一种云媒体服务器的系统设计及应用分析*

李 青，柯 卫

（1.中国电信股份有限公司上海研究院 上海 200122；2.中国电信股份有限公司上海分公司 上海 200021）

1 引言

“媒体服务器”在电信网络的各个领域中有着极为广泛的应用场景。“云计算”技术以其超大规模、高可扩展性、高可靠性、按需计费、虚拟化、极其廉价及通用性等特性已在IT信息领域中获得业界的广泛支持。

“云媒体服务器”（以下简称“云媒体”）是以媒体服务器软件化为基础，结合“云计算”关键技术，向互联网用户提供的一种可弹性扩展性能、可靠性高和按需计费的多租户多媒体资源能力池，供用户集成提供话音、传真及视频等多媒体业务的一种以网络化计算为特征的媒体资源云服务。

“云媒体”的部署可聚合电信网络中的媒体资源能力，为话音、视频等特定的媒体资源类业务应用提供更为强大的媒体处理服务，提高媒体资源利用率，实时按需响应运营商业务网络及互联网CP/SP客户对突发流量的媒体资源需求。

“云媒体服务器”与“传统媒体服务器”相比，具备超强的并行计算能力、高度灵活的可扩展性、精确的计费度量能力以及相对低廉的硬件基础设施成本要求等特点，因此在电信基础网络中势必有着较好的应用前景。“云媒体服务器”能最大限度地发挥平台资源业务能力，降低业务网络运营成本。本文提出了一种基于云计算的媒体服务器系统架构，并提供了一种云媒体服务器处理单元的调度方法。

2 云媒体服务器系统设计

“云媒体”系统架构主要分两大组成部分：云媒体管理平台和云媒体资源池。

2.1 云媒体管理平台

云媒体管理平台包括服务管理、资源管理、运营管理和云媒体资源适配层4个功能模块。其中：

·服务管理模块包括服务目录管理、服务实例管理、用户管理、门户管理等功能；

·资源管理模块包括资产管理、资源封装、资源监测、资源调度、模板管理、应用管理等功能；

·运营管理模块包括报表管理、计费管理、维护管理、系统管理和外部接口等功能。

2.1.1 服务管理模块各功能设计

（1）服务目录管理

云媒体中包括DTMF信号的采集与解码、信号音的产生与发送、录音通知发送、自动话音合成及识别、传真编解码、电话会议、视频会议、流媒体播放能力等所有资源，都需要以服务的形式向用户或外部业务系统提供订购。服务目录管理是对云媒体能提供的各种服务的整个生命周期及服务配置进行管理。

（2）服务实例管理

服务实例由用户或外部业务系统根据需求在服务模板的基础上创建，是一个具体服务的案例。服务实例管理通过执行服务模板定义的服务实例申请、变更、终止等服务请求处理流程，对服务实例的生命周期进行管理。

（3）用户管理

对云媒体服务器系统中的用户或外部业务系统的资源进行统一访问控制。其中，用户分为内部人员（服务设计人员、服务审批人员及维护人员）和面向能力集开发的互联网客户。其功能包含用户管理、用户组管理、角色管理、权限管理等。

（4）门户管理

提供客户、外部应用系统设计人员、服务审批人员及维护人员的入口。客户通过门户查询服务目录，进行服务实例的申请、变更、查询及删除等；服务审批人员对客户的服务实例、用户管理等进行管理；服务设计人员则对服务目录、模板管理等进行操作和管理；维护人员可登录门户，对资源监测、资源部署调度、报表管理、应用管理等进行管理。

2.1.2 资源管理模块各功能设计

（1）资产管理

对云媒体平台中的物理设备及软硬件统一管理，提供物理/软件资源信息查询。

（2）资源封装

实现对云媒体物理资源、虚拟层及专业管理层的统一管理，屏蔽底层硬件及虚拟化异构，整合系统中所有可用资源，实现对资源的生命周期管理和资源信息的综合管理，提供资源定位、资源分配等基本服务，并提供资源可靠性保障。

（3）资源监测

对各类物理资源和虚拟资源实现统一的、具有多层次多颗粒度的集中监测，同时对采集的数据进行分析和优化，提供对各类媒体资源的故障管理、性能管理、自动巡检管理等功能，达到实时监测云媒体资源处理单元的健康状态、主动发现故障、及时修复的目的。同时向下通过资源管理模块获得资源的访问管理信息，向上为云媒体资源调度模块和报表管理模块等提供监测信息服务。

（4）资源调度

对云媒体物理网元和虚拟资源的生命周期和资源信息实现动态、弹性、按需的流程化、自动化调度，按照策略自动进行资源部署以及操作流程，并提供和其他服务的接口；可根据应用、服务的负载情况，动态分配物理和逻辑资源，并对可提供服务的资源提供可靠性保障策略。

（5）模板管理

提供从创建、发布、激活、挂起、撤销到删除的模板生命周期管理以及快速部署，提供模板格式及存储等。

（6）应用管理

对部署在云媒体处理单元上的第三方应用软件 （如TTS、ASR）等进行管理。

2.1.3 运营管理模块各功能设计

（1）报表管理

生成云媒体系统中资源监测、服务模板、服务实例、用户信息等的统计报告并可供查询。

（2）计费管理

计费原始信息收集，生成满足业务支撑系统格式要求的账单并同步给业务支撑系统。

（3）维护管理

包括用户认证、授权、审计、内部安全流程化等要求；对云媒体服务的故障处理提供流程化管理。

（4）对外接口

包括和BSS/OSS之间的接口、外部云管理平台之间的接口，通过这些接口实现外部各系统之间的信息交互。

（5）系统管理

包括人机命令、操作权限设置、系统日志、人机接口及界面管理等。

2.1.4 云媒体资源适配层功能设计

云媒体资源适配层可对基于各种虚拟平台（如主流的虚拟化技术ESX、Xen、KVM、Hyper-V等）、云媒体资源池本身具有的云管理软件 （如主流的VMware的vCenter/vCloud、微软的system center等）以及软件媒体资源服务器等进行接口适配，完成数据交互和虚拟化管理，实现对底层软件媒体服务器进行虚拟化、抽象化，为上层云媒体服务管理模块、资源管理模块和运营管理模块等提供一致性的访问接口，完成对软件媒体资源池的统一管理。

2.2 云媒体处理单元

云媒体资源池由若干个“云媒体资源处理单元”构成。云媒体资源处理单元在云媒体管理平台的统一调度下执行具体的媒体资源处理服务，并根据云媒体管理平台的服务管理、资源管理和运营管理需求，完成相应业务功能开通、资源动态调度及运营数据输出等。

云媒体资源处理单元系统架构分为3个层面。

·底层为提供云媒体应用软件的物理承载层，包括实体物理机和虚拟化软件。

·中间层为云媒体系统层，提供虚拟机服务。

·最上层为云媒体应用层，包括虚拟化管理软件、云媒体资源处理软件及第三方管理与应用系统 （如TTS、ASR等）。其中，媒体资源处理软件为云媒体资源处理单元的核心模块，执行外部应用对于媒体资源的各类控制请求。

2.3 云媒体资源调度方法

云媒体中每个 VMS（virtual media server，虚拟媒体服务器）都是一种具备媒体处理能力的服务器，这种媒体处理能力在云媒体中被定义为服务，从而提供给用户申请和使用。通过“云”把该媒体处理能力池化，用户可以向云媒体资源池申请这种媒体处理能力。云媒体管理平台通过启动足够的、具备这种媒体处理能力的VM满足用户需要。当用户没有使用时，云媒体管理平台可以关闭部分虚拟媒体服务器从而实现节能。在云媒体资源管理中，服务所对应的是虚拟设备，系统通过发布/撤销虚拟设备VM实现服务的发布/下线。

2.3.1 云媒体资源调度参数

虚拟媒体服务器发布与下线的调度涉及的几个关键参数如表1所示。

2.3.2 云媒体资源调度流程

图3所示为云媒体资源调度流程。

2.3.3 云媒体资源调度逻辑

（1）云媒体资源服务器过载时是否启动VM

表1 云媒体服务器资源调度参数示例

if(averClient>cirticalClient)

if(currentVM

启动VM;

else

continue;

（2）云媒体资源服务器空闲时是否关闭VM

if(averClient

if(currentVM>minVM)

{

for VM list

currentClient

关闭VM;

break;

}

else

continue;

3 云媒体服务器技术特点

基于本文所述的云媒体服务器具有以下独特功能，是传统媒体服务器所不具备的能力。

·超大规模：基于本文设计的云媒体资源服务器可方便地组建一个超大规模的软件媒体资源能力池，满足高突发型话务量的业务需求 （如高考电话查分、春节火车票电话订购）。

·高可扩展性：本文设计的虚拟媒体服务器可根据当前业务需求，动态增加或减少媒体处理单元数量，最大限度提高资源利用率。

·高可靠性：本文设计的虚拟媒体服务器能自动屏蔽物理机、虚拟机故障，对外提供高可靠性服务。

·按需计费：用户可登录云媒体资源池门户，根据业务需求订购相应的媒体编解码能力及并发量（用户级license），系统提供按需计费服务。

·通用性、虚拟化、极其廉价：云媒体服务器通常部署于通用计算机系统，从而降低了使用昂贵专用硬件设备的投资成本。

4 用户流程

图4描述了一个用户从云媒体资源池门户上申请虚拟媒体服务器的订单产生、审核及资源审批的工单流程。

5 云媒体的应用前景分析

本文所设计的云媒体服务器能够构建一个强大的媒体资源能力池，可向IMS业务网络、核心网络、呼叫中心以及电信网络能力开放网关等提供可弹性扩展性能的高可靠性的多媒体资源服务能力，未来在电信领域拥有广阔的应用前景。

（1）“云媒体服务器”在IMS网络中的应用

云媒体服务器在IMS的核心网及业务网络中均有着极其广泛的应用前景。

·IMS核心网：“云媒体服务器”可替代IMS网络中的MRCF、MRCP设备，用于提供回铃音、忙音、用户状态异常提示音等以及三方通话、呼叫等待、呼叫保持等补充业务的登记、取消、实现等操作提示音播放与媒体流控制能力。

·IMS业务网络：“云媒体”服务器可作为共享资源池，基于IMS网络提供多种增值业务应用，例如“一号通”业务、“一号双机”、“改号通知”、“17900、179098等卡类业务”、“随意迁”业务等现有话音类增值业务。

（2）“云媒体服务器”在多呼叫中心平台的IVR共享资源池中的应用

鉴于中国电信集团公司（以下简称中国电信）“号码百事通”、“座席外包”、“10000人工客服”等基于呼叫中心平台的各类业务重要性，集团公司、各省公司均对呼叫中心平台建设投入了大量建设成本。其中，提供欢迎语、自动报号及自助话音菜单服务的IVR（interactive voice response，交互式话音应答）系统在平台投资中占据较高比例，为保证IVR设备正常运行的高可靠性，平台建设多采用双机主备方式，其中50%资源通常用于日常备份，处于闲置状态，特别对省内建设多套呼叫中心平台提供 “异地容灾”能力的省公司而言，省呼叫中心IVR整体资源利用率更低。

基于“云媒体服务器”的IVR资源池使得省内呼叫中心的音视频媒体播放能力成为共享资源，高效整合多个呼叫中心IVR资源池的媒体流编解码及播放能力，最大限度提升IVR资源利用率，避免当业务量分配不均时由于各平台独占IVR资源造成极大浪费，并能有效应对诸如“高考查分”、“春运订票”等话务量突发型业务的极端情况。

（3）“云媒体服务器”在面向互联网的“媒体资源能力开放”上的应用

根据中国电信PaaS云部署建议，ISAG可作为中国电信“通信网络能力”开放的接口网关，面向PaaS平台、SP/AP、电信自营业务等提供短信、彩信、IM、WAP等电信网络基础服务能力。

“云媒体资源服务能力”可作为ISAG能力集开放网关的底层“能力构件”，为基于互联网的SP/AP等提供Web方式的“点击拨号”、“点击电话会议”、“节日话音祝福”、“电话随意迁”等提供可伸缩强、按量收费的标准互联网能力集中间件，从而丰富中国电信在通信网络能力集的开放范围。

（4）“云媒体服务器”在 “多媒体彩铃”、“电话会议”、“全球眼”等全网级重点产品中应用

“云媒体服务器”具备并行音/视频媒体流的处理能力，能提高音/视频媒体编解码效率，提高音频、视频媒体播放的流畅性，提升用户业务体验。

另外，高度灵活的“自伸缩性”和“负载均衡”能力，能自如应对各种业务的突发峰值流量情况。高效的“自维护性”能轻松处理单机设备出现故障的局面，迅速恢复系统整体对外服务能力，最大限度降低单机设备故障对业务服务的影响程度。

6 结束语

本文将云计算技术与软件媒体服务器开发相结合，创造性提出了一种具有云计算特征的媒体资源服务器系统架构，并进行了完善的原型开发与应用试验，基于该架构下的云媒体服务器系统显示了其超大规模性、自伸缩性、自维护性及按需计费等能力。本文为媒体服务器的未来设计、开发与部署提供了新思路。

1 刘鹏.云计算.北京：电子工业出版社，2010

2 YD/T 1386-2005.基于软交换的媒体服务器技术要求.中国通信标准化协会，2005

3 RFC3261.SIP会话初始协议,2002

4 ITU-T H.248.网关控制协议,2000

5 RFC3015.Megaco协议,2008

6 YDN 098-1999.中国智能网设备智能外设（IP）技术规范.中华人民共和国工业和信息化部，1999