大规模IPTV点播系统解决方案

1.2用户需要什么样的IPTV点播系统?

大型的IPTV点播系统，究竟需要提供一些什么样的功能特性呢？通过我们与大量用户的交流与研讨，我们发现，用户所关心的焦点问题集中在如下几个方面：

1．足够的数据访问稳定性

2．点播服务器群的负载均衡

3．高扩展性

4．易于管理

5．系统性价比

为了实现大规模点播应用，必须从系统结构上对点播系统进行改进，以满足上述的多种功能需求。

目前，在大规模的点播应用系统中，主要存在着两类解决方案：

1.分布式点播系统

2.共享式点播系统

绝大多数分布式点播方案中，都采用了流媒体服务软件提供的数据分发机制为核心的系统；以ImageSAN共享文件系统为核心的解决方案，则是共享式点播系统的典型代表。

分布式方案已经在点播系统中已经拥有悠久的历史--2000年2月份RealNetworker公司发布的RealServer7.0版就已经提供了数据分发机制。

而共享式点播系统的出现，则是得益于SAN网络存储局域网这种存储结构的普及，通过SAN的高速以及多通道特性，结合ImageSAN软件系统提供的完善的数据共享机制，为大规模的点播应用提供了全新的系统解决方案框架。

1.3分布式点播系统分析

1.3.1分布式系统典型结构



分布式系统典型结构

分布式点播系统采用了核心服务器+边缘服务器的系统结构，通过流媒体等点播服务器端软件的功能设定，将点播服务器分为两类：

1.核心分发服务器

核心分发服务器主要负责存储媒体数据、将边缘服务器请求的数据通过以太网络推送到边缘服务器。核心服务器存储并管理点播系统中的全部影片资料。

2.边缘点播服务器

边缘点播服务器负责为宽带用户群提供点播服务，将最终用户的数据请求转换为自身的数据请求并发送到核心分发服务器，并且将以太网上来自分发服务器的数据流缓冲到本地，供最终用户访问。边缘服务器存储并管理点播系统中部分影片资料。

1.3.2分布式系统工作原理

分布式点播系统的核心工作原理是数据的分发――将核心服务器上存储的大量媒体数据，分发到各个边缘服务器，边缘服务器将大量的数据缓冲在本地硬盘上，供最终用户访问。

举例说明：假如用户A发出一个视频点播的请求，分布式点播系统将首先判断边缘服务中是否具有用户所点播的影片，如有，则将用户的点播请求重定向到边缘服务器，并由边缘服务器完成点播请求。如边缘服务器上没有用户所点播的影片，则用户的点播请求由核心服务器完成。

由此可见，在分布式点播系统中，系统的运行效率取决于两点：

1.边缘服务器本地缓冲容量的大小

边缘服务器本地缓冲容量的大小，是决定边缘服务器工作效率的关键因素。理论上来说，如果边缘服务器本地缓冲容量能够达到核心分发服务器的磁盘容量，则能达到最高的运行效率。但这样磁盘空间浪费也将达到最大，假设系统所有影片资料的存储总量为1的话，则系统所需的存储空间将为：1+N×1（N=边缘服务器的数量）。另一方面，如果边缘服务器的本地缓冲容量过小，则将大大降低边缘服务器的工作效率，边缘服务器的存在将变得毫无意义。

2.用户访问的数据是否集中

如果某个用户访问的数据在边缘服务器本地不存在，则边缘服务器会到核心分发服务器上下载该数据，并缓冲到本地硬盘，供用户访问。在这样的工作机制下，如果用户的数据访问较为集中，边缘服务器能够将集中访问的数据缓冲到本地，能够达到较高的运行效率；相反，如果数据访问并不集中，边缘服务器的运行效率会急剧下降。

1.3.3分布式系统的典型应用

分布式点播系统最大的优点是可将系统的部分点播请求转由边缘服务器完成，可降低对骨干网络的带宽占用，特别适合于骨干带宽有限，而用户群相对集中的应用环境。

举例说明，X城市的点播系统中，有4个人口非常密集的小区，我们可在这4个小区内分别放置4台边缘服务器，这4个小区的许多点播请求，将由这4台边缘服务器以本地局域网的方式完成，从而降低了对骨干网络的占用。如图所示：



分布式系统的典型应用结构图

还有一种情况，在某地税的点播系统中，由于其骨干网络的带宽只有8MB，因此，我们在其各二级地区的分节点上放置了边缘服务器，从而在不增加骨干网络带宽的情况下，提供更多的并发数量的支持。

1.3.4分布式点播系统的局限性

由于分布式点播系统沿用了DAS存储系统结构，与传统的点播系统相比，尤其是在数据的存储以及访问方式上并没有引入新的技术和结构，因此分布式点播系统在大规模点播应用中有着可见的局限性：

1.3.4.1系统用户总容量、稳定性欠佳

由于用户的请求只能在部分特定的点播服务器上完成。因此，系统可支持的并发用户数量与系统的可靠性上都存在严重局限，任意服务器的宕机都有可能造成严重的影响。

1.3.4.2存储空间浪费与系统性能的矛盾

系统存储空间浪费严重：由于在每台边缘服务器上都必须存放很多的相同影片，极大的浪费了系统的存储容量。但如果边缘服务器上不存放相同的内容，则系统的运行效率将大大降低。

1.3.4.3扩展性差

系统扩展性主要包括提升系统所能支持的最大并发用户数量，以及点播媒体资料库容量这两方面。而在分布式点播系统中，如果要升级，则第一个要回答的问题就是：是只升级核心存储容量，还是连边缘服务器本地缓冲的容量一起升级？

这是因为，分布式系统在扩展性上存在着一个非常矛盾的问题：媒体资料库容量越大，系统最大并发用户数则越少。分布式系统的工作原理是将媒体资料分发到各个边缘服务器节点，通过数据在多个边缘服务器上的重复存在，从而达到分配负载，提高系统最大并发用户数的目的。据此我们可以看出，在分布式系统中，最理想的状态是–每个边缘服务器的磁盘容量（a）大于或者等于所有分发服务器的磁盘总容量（b），此时系统拥有最大的并发用户数，a/b的值越小，则表示系统最大并发用户也越少– 因为点播应用中数据的访问具有相当大的随机性，根本无法预测用户会在什么时候访问什么数据。因此媒体资料库的容量越大，则边缘服务器上的缓冲数据访问率越低，结果来自于最终用户的数据请求会集中在核心分发服务器上，使边缘服务器形同虚设。

1.3.4.4后期管理、维护困难

由于核心服务器与边缘服务器之间、各边缘服务器之间的内容都不一致。因此，对每台服务器都需要分别的、单独的维护与管理，仅仅是设置各服务器装载点及链接指向，就需要消耗管理员大量的精力和时间，再加上服务器本身以及各个本地缓冲磁盘空间的维护工作，管理员不得不忙于大量重复的系统的维护。

通过对传统点播系统以及基于流媒体数据分发机制的分布式点播系统的分析，可以看出，受到数据与服务器之间的对应关系的限制，上述的点播解决方案都存在着非常明显的不足。为满足宽带用户群日益增长的娱乐需求，大规模点播系统的建设可以说是势在必行的，而如何改善数据的访问结构，则是大规模点播系统建设的关键。

1.4共享式点播系统分析