云端虛擬視頻轉碼

OpenStack 及其功能

　　OpenStack (openstack.org) 是一個(gè)開(kāi)源云計算平臺，已經(jīng)得到空前的發(fā)展和支持，用于將基礎架構作為服務(wù) (IaaS) 實(shí)施。自 2010年年中推出 OpenStack 起，已經(jīng)有 200 多個(gè)硬件、軟件和服務(wù)提供商參與進(jìn)來(lái)。

　　OpenStack 從上至下包括：

• 　　應用程序 API，其接口直接向上連接用戶(hù)應用程序、向下連接資源層
• 　　資源層，提供一套標準資源元素(包含計算、存儲和網(wǎng)絡(luò ))。 對于需要消耗資源的應用程序以及管理/協(xié)調應用程序而言，這些資源是可見(jiàn)的，是硬件層物理實(shí)現的抽象概念
• 　　共享服務(wù)——硬件和上述資源接口之間的粘連層。這是虛擬 化存在的地方——虛擬機管理程序，可訪(fǎng)問(wèn)虛擬機 (VM) 和客 體操作系統，是所管理的所有計算單元之間的一個(gè)共享服務(wù)
• 　　OpenStack 面板 —— 管理層，允許云服務(wù)提供商將資源分配 到用戶(hù)應用程序(并提供收費等輔助功能)
• 　　共享服務(wù)和(最重要的)資源元素駐留在“標準硬件”上

OpenStack 的目標是提供一套管理集資源，完全獨立于基礎硬件。此方案有眾多優(yōu)勢——服務(wù)可隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )條件和服務(wù)需求變化而轉換到其它服務(wù)器。

　　對于多數應用程序，這一抽象效果很好。但是，有些應用程序對計算或存儲或網(wǎng)絡(luò )資源有特殊要求，必須連接到更具體的硬件實(shí)例。 其中一個(gè)示例就是視頻轉碼。

　　有關(guān)“標準”硬件的注釋——“標準”并不意味著(zhù)全能。各物理資源必 須提供認可級別的性能(可以是 CPU、網(wǎng)絡(luò )帶寬、存儲能力或“特 殊”硬件要求)。 這些資源出現在管理面板中，可根據需要分配到用戶(hù)應用程序。應 用程序必須提供運行所需的資源“配置文件”;面板允許服務(wù)提供商 將匹配的資源分配到應用程序。

　　對于視頻轉碼，通過(guò)面板可提供大量視頻經(jīng)過(guò)優(yōu)化的資源。為每個(gè) 用戶(hù)/應用程序建立策略以管理對轉碼功能的使用，這由面板強制 執行。策略派生自服務(wù)級別，它極其靈活，能力具有彈性，例如：

• 　　臨時(shí)允許超額容量 以溢價(jià)成本提供超額容量
• 　　對于想要實(shí)施網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化(NFV，此術(shù)語(yǔ)表示將網(wǎng)絡(luò )應用與它們的基礎硬件分離)的運營(yíng)商/服務(wù)提供商，OpenStack 受到他們 的極大關(guān)注。換句話(huà)說(shuō)，OpenStack 就是“適用于電信應用的云基 礎架構”。

SDN/NFV 標準化

　　ETSI 建立了行業(yè)標準化工作組 (ISG) 來(lái)研究是否需要 NFV 標準。 雖然 OpenStack 來(lái)自企業(yè)界，但集中協(xié)調虛擬化的資源這種概念 將是形成 NFV 標準的關(guān)鍵組成部分。OpenStack 或其運營(yíng)商級 版本可能會(huì )作為關(guān)鍵技術(shù)出現。

　　從基礎架構上至管理和協(xié)調，ETSI NFV ISG 已經(jīng)在 NFV 的結構 上建立了信息化工作。就其本身而論，這是對推薦做法的描述， 而不是如何實(shí)施 NFV 的任何標準，或來(lái)自多個(gè)供應商的、很多用 戶(hù)使用的和許多服務(wù)提供商運行的設備和軟件實(shí)際上將如何交互 操作的任何標準。但幾乎可以肯定的是，NFV ISG 將繼續工作兩 年，目標是建立 NFV 的規范標準。

　　ISG 本身是由全球著(zhù)名的服務(wù)提供商、設備制造商和獨立軟件供 應商組成?？梢怨降卣f(shuō)，NFV 擁有廣泛且堅定的行業(yè)支持，將 會(huì )成功推薦出標準方案來(lái)實(shí)施包括視頻在內的眾多應用。

　　多視頻處理資源的 SDN/NFV 控制

　　協(xié)調很多用戶(hù)可用的多個(gè)異構視頻資源不是一項簡(jiǎn)單的任務(wù)。事 實(shí)證明，OpenStack 在企業(yè)云環(huán)境下可擴展性極大，期望形成的任何 NFV 標準都將擁有相同的可擴展性。

　　但是，作為應用程序的視頻與企業(yè)云應用程序差異很大，應該認 真考慮。視頻傳輸是資源消耗的“完美風(fēng)暴”：

　　需要使用大容量存儲才能維持視頻內容的數據庫視頻流從源格式到最終傳輸格式的轉碼(比特率、視頻格式、

　　屏幕尺寸等)需要消耗大量計算資源到最終用戶(hù)的流量傳遞幾乎是實(shí)時(shí)的;可用帶寬必須匹配轉碼器生成的流量

　　因此，協(xié)調器必須知道可用于視頻轉碼的資源，以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò )獲得視頻數據包所需的帶寬。這是一個(gè)網(wǎng)絡(luò )邊緣問(wèn)題(最終傳遞到 消費者設備)。這對于中間處理也是一個(gè)問(wèn)題，中間處理是將原 始的、集中化的內容(通常來(lái)自制作者或播送者)轉碼，并推送到位于網(wǎng)絡(luò )邊緣(盡可能靠近最終消費者)的多個(gè)實(shí)例。

　　另外一個(gè)考慮是假設 OpenStack 控制(“協(xié)調”)虛擬資源——本 質(zhì)上，虛擬機 (VM) ——通過(guò)其管理程序層加以實(shí)現，該層從底層硬件抽象出應用程序執行環(huán)境。服務(wù)器可支持多個(gè) VM，資源被 認為在規模上有彈性。

　　視頻再次遇到了問(wèn)題。如果轉碼從主機 CPU 轉到一個(gè)加速器上，那 么 OpenStack 協(xié)調器需要知道加速器可用(且支持視頻功能)。更糟 糕的是，加速器架構通常不使用 VM 技術(shù)，而是在 CPU 主操作系統上直接運行(常用術(shù)語(yǔ)“裸機”描述非 VM 模式)。

　　OpenStack 如何協(xié)調直接映射到硬件的“執行”資源?幸運地是，這個(gè) 問(wèn)題有解決方案：OpenStack 有一個(gè)插件(稱(chēng)為 “Ironic”)用于協(xié)調 裸機資源。其 Northbound API 與管理 VM 的接口完全相同，但 Southbound 接口知道它管理單一的硬件資源。

　　將來(lái)，ETSI NFV 工作組將標準化這樣做所需的接口和基礎架構。同 時(shí)，OpenStack 和 SDN 的互補技術(shù)將彌補此間隙。OpenStack 允許 協(xié)調資源時(shí)，SDN 利用 OpenFlow 協(xié)議配置網(wǎng)絡(luò )交換機，以提供與 要傳輸的視頻流量一致的互連能力。OpenDaylight 等 SDN 控制器可協(xié)助協(xié)調流量。

　　另一種方法是，簡(jiǎn)單地提供將視頻處理為“永遠在線(xiàn)”所需的“最壞情 況”計算和網(wǎng)絡(luò )資源。因為所提供的資源大部分時(shí)間不使用，這將導 致網(wǎng)絡(luò )的能力過(guò)剩(以及由此產(chǎn)生的成本)。

　　在 Hulu 模式中，視頻每天以批量“離線(xiàn)”的方式被處理和傳輸。“大眾 消費事件”的情況甚至更加極端，例如大型體育賽事，其現場(chǎng)直播必 須緩存和實(shí)時(shí)處理。

　　通過(guò)組合使用 NFV (OpenStack) 和 SDN，資源僅在使用時(shí)被消費和 付費。資源可用性的彈性意味著(zhù)，可以滿(mǎn)足意想不到級別的需求，而且無(wú)需事先過(guò)度配置。

　　這里所使用的 OpenStack、OpenFlow、OpenDaylight 等現有技術(shù)， 均為開(kāi)源項目，開(kāi)發(fā)人員可免費使用以實(shí)施這些服務(wù)。