一種云媒體服務器的系統設計及應用分析*

李 青，柯 衛

（1.中國電信股份有限公司上海研究院 上海 200122；2.中國電信股份有限公司上海分公司 上海 200021）

1 引言

“媒體服務器”在電信網絡的各個領域中有著極為廣泛的應用場景。“云計算”技術以其超大規模、高可擴展性、高可靠性、按需計費、虛擬化、極其廉價及通用性等特性已在IT信息領域中獲得業界的廣泛支持。

“云媒體服務器”（以下簡稱“云媒體”）是以媒體服務器軟件化為基礎，結合“云計算”關鍵技術，向互聯網用戶提供的一種可彈性擴展性能、可靠性高和按需計費的多租戶多媒體資源能力池，供用戶集成提供話音、傳真及視頻等多媒體業務的一種以網絡化計算為特征的媒體資源云服務。

“云媒體”的部署可聚合電信網絡中的媒體資源能力，為話音、視頻等特定的媒體資源類業務應用提供更為強大的媒體處理服務，提高媒體資源利用率，實時按需響應運營商業務網絡及互聯網CP/SP客戶對突發流量的媒體資源需求。

“云媒體服務器”與“傳統媒體服務器”相比，具備超強的并行計算能力、高度靈活的可擴展性、精確的計費度量能力以及相對低廉的硬件基礎設施成本要求等特點，因此在電信基礎網絡中勢必有著較好的應用前景。“云媒體服務器”能最大限度地發揮平臺資源業務能力，降低業務網絡運營成本。本文提出了一種基于云計算的媒體服務器系統架構，并提供了一種云媒體服務器處理單元的調度方法。

2 云媒體服務器系統設計

“云媒體”系統架構主要分兩大組成部分：云媒體管理平臺和云媒體資源池。

2.1 云媒體管理平臺

云媒體管理平臺包括服務管理、資源管理、運營管理和云媒體資源適配層4個功能模塊。其中：

·服務管理模塊包括服務目錄管理、服務實例管理、用戶管理、門戶管理等功能；

·資源管理模塊包括資產管理、資源封裝、資源監測、資源調度、模板管理、應用管理等功能；

·運營管理模塊包括報表管理、計費管理、維護管理、系統管理和外部接口等功能。

2.1.1 服務管理模塊各功能設計

（1）服務目錄管理

云媒體中包括DTMF信號的采集與解碼、信號音的產生與發送、錄音通知發送、自動話音合成及識別、傳真編解碼、電話會議、視頻會議、流媒體播放能力等所有資源，都需要以服務的形式向用戶或外部業務系統提供訂購。服務目錄管理是對云媒體能提供的各種服務的整個生命周期及服務配置進行管理。

（2）服務實例管理

服務實例由用戶或外部業務系統根據需求在服務模板的基礎上創建，是一個具體服務的案例。服務實例管理通過執行服務模板定義的服務實例申請、變更、終止等服務請求處理流程，對服務實例的生命周期進行管理。

（3）用戶管理

對云媒體服務器系統中的用戶或外部業務系統的資源進行統一訪問控制。其中，用戶分為內部人員（服務設計人員、服務審批人員及維護人員）和面向能力集開發的互聯網客戶。其功能包含用戶管理、用戶組管理、角色管理、權限管理等。

（4）門戶管理

提供客戶、外部應用系統設計人員、服務審批人員及維護人員的入口。客戶通過門戶查詢服務目錄，進行服務實例的申請、變更、查詢及刪除等；服務審批人員對客戶的服務實例、用戶管理等進行管理；服務設計人員則對服務目錄、模板管理等進行操作和管理；維護人員可登錄門戶，對資源監測、資源部署調度、報表管理、應用管理等進行管理。

2.1.2 資源管理模塊各功能設計

（1）資產管理

對云媒體平臺中的物理設備及軟硬件統一管理，提供物理/軟件資源信息查詢。

（2）資源封裝

實現對云媒體物理資源、虛擬層及專業管理層的統一管理，屏蔽底層硬件及虛擬化異構，整合系統中所有可用資源，實現對資源的生命周期管理和資源信息的綜合管理，提供資源定位、資源分配等基本服務，并提供資源可靠性保障。

（3）資源監測

對各類物理資源和虛擬資源實現統一的、具有多層次多顆粒度的集中監測，同時對采集的數據進行分析和優化，提供對各類媒體資源的故障管理、性能管理、自動巡檢管理等功能，達到實時監測云媒體資源處理單元的健康狀態、主動發現故障、及時修復的目的。同時向下通過資源管理模塊獲得資源的訪問管理信息，向上為云媒體資源調度模塊和報表管理模塊等提供監測信息服務。

（4）資源調度

對云媒體物理網元和虛擬資源的生命周期和資源信息實現動態、彈性、按需的流程化、自動化調度，按照策略自動進行資源部署以及操作流程，并提供和其他服務的接口；可根據應用、服務的負載情況，動態分配物理和邏輯資源，并對可提供服務的資源提供可靠性保障策略。

（5）模板管理

提供從創建、發布、激活、掛起、撤銷到刪除的模板生命周期管理以及快速部署，提供模板格式及存儲等。

（6）應用管理

對部署在云媒體處理單元上的第三方應用軟件 （如TTS、ASR）等進行管理。

2.1.3 運營管理模塊各功能設計

（1）報表管理

生成云媒體系統中資源監測、服務模板、服務實例、用戶信息等的統計報告并可供查詢。

（2）計費管理

計費原始信息收集，生成滿足業務支撐系統格式要求的賬單并同步給業務支撐系統。

（3）維護管理

包括用戶認證、授權、審計、內部安全流程化等要求；對云媒體服務的故障處理提供流程化管理。

（4）對外接口

包括和BSS/OSS之間的接口、外部云管理平臺之間的接口，通過這些接口實現外部各系統之間的信息交互。

（5）系統管理

包括人機命令、操作權限設置、系統日志、人機接口及界面管理等。

2.1.4 云媒體資源適配層功能設計

云媒體資源適配層可對基于各種虛擬平臺（如主流的虛擬化技術ESX、Xen、KVM、Hyper-V等）、云媒體資源池本身具有的云管理軟件 （如主流的VMware的vCenter/vCloud、微軟的system center等）以及軟件媒體資源服務器等進行接口適配，完成數據交互和虛擬化管理，實現對底層軟件媒體服務器進行虛擬化、抽象化，為上層云媒體服務管理模塊、資源管理模塊和運營管理模塊等提供一致性的訪問接口，完成對軟件媒體資源池的統一管理。

2.2 云媒體處理單元

云媒體資源池由若干個“云媒體資源處理單元”構成。云媒體資源處理單元在云媒體管理平臺的統一調度下執行具體的媒體資源處理服務，并根據云媒體管理平臺的服務管理、資源管理和運營管理需求，完成相應業務功能開通、資源動態調度及運營數據輸出等。

云媒體資源處理單元系統架構分為3個層面。

·底層為提供云媒體應用軟件的物理承載層，包括實體物理機和虛擬化軟件。

·中間層為云媒體系統層，提供虛擬機服務。

·最上層為云媒體應用層，包括虛擬化管理軟件、云媒體資源處理軟件及第三方管理與應用系統 （如TTS、ASR等）。其中，媒體資源處理軟件為云媒體資源處理單元的核心模塊，執行外部應用對于媒體資源的各類控制請求。

2.3 云媒體資源調度方法

云媒體中每個 VMS（virtual media server，虛擬媒體服務器）都是一種具備媒體處理能力的服務器，這種媒體處理能力在云媒體中被定義為服務，從而提供給用戶申請和使用。通過“云”把該媒體處理能力池化，用戶可以向云媒體資源池申請這種媒體處理能力。云媒體管理平臺通過啟動足夠的、具備這種媒體處理能力的VM滿足用戶需要。當用戶沒有使用時，云媒體管理平臺可以關閉部分虛擬媒體服務器從而實現節能。在云媒體資源管理中，服務所對應的是虛擬設備，系統通過發布/撤銷虛擬設備VM實現服務的發布/下線。

2.3.1 云媒體資源調度參數

虛擬媒體服務器發布與下線的調度涉及的幾個關鍵參數如表1所示。

2.3.2 云媒體資源調度流程

圖3所示為云媒體資源調度流程。

2.3.3 云媒體資源調度邏輯

（1）云媒體資源服務器過載時是否啟動VM

表1 云媒體服務器資源調度參數示例

if(averClient>cirticalClient)

if(currentVM

啟動VM;

else

continue;

（2）云媒體資源服務器空閑時是否關閉VM

if(averClient

if(currentVM>minVM)

{

for VM list

currentClient

關閉VM;

break;

}

else

continue;

3 云媒體服務器技術特點

基于本文所述的云媒體服務器具有以下獨特功能，是傳統媒體服務器所不具備的能力。

·超大規模：基于本文設計的云媒體資源服務器可方便地組建一個超大規模的軟件媒體資源能力池，滿足高突發型話務量的業務需求 （如高考電話查分、春節火車票電話訂購）。

·高可擴展性：本文設計的虛擬媒體服務器可根據當前業務需求，動態增加或減少媒體處理單元數量，最大限度提高資源利用率。

·高可靠性：本文設計的虛擬媒體服務器能自動屏蔽物理機、虛擬機故障，對外提供高可靠性服務。

·按需計費：用戶可登錄云媒體資源池門戶，根據業務需求訂購相應的媒體編解碼能力及并發量（用戶級license），系統提供按需計費服務。

·通用性、虛擬化、極其廉價：云媒體服務器通常部署于通用計算機系統，從而降低了使用昂貴專用硬件設備的投資成本。

4 用戶流程

圖4描述了一個用戶從云媒體資源池門戶上申請虛擬媒體服務器的訂單產生、審核及資源審批的工單流程。

5 云媒體的應用前景分析

本文所設計的云媒體服務器能夠構建一個強大的媒體資源能力池，可向IMS業務網絡、核心網絡、呼叫中心以及電信網絡能力開放網關等提供可彈性擴展性能的高可靠性的多媒體資源服務能力，未來在電信領域擁有廣闊的應用前景。

（1）“云媒體服務器”在IMS網絡中的應用

云媒體服務器在IMS的核心網及業務網絡中均有著極其廣泛的應用前景。

·IMS核心網：“云媒體服務器”可替代IMS網絡中的MRCF、MRCP設備，用于提供回鈴音、忙音、用戶狀態異常提示音等以及三方通話、呼叫等待、呼叫保持等補充業務的登記、取消、實現等操作提示音播放與媒體流控制能力。

·IMS業務網絡：“云媒體”服務器可作為共享資源池，基于IMS網絡提供多種增值業務應用，例如“一號通”業務、“一號雙機”、“改號通知”、“17900、179098等卡類業務”、“隨意遷”業務等現有話音類增值業務。

（2）“云媒體服務器”在多呼叫中心平臺的IVR共享資源池中的應用

鑒于中國電信集團公司（以下簡稱中國電信）“號碼百事通”、“座席外包”、“10000人工客服”等基于呼叫中心平臺的各類業務重要性，集團公司、各省公司均對呼叫中心平臺建設投入了大量建設成本。其中，提供歡迎語、自動報號及自助話音菜單服務的IVR（interactive voice response，交互式話音應答）系統在平臺投資中占據較高比例，為保證IVR設備正常運行的高可靠性，平臺建設多采用雙機主備方式，其中50%資源通常用于日常備份，處于閑置狀態，特別對省內建設多套呼叫中心平臺提供 “異地容災”能力的省公司而言，省呼叫中心IVR整體資源利用率更低。

基于“云媒體服務器”的IVR資源池使得省內呼叫中心的音視頻媒體播放能力成為共享資源，高效整合多個呼叫中心IVR資源池的媒體流編解碼及播放能力，最大限度提升IVR資源利用率，避免當業務量分配不均時由于各平臺獨占IVR資源造成極大浪費，并能有效應對諸如“高考查分”、“春運訂票”等話務量突發型業務的極端情況。

（3）“云媒體服務器”在面向互聯網的“媒體資源能力開放”上的應用

根據中國電信PaaS云部署建議，ISAG可作為中國電信“通信網絡能力”開放的接口網關，面向PaaS平臺、SP/AP、電信自營業務等提供短信、彩信、IM、WAP等電信網絡基礎服務能力。

“云媒體資源服務能力”可作為ISAG能力集開放網關的底層“能力構件”，為基于互聯網的SP/AP等提供Web方式的“點擊撥號”、“點擊電話會議”、“節日話音祝福”、“電話隨意遷”等提供可伸縮強、按量收費的標準互聯網能力集中間件，從而豐富中國電信在通信網絡能力集的開放范圍。

（4）“云媒體服務器”在 “多媒體彩鈴”、“電話會議”、“全球眼”等全網級重點產品中應用

“云媒體服務器”具備并行音/視頻媒體流的處理能力，能提高音/視頻媒體編解碼效率，提高音頻、視頻媒體播放的流暢性，提升用戶業務體驗。

另外，高度靈活的“自伸縮性”和“負載均衡”能力，能自如應對各種業務的突發峰值流量情況。高效的“自維護性”能輕松處理單機設備出現故障的局面，迅速恢復系統整體對外服務能力，最大限度降低單機設備故障對業務服務的影響程度。

6 結束語

本文將云計算技術與軟件媒體服務器開發相結合，創造性提出了一種具有云計算特征的媒體資源服務器系統架構，并進行了完善的原型開發與應用試驗，基于該架構下的云媒體服務器系統顯示了其超大規模性、自伸縮性、自維護性及按需計費等能力。本文為媒體服務器的未來設計、開發與部署提供了新思路。

1 劉鵬.云計算.北京：電子工業出版社，2010

2 YD/T 1386-2005.基于軟交換的媒體服務器技術要求.中國通信標準化協會，2005

3 RFC3261.SIP會話初始協議,2002

4 ITU-T H.248.網關控制協議,2000

5 RFC3015.Megaco協議,2008

6 YDN 098-1999.中國智能網設備智能外設（IP）技術規范.中華人民共和國工業和信息化部，1999