放服务器和客户端组成。 2 1 4 3 时移电视业务( t i m es h i f t i n g ) 时移电视通过接收器接收卫星信号或有线电视信号，然后通过d v b ( d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t ) 设备转化为音，视频信号，并传送给编解码服务器。在压缩解码之 后，一方面通过组播方式传递给支部电视用户，另一方面则传到m t v 节目库中， 供用户点播观看。时移电视的难点在于如何将海量和不间断的媒体资源进行切片 和策略存储；同时，如何实现直播电视和时移电视业务中的节目快速切换也是今 后的一个重要课题。 2 1 4 3 4 其它增值业务 m t 、，可以提供上网业务、可视电话业务、电子广告业务、网络游戏业务、天 9 气预报、灾难预警等增值业务。 2 2a t c a 概述 a t c a ，即高级电信计算平台，它脱胎于在电信、航天、工业控制、医疗器械、 智能交通、军事装备等领域应用广泛的新一代主流工业计算技术c o m p a c t p c i 标准。是为下一代融合通信及数据网络应用提供的一个高性价比的，基于模块化 结构的、兼容的、并可扩展的硬件构架。 2 2 1a t c a 架构 a t c a 的标准组件有：高密度机箱、各种刀片、高速背板、先进的平台管理、 功率与制冷资源以及互连技术，如图2 所示。基于行业领先组件( 如英特尔 至强 t m 处理器和英特尔 安腾2 处理器) 的多路单板计算机( s b c ) ，为计费和呼叫 软件应用提供了强大的资源。f o 和线路卡、无线网络控制器模块、以及数字信号 处理刀片都能够支持有线和无线应用的数据包和比特流( b i t - s t r e a m ) 处理。全新 高速交换( f a b r i c ) 接口( 如高级交换) ，均可为运行于分组交换网络之上的高级服 务提供快速路由，这些服务包括i f l w 、i p 语音( v o p ) 和视频邮件等。机箱管 理模块使用智能平台管理接口标准协议和独立管理网络连接，可支持自动刀片发 现、支架管理，以及远程系统管理。 2 2 2a t c a 特点 图2 a t c a 模块化平台概念 1 0 a t c a 还规定了服务提供商需要的扩展的可靠性，以及他们要求的高级可管理 性和增强的可扩展性。a t c a 的部分特性有： 2 2 2 19 9 9 9 9 的可靠性 a t c a 9 9 9 9 9 可靠性主要体现在： 1 完全冗余吞吐率( 电源、背板、管理和刀片) ，确保无单点故障； 2 抗震； 3 热插拔刀片，易于维护； 4 高流量垂直冷却可确保高性能硬件的运行温度适宜，从而最大限度延长组 件使用寿命。 2 2 2 2 先进的远程管理与简单维护 a t c a 具备系统模块自我发现功能的智能平台管理接口( i p m i ) ，能够从世界 任何地方提供先进的平台、机架甚至系统管理能力，从而可减少上门服务( t r u c k r o l l s ) 和管理成本；而且，l e g a c y r s 2 3 2 串行接口能够与现有的管理政策和实践 后向兼容。同时，可以从前部或后部进入维护。 2 2 2 3 模块化与可扩展性 a t c a 的模块化与可扩展性具体表现如下； 1 目前在1 9 英寸x 6 0 0 毫米宽机箱中可配置4 u 到1 4 u ，实现高密度安装， 从而可在小占地面积上提供多种功能； 2 8 u 高大型刀片外形支持高性能硬件模块和高i o 密度，此外还支持快速安 装全新处理、存储或交换组件； 3 基本接口采用双星b a s e - t 千兆位以太网； 4 可选交换接口( f a b r i c i n t e r f a c e ) 采用全网格、星状和双星结构拓扑，每节 点速度高达2 0g b p s ，可满足高带宽服务的需求，如视频服务和视频邮件； 5 1 9 英寸机箱中多达1 4 个插槽及e t s i6 0 0 毫米机箱中多达1 6 个插槽，可 带来配置灵活性、系统可扩展性和冗余能力； 6 2 0 0 可板的冷却能力，支持高性能c p u 、网络处理器、i o 处理器、媒体 处理器、交换机和存储技术； 7 - 4 8v d c 和1 2 0 2 4 0v a c 供电，支持中央办公室和网络数据中心应用； 8 先进的夹层卡( m e z z a n i n ec a r d ) 支持更出色的刀片级模块化和可扩展性； 9 后部转换模块( r t m ) 支持后部i o 布线。 2 2 3a t c a 优势 2 2 3 1 加快产品上市和投资回报速度 y a n k e eg r o u p 研究显示，a d v a n c e d t c a 能够简化新服务的开发，并可将交付 时间缩短一年。根据英特尔的内部调查，基于a d v a n c e d t c a 的解决方案的开发速 度遥遥领先，因此可以降低总体开发成本。截止到2 0 0 4 年2 月，n e c 公司和西门 子移动公司都推出了基于a d v a n c e d t c a 的全新无线3 g 解决方案，充分利用模块 化概念来缩短开发时间- n e c 研究显示，与现有系统相比，开发时间缩短了1 3 。 硬件不再是部署关键路径的组成部分。 2 2 3 2 降低运营支出 基于标准的模块化方法是将平台构建在英特尔 芯片上，从而确保整个中央 办公室或网络数据中心保持硬件一致性，进而创建出更加简单、更易于维护的基 础设施。优势举不胜举，它们都显著降低了运营支出： 1 英特尔先进的芯片技术提高了密度，使更小的占地面积上能够提供更多能 力并降低功耗，从而带来更高计算能力和效率，并可减少运营成本；围 绕i p m i 标准协议而设计的系统，可在整个安装过程中进行管理，并提供 自我管理能力，从而有助于提高管理效率； 2 减少硬件的变化意味着可以减少现场更换部件库存，提高交换能力，同时 可减少维护各种不同的专有硬件架构所需的专家人数。 3 人机接口和系统操作的一致性能够提高总体操作流程的效率。 2 3 存储技术 目前，存储应用的体系结构主要有直接连接存储( d a s ) 、网络访问存储( n a s ) 和存储区域网络( s a n ) 三种模式。d a s 是大型服务器采用的主要存储方式。但从 提高存储利用率的角度来看，实现网络化的d a s 势在必行，因此s a n 的出现必 将取代d a s 。与d a s 相应的另外一种存储方式就是n a s ，n a s 在多用户网络环 境中发挥着越来越重要的作用。三者之问的比较如表1 所示： d a sn a s i s c s i ，球s a nf c s a n 价格廉价中等中等昂贵 a e 立交道太堂亟堂盈盈奎l ! y 叠述 可扩展性有限依赖解决方案易于扩展需要光纤交换机 可管理型效率较低效率较低非常高效非常高效 管理成本低 低低高 i o 模式按块传输按文件传输按块传输按块传输 文件存储? 是是是 是 数据库存储? 是否是 是 网页存储? 是是是是 邮件存储?是 否是是 性能速度依赖于 一般高高 主机及磁盘 阵列 容错性一般 一般很好很好 灾难恢复能力弱 弱强强 2 3 1直接连接存储 表1d a s 、n k s 和s a n 比较 直接连接存储( d i r e c ta t t a c h e ds t o r a g e ) ，即将外置存储设备，如磁盘簇 ( j b o d ) ，直接通过电缆连接到某一台服务器上，如图3 所示。采用直接外挂存 储方案的服务器结构如同p c 机架构。外部数据存储设备采用s c s i 或f c 技术， 直接挂接在内部总线上。在这种情况下，数据存储是整个服务器结构的一部分， 数据和操作系统都未分离。d a s 能够解决单台服务器的存储空间扩展、高性能传 输需求，并且单台外置存储系统的容量，已经从不到1 t b ，发展到了2 t b 。随着 大容量硬盘的推出，单台外置存储系统容量还会上升。此外，d a s 还可以构成基 于磁盘阵列的双机高可用系统，满足数据存储对高可用的要求。从趋势上看，d a s 具有技术简单、投资较小的优点，可以满足小规模口t 、r 内容的小规模存储要求， 仍然会作为一种存储模式，继续得到应用，但不适合大规模i i t v 内容存储的部署； 开放系统的直连式存储已经有近四十年的使用历史。随着用户数据的不断增 长，尤其是数百g b 以上时，其在备份、恢复、扩展、灾备等方面的问题变得日益 困扰系统管理员。直连式存储依赖服务器主机操作系统进行数据的f o 读写和存储 维护管理，数据备份和恢复：而这些操作要求占用服务器主机资源( 包括c p u 、 1 3 韭塞銮逼太堂亟堂焦途塞! ! 攫姿 系统i o 等) 。同时，数据流需要回流主机再到服务器连接着的磁带机( 库) ，数据 备份通常占用服务器主机资源2 0 - 3 0 ，因此许多企业用户的日常数据备份常常在 深夜或业务系统不繁忙时进行，以免影响正常业务系统的运行。直连式存储的数 据量越大，备份和恢复的时间就越长，对服务器硬件的依赖性和影响就越大，面 且其安全性低，难以实现数据高效备份，维护管理困难，不是今后的发展方向。 图3d a s 、n a s 和s a n 模块图 2 3 2网络附加存储 网络附加存( n e t w o r k a r a c h c ds t o r a g e ) ，拥有可靠稳定的性能、特别优化的文 件管理系统和低廉的价格使n a s 市场得到了一定的增长。n a s 作为一个网络附加 存储设备，采用了信息技术中流行的嵌入式技术。嵌入式技术的采用，使得n a s 具有无人值守、高度职能、性能稳定、功能专一的特点。n a s 设备内置