云端虛擬視頻轉碼

OpenStack 及其功能

　　OpenStack (openstack.org) 是一個開源云計算平臺，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 (IaaS) 實施。自 2010年年中推出 OpenStack 起，已經(jīng)有 200 多個硬件、軟件和服務提供商參與進來。

　　OpenStack 從上至下包括：

• 　　應用程序 API，其接口直接向上連接用戶應用程序、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)。 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，這些資源是可見的，是硬件層物理實現(xiàn)的抽象概念
• 　　共享服務——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，可訪問虛擬機 (VM) 和客 體操作系統(tǒng)，是所管理的所有計算單元之間的一個共享服務
• 　　OpenStack 面板 —— 管理層，允許云服務提供商將資源分配 到用戶應用程序(并提供收費等輔助功能)
• 　　共享服務和(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——服務可隨著網(wǎng)絡條件和服務需求變化而轉換到其它服務器。

　　對于多數(shù)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)絡資源有特殊要求，必須連接到更具體的硬件實例。 其中一個示例就是視頻轉碼。

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

　　對于視頻轉碼，通過面板可提供大量視頻經(jīng)過優(yōu)化的資源。為每個 用戶/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(zhí)行。策略派生自服務級別，它極其靈活，能力具有彈性，例如：

• 　　臨時允許超額容量 以溢價成本提供超額容量
• 　　對于想要實施網(wǎng)絡功能虛擬化(NFV，此術語表示將網(wǎng)絡應用與它們的基礎硬件分離)的運營商/服務提供商，OpenStack 受到他們 的極大關注。換句話說，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) 來研究是否需要 NFV 標準。 雖然 OpenStack 來自企業(yè)界，但集中協(xié)調虛擬化的資源這種概念 將是形成 NFV 標準的關鍵組成部分。OpenStack 或其運營商級 版本可能會作為關鍵技術出現(xiàn)。

　　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， 而不是如何實施 NFV 的任何標準，或來自多個供應商的、很多用 戶使用的和許多服務提供商運行的設備和軟件實際上將如何交互 操作的任何標準。但幾乎可以肯定的是，NFV ISG 將繼續(xù)工作兩 年，目標是建立 NFV 的規(guī)范標準。

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

　　多視頻處理資源的 SDN/NFV 控制

　　協(xié)調很多用戶可用的多個異構視頻資源不是一項簡單的任務。事 實證明，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“完美風暴”：

　　需要使用大容量存儲才能維持視頻內(nèi)容的數(shù)據(jù)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的流量傳遞幾乎是實時的;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，以及通過網(wǎng)絡獲得視頻數(shù)據(jù)包所需的帶寬。這是一個網(wǎng)絡邊緣問題(最終傳遞到 消費者設備)。這對于中間處理也是一個問題，中間處理是將原 始的、集中化的內(nèi)容(通常來自制作者或播送者)轉碼，并推送到位于網(wǎng)絡邊緣(盡可能靠近最終消費者)的多個實例。

　　另外一個考慮是假設 OpenStack 控制(“協(xié)調”)虛擬資源——本 質上，虛擬機 (VM) ——通過其管理程序層加以實現(xiàn)，該層從底層硬件抽象出應用程序執(zhí)行環(huán)境。服務器可支持多個 VM，資源被 認為在規(guī)模上有彈性。

　　視頻再次遇到了問題。如果轉碼從主機 CPU 轉到一個加速器上，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，而是在 CPU 主操作系統(tǒng)上直接運行(常用術語“裸機”描述非 VM 模式)。

　　OpenStack 如何協(xié)調直接映射到硬件的“執(zhí)行”資源?幸運地是，這個 問題有解決方案：OpenStack 有一個插件(稱為 “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，ETSI NFV 工作組將標準化這樣做所需的接口和基礎架構。同 時，OpenStack 和 SDN 的互補技術將彌補此間隙。OpenStack 允許 協(xié)調資源時，SDN 利用 OpenFlow 協(xié)議配置網(wǎng)絡交換機，以提供與 要傳輸?shù)囊曨l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，簡單地提供將視頻處理為“永遠在線”所需的“最壞情 況”計算和網(wǎng)絡資源。因為所提供的資源大部分時間不使用，這將導 致網(wǎng)絡的能力過剩(以及由此產(chǎn)生的成本)。

　　在 Hulu 模式中，視頻每天以批量“離線”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(xiàn)場直播必 須緩存和實時處理。

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

　　這里所使用的 OpenStack、OpenFlow、OpenDaylight 等現(xiàn)有技術， 均為開源項目，開發(fā)人員可免費使用以實施這些服務。