流媒体交换网概念的引入,是对分布式计算体系结构的重要发展
在集中式处理的概念下,外部资源管理是建立在设备的基础上的。 同时,计算系统的输入、输出和外部存储设备的信息和控制方法都被抽象为文件的形式(包括键盘输入、显示器显示、打印机、磁盘驱动器等等)。这样,所有对文件的管理,是以设备为单位进行。在这种前提下,网络通信能力作为对设备的远程访问能力来表达,也被归一化在设备-文件管理系统之上。
在集中处理的概念下开发的这种文件系统存在一个明显的问题,就是文件没有跨越设备的能力。即使文件系统是一个“分布的”网络文件系统,这个“网络”也还是被看成是一个“集中的”外部设备,“埋藏”在计算机的网络操作系统之下接受访问。如果这种结构用于大规模的流媒体分发和交付,它的计算资源无法和存储资源同时在网络层面进行优化,从性能和成本上看都是不合理的。
显然,如果能够将网络文件系统独立于网络操作系统,而不是将网络文件系统作为外部设备置于操作系统之下层,并通过新增一个平台实现流媒体服务的存取,流媒体分发和交付系统的性能和成本将大大得到改善。这个平台就是流媒体交换网。
基于流媒体交换网的流媒体网络文件系统
一个流媒体交换网是由网络上一组对等的(P2P)计算节点所组成的。我们称这些计算节点为流媒体服务节点。每个服务节点包含流媒体的输入、输出和存储的功能。流媒体交换网所有的输入能力、输出能力、存储能力和存储的内容组成了流媒体网络输入系统、流媒体网络输出系统和流媒体网络文件系统。
在流媒体交换网中,所有的存储空间对网络文件系统是共享的,而网络文件系统又是被所有的流输入输出处理进程所共享的。但是这个网络文件系统是物理设备无关的,或者说网络文件系统关联的虚拟“设备”就是整个媒体交换网。这是流媒体服务操作系统的重要特点。
从输入和输出的角度看,一个流媒体交换网是一个实体,输入、输出和存储的功能与物理的设备(服务节点)的状态是无关的。在这种前提下,每个节点可以自由地加入或是卸载,而不会影响整个流媒体交换网的服务功能。
因此,在流媒体交换网中,操作系统、网络、设备和文件不再是层次分割的。他们的关系对于媒体交换网是并行的。我们可以看出,对流媒体的存取将不再是对服务器的存取,而是对整个网络的存取。对流媒体文件的存储将不再是对设备和文件的存储,而是对网络的存储。同时,网络自身包含了容错的机制,无需增加任何对提高可用性的额外资源。作为流媒体文件,将不再受限于硬盘等设备的容量、可靠性或是存取速度,它可以透明地跨越网络上的多个设备进行存储,特别适合大尺寸、无边界的流媒体文件的处理。另外,网络自身对输入、输出和存储的管理和优化,使得每个流媒体交换网成为一个自治的系统。
流媒体交换网是一个开放的中间件系统,它通过API和底层资源接口,通过API和应用系统接口,也通过API实现系统的集成、重组和扩充。
在流媒体交换网的设计中,一个流媒体交换网可以分裂为多个虚拟流媒体交换网(每个流媒体交换网对应一族输入、输出和虚拟流媒体网络文件系统)。同样,多个流媒体交换网中的虚拟资源可以进一步组成新的媒体交换网,称为流媒体虚拟组织。这种虚拟组织是建立在内容管理的层面上的,它可以在更大的范围内实现内容的优化调度和共享。
和将网络文件系统作为公共的存储设备的概念比较,基于流媒体交换网构造流媒体网络文件系统采用全分布体系,它的性能和成本优势显然是十分清楚的。
作为流媒体网络文件系统的实现,流媒体交换网将一组低成本的通用计算机(例如包括计算能力和存储能力的刀片服务器)组成网络进行管理。多个流媒体交换网可以组成一个地理上规模更大的虚拟流媒体交换网。然而,运行在这些不同流媒体交换网络上的流媒体文件系统可以是共享的,从而可以组成全国以至全球范围的多个虚拟流媒体内容服务系统,供不同的音视频内容提供系统和不同的IPTV业务和运营系统使用。
流媒体交换网是IPTV业务组网的基础。无论嵌套与否,每一个流媒体交换网(计算和存储能力、传送和路由能力)是自治管理的。虚拟流媒体交换网的组织主要是内容管理层面的。显然,流媒体交换网是支撑IPTV业务的网络基础,流媒体网络文件系统是流媒体交换网提供IPTV业务的重要逻辑元素。
4.结论
尽管采用目前已有的??规模的IPTV业务中流媒体处理的需求,但只有上面提出的基于流媒体交换网的流媒体文件系统,才是支持开放、大规模、高可靠和低成本的电信级流媒体分发和交付服务的关键性技术。
本文提出的流媒体网络文件系统、流媒体交换网和基于流媒体交换网的流媒体文件系统,是网格计算的一个重要的应用。这个重要的应用在理论上和实践上对今后网络基础设施的发展都具有重要的意义。这种新的体系结构颠覆了传统的集中式计算概念。如同Google采用的面向信息服务的专用文件系统所体现的,这种体系结构已经被认为是Internet技术发展中从开放的通用化的网络体系(如同IP技术所实现的)走向开放的专业化计算(业务)体系的重要的里程碑。
基于流媒体交换网的流媒体网络文件系统,带领网格技术走出了理论研究的象牙塔。在中国、日本、印度和美国,这个由中国首创的颠覆性技术已经经过了IPTV大规模的实验并得到商用。可以预见,采用这种体系结构的业务系统将为传统电信业向综合信息服务的转型建立有效的平台,基于同样概念发展的各种面向特定业务的交换网络和文件系统将成为未来一段时间计算技术发展的主流。(全文完)