寶德伺服器系統在廣東網通VOD專案的解決方案

1. 專案背景

隨著Internet的迅速普及，上網人數有了突飛猛進的增長。 與此同時，人們對於Internet上的資訊要求也越來越高。 漸漸不能滿足于簡單的文字介面和枯燥的MIDI音樂，而 渴望能夠聽到看到更加親切的聲音和圖像。 於是網路流媒體技術隨著網路的發展而誕生了，並且融入了電視技術，而成為迅速興起的一門高科技綜合性技術。 它利用了網路和視頻技術的優勢，徹底改變了過去收看節目的被動方式，實現了節目的按需收看和任意播放，集動態影視圖像、靜態圖片、聲音、文字等資訊為一體，為使用者提供即時、交互、按需點播服務的系統， 網路流媒體和即時在網上直播重大事件會成為一個全新的領域和充滿生機的市場。

網際網路(Internet)作為一種新的媒體和資訊傳播方式，目前已逐步深入到全世界的每一個角落，同廣播電視、報紙、雜誌等傳統媒體一樣，Internet正逐步成為資訊的重要來源之一。 網際網路的興起和發展對廣播電視事業來說是極大的挑戰，但同時也給廣播電視事業帶來了極大的發展機遇，利用網際網路的傳播技術優勢和靈活的傳播理念來實現廣播電視與網際網路的強勢聯合、優勢互補，從而佔領現代傳播技術的制高點和宣傳主動權， 是網際網路時代廣播電視參與網路並贏得發展機遇的關鍵，也是廣播電視在網際網路時代發展的必由之路。

隨著寬頻技術的普遍應用、解壓縮技術的不斷提高，網上的視頻播放已成為可能。 近年來，自動根據網路的速度傳輸相應圖像的流媒體技術的普及應用，使VOD視頻播放時通時斷的問題得以根除，給互聯網提供了視頻節目播放的條件，使辦一個真正意義上的網上電視臺已成為可能。

廣東網通擁有豐富的頻寬資源，以廣州IDC中心為核心，提供2.5G的出口頻寬，同時在深圳、東莞、佛山三地還有分中心，網路使用者資源輻射廣東全省。 為進一步發展使用者資源，並同時讓現有客戶享受多元化的資訊服務，計畫引進大型流媒體VOD系統，為現有的5萬線上使用者提供寬頻視頻資訊娛樂服務，網通的使用者只要通過普通的PC終端，通過普通的ADSL上網， 就可以點播收看到清晰流暢的動態電影圖像。

2. 解決方案系統設計－網通實際應用情況分析：

在廣東網通應用IP VOD系統，以目前網通的線上5萬使用者來考慮，按照常規20%的點擊率計算，目前的併發點播數將高達10000個。 另外，未來隨著使用者的增加，整個VOD系統也必須進行擴展。 因此電信級VOD系統必須具有很好的擴充性。 為了解決IP VOD系統不斷發展帶來對該系統的更高要求，建議採用模組化-分散式系統，系統設計思路是管理集中，存儲分佈，負載均衡分佈，為將來系統發展作好平滑擴展、資源最大共用的準備。 這樣，系統就可以更好的適應點播使用者群的增加，合理利用網路頻寬，為系統經濟效益、系統將來擴容、網路服務品質保證等各方面帶來非常大的好處。

系統設計的基本思想：在廣州中心區只放置WWW伺服器、認證伺服器、計費伺服器、資料庫伺服器、管理伺服器、管理工作站及部分流媒體伺服器，由中心進行統一管理、統一計費，以統一的門戶向全區使用者提供服務，使用者在中心統一認證， 而其他的流媒體伺服器分佈放置在周邊深圳、東莞、佛山，形成VOD伺服器系統的級聯。

在中心地區的流媒體伺服器性能最好，採用寶德高端四路至強伺服器PT4800R，雙機集群實現媒體資源中心的服務；周邊地區的流媒體伺服器的推薦性價比優良的新至強(擴展64位)塔式PT6510實現， 並隨著根據本地範圍使用者數的增加以後再進行增加。

各地的流媒體伺服器也都可以向整個中心地區及其他周邊地區的使用者服務，各地伺服器之間進行負載平衡，實現節目動態分佈、自動分發以解決高併發流的要求。

3. 系統工作原理：

3.1 伺服器分佈放置，解除網路主幹可能帶來的瓶頸

如果採用把視訊伺服器集中放置在中心，所有使用者的點播流都是從中心出來，那麼，無論中心的伺服器群有多麼好的負載平衡方式，只能平衡伺服器本身資源佔用，但從中心向外提供服務的骨幹絡頻寬是有限的， 當達到一定使用者同時點播（如10000），則中心網路主幹頻寬成為整個系統的瓶頸。 而在系統設計中，如果不採用把伺服器集中放置在中心進行集中點播服務，而是把視訊伺服器分佈均衡地放置在各地，這樣，全地區使用者的點播將分佈到各地，網路的負載是分佈到不同地區的電信主幹上， 再使用一下按照通信量進行分配的負載平衡方式，不會在任何地區的電信主幹形成瓶頸。

3.2 存儲方式：

除中心地區存儲所有的片源之外，系統內其他視訊伺服器在結構和作用上不分主次，都是平等的，每台視訊伺服器的節目存儲方式建議為：把存儲空間分為兩部分，一部分為90%（該值可設定），作為固定節目存儲；另外10%作為節目動態分佈用。 系統中各伺服器的固定節目存儲空間（90%）中存儲的節目是由中心管理員上載發佈的，且每台伺服器中的節目都互不相同；而動態分佈空間中的節目是必要時（由負載平衡方式決定）才從其他伺服器自動分佈過來， 這部分空間中的節目可能有相同的，當這部分空間沒有了，系統將自動刪除該空間中點播次數最少的節目並繼續重複緩衝其他服務分佈來的節目。 這樣做有兩大必要性和優點：

A, 資源利用率最大：因為所有伺服器中的固定節目存儲空間（90%）的節目都不同，沒有專門的緩衝伺服器或邊緣伺服器來做完全分佈或備份，每台伺服器的儲存資源利用率都很高（90%）。

B, 只有把整個儲存空間劃分為兩部分，才能真正保證有效存儲空間永遠保持高的利用率。 我們建議，每台伺服器把負載平衡所用的空間固定，當該空間（如100GB）滿了，則系統自動統計哪部分影片被點播的次數最少並刪除，留出空間以便以後緩衝節目，這樣就可以保證緩衝節目所使用的儲存空間在限制範圍內， 而不是無限制性的使用，從而保證固定節目儲存空間不受影響而保持高的利用率。 如果不固定用做緩衝的空間，那麼隨著緩衝的節目增多，各伺服器可用空間就逐漸減少，而且因緩衝的節目可能會緩衝到多台（甚至每台），當過一段時間後，可能出現所有伺服器的儲存空間中都是緩衝的節目，而且可能80%的節目都相同， 這樣就會使伺服器的存儲資源造成極大浪費；同時，這給對伺服器資源的監控管理帶來不便。

3.3 使用者請求服務方式

本系統建議設計為由中心（如中心地區電信公司）對整個系統進行統一管理、統一建設並提供統一的門戶和介面為使用者服務，所有的使用者認證、計費、節目管理等都由中心集中管理。 使用者點播時首先進入中心的WWW伺服器，然後認證登錄，使用者就可以點播了。 點播時，使用者請求播放影片的資訊（影片名稱、該影片所在伺服器、影片路徑等）將發送給中心的www管理伺服器，伺服器收到後將分析該資訊，並決定把該資訊發送到節目所在的視訊伺服器，該視訊伺服器根據這些資訊直接發送資料給使用者， 使用者端播放機開始播放，在播放過程中使用者端只和該視訊伺服器通信，不再通過中心的伺服器了。 由於每台伺服器中存儲的節目是不相同的，所以對剛上載分發的一個節目，它只存在於某一台伺服器中，在達到負載平衡條件(以通信量計算)之前，所有使用者對該影片的點播，都由這一台伺服器進行服務。 當該影片點播率達到一定或該伺服器上併發使用者超過設定值後，則將進行負載平衡及片源動態分佈。

3.4 負載平衡方式及原理

在本系統中，假設將來在深圳、東莞、佛山三個城市按照上述方式平衡分佈了SA、SB、SC三套視訊伺服器，這三個城市中的三套伺服器通過電信骨幹絡互聯互通。 則該系統使用以下兩種方式進行負載平衡：

A, 節目自動動態分佈到離使用者最近的伺服器中：由於系統中，根據上述節目分發方式，每台伺服器上的節目分佈是互相不同的，即某部影片在最初隻存在於某台伺服器上，我們假定為在SA伺服器上。 開始時，深圳、東莞、佛山三城市的所有使用者點播該影片時，都直接由深圳的SA伺服器直接向所有使用者提供點播服務，伺服器會自動計算該影片被不同城市使用者點播的次數。 在一定時間段中當某個城市如東莞市的使用者點播該影片的次數達到一定數量（該數位可設定）後，則伺服器負載平衡軟體將把該節目自動傳送複製(分佈)到東莞的SB伺服器上，則東莞市的使用者再點播該影片時， 則不再由深圳市的SA伺服器為他們服務，而是直接由SB伺服器為東莞市使用者服務，（佛山市的使用者的點播仍然由SA伺服器提供服務）。 同樣，當佛山市使用者點播次數達到該設定值，該影片也將自動分佈到佛山市的SC伺服器上，佛山市的使用者點播就直接由SC伺服器提供服務了。 這樣將帶來兩個好處：

--負載平衡：當節目自動分佈後，把所有對該影片的集中點播變為由多台伺服器為不同使用者群提供服務，把集中的負載分佈到多台伺服器處理，達到負載平衡的目的；

--回應速度更快：當某台伺服器上併發流越高，則對使用者的點播回應越慢，而經過節目自動分佈後，使用者的請求就總是由最靠近使用者的伺服器進行回應，這樣就能以最快的為使用者服務。

B, 節目自動分佈到負荷最小的伺服器中：在VOD使用者大規模發展，併發流日益增多的情況下，視頻VOD伺服器集群在併發流點播最高峰依然能夠通過調度軟體(負載均衡計算)保證其視頻點播的工作效率。

當某台伺服器如SA伺服器上所有的點播併發數達到臨界數（比如併發流為800，當併發流達到700時）時，則伺服器負載平衡程式將計算同一時刻點播率最高的部分影片（如5部），並判斷整個系統內哪台伺服器中併發使用者最少， 然後自動把這5部影片分佈到該負載最小的伺服器（如SC），當有新的使用者點播這5部影片時，則不再由SA提供服務，而是由SC提供點播服務。

在以上兩種平衡中，所有的從其他伺服器平衡時所分佈的節目，都存放于上述的固定緩衝區內，當該緩衝區沒有空間了，則伺服器程式將計算該伺服器緩衝區內哪些（如5部）影片點播次數最少，並刪除這些影片以便進行將來的緩衝。

4. 系統選型和配置： 〔略〕5． 整體方案系統優勢：

1, 系統支援伺服器級聯，以本地區為中心，建立影視頻道門戶，如廣東聯通的統一門戶向使用者開放，全地區所有視訊伺服器節目共用、資源分享。

2, 系統支援「集中點播，分佈播放」的功能，使用者登錄後系統可以選擇就近的伺服器的節目向使用者播放；

3, 系統具有動態統計和片源動態分佈功能，根據使用者點播的統計將各地市點播率高的片源動態傳送到當地的伺服器；

4, 應用靈活：整個系統可以方便的組網，即可以只使用一台伺服器提供服務，也可以多台伺服器在系統中同時使用，並且使多台伺服器自動負載平衡；在本系統中，廣州中心區，把WEB伺服器、流媒體伺服器、管理伺服器等合為一體， 採用集群服務共用盤櫃方式，也可以把各類應用分開，以使安全性更好，性能更高。

實踐證明， 在按照寶德提供的產品和方案規劃後，網通的三地資源實現了靈活的調用，不僅整個系統負載能力強，實現硬體資源的最大化，線上使用者數目增加，使用效果更好，而且各種應用規劃明確，為網通提供給線上使用者的服務帶來了新的提升， 極大了促進了網通線上業務的發展。