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摘 要：随着某通信系统网络规模的日益复杂，管理对象种类繁多，设备的使用方式和业务类型多样化，通信系统分布式系统需求已经被提上日程。如何高效的对分布式系统中分散的媒体资源进行管理，则是直接影响到分布式系统处理能力的关键。根据分布式系统的特点，提出了一种集中式媒体资源管理器的设计方案，针对媒体资源状态收集，媒体资源状态同步中遇到的难点问题进行了研究，并从组成结构，运行步骤和核心关键技术方面进行了具体分析。
Design and implementation of a media resource manager in a distributed system
Pan Yun Li Lei Xu Yuanyuan
（722 Research Institute of CSIC，Wuhan 430079）
Abstract：With the increasing complexity of the network scale of a communication system，the variety of management objects，the diversification of equipment use and business types，the requirement of distributed system of communication system has been put on the agenda. How to efficiently manage the dispersed media resources in distributed system is the key directly affect the processing ability of distributed systems . A design scheme of centralized media resource manager is proposed，according to the characteristics of distributed system. The problems encountered in media resource state collection and media resource state synchronization are studied. The structure，operation steps and key technologies are analyzed in detail。
引言
随着某种话音通信系统网络规模的日益复杂，管理对象种类繁多，设备的使用方式和业务类型多样化，导致传统的集中式控制管理系统出现控制管理力度不够，效率低下，灵活性不够等问题。为了弥补传统集中控制管理系统的缺点和不足，提高话音通信系统的性能，分布式话音通信系统的研究被提上日程。分布式话音通信系统由多个内通服务器，媒体资源管理器组成，对分布在多个节点的媒体资源的管理、分配是基础也是重点、难点。
目前实现媒体资源调度分配有两种技术体制，一种是媒体资源预分配方式;一种是集中调度分配方式。媒体资源预分配方式是通过计划的方式指定每种通信业务所使用的具体通信资源，但这种方式缺乏灵活性;集中调度分配方式是通过计划的方式指定每种通信业务所使用的通信资源类型，由一台媒体资源管理服务器根据需求实现媒体资源的分配和调度，但这种方式的顽存性不高，可能因媒体资源管理服务器的故障导致整个通信系统可用性极度降低。
本文在集中调度分配技术的基础上，提出一种分布式系统中媒体资源管理器的设计与实现，既提高了系统的顽存性又保证了系统的灵活性。
一、话音通信系统分布式结构
话音通信系统分布式结构如下图所示
电话是话音业务的发起实体，用户通过电话发起各类语音业务，包括：点点通话业务，会议业务，三方通话业务等。
负载均衡器是系统对外提供的唯一服务访问点，需要处理大量的并发业务请求，并依据一定的静态或动态负载均衡策略，将业务请求转发到服务节点进行会话处理。负载均衡器采用1+N冗余模型，即1个活动的负载均衡器，和N个备份的负载均衡器。
业务服务器是处理话音业务的实体，收到负载均衡器转发的业务请求后完成各类业务的处理，业务服务器采用集群互备方式，多个业务服务器同时提供服务，一旦某一个服务器由于硬件或软件故障而失效，不会影响后续的业务处理，其它业务服务器将取代它提供服务。
媒体资源板主要提供会议、广播、录音、提示音播放等业务的呼叫控制、媒体通道接续、多方会议混音、媒体流高速转发功能。
二、媒体资源管理器
媒体资源管理器的主要任务是对用户话音业务处理提供支撑，即对媒体资源设备的管理和分配。媒体资源管理器模块示意图如下图所示：
消息管理模块：根据消息类型将消息分发到不同模块，并提供接口。
资源管理模块：通过与各媒体资源板之间的控制协议，收集媒体资源板的运行状态，资源参数;根据业务需求，自动选择满足用户语音通信需要的媒体资源板;当某媒体资源板出现不可恢复型故障或网络规划中删除某媒体资源板时，删除该媒体资源板发布的所有资源信息，通知业务服务器释放相關话音业务。
主备模块：处于激活状态的主用媒体资源管理器出现断电或软件异常后能快速切换到其他的未激活的备用媒体资源管理器上。
三、媒体资源管理模块
◆媒体资源采集
媒体资源管理模块收到媒体资源板发布的媒体资源信息后，提取资源参数，使其形成统一的资源视图列表，这个就是媒体资源表。其中，单个媒体资源板，其设备名称和设备地址在全系统范围内唯一，这保证了在运行过程中不会产生设备标识冲突。在设计过程中，按照媒体板的设备名称，为每个媒体资源板创建一条队列，在队列中存入该设备所发布的媒体资源信息，以保证在响应用户需要使用媒体资源时，能通过查询资源列表中各队列，即能找可用的媒体资源。 系统实际运行的过程中，媒体资源板会定时发布资源参数。为保证不会因为过于频繁的发布资源参数而过多的占用系统开销，同时又保证媒体资源列表状态的实时性，媒体资源板采用定时发布与主动发布的策略。在定时发布资源参数的同时，如果媒体资源板状态自身发生改变时，各媒体资源板主动向媒体资源管理器发布最新的资源参数，媒体资源管理器收到新的资源参数后，更新本地资源列表中中该设备的资源参数。这两种机制的结合运用，保证了资源列表中的参数与媒体资源板上的一致性。
◆媒体资源分配
媒体资源分配流程：
1）业务服务器收到用户业务申请，判断该业务需要申请媒体资源。
2）业务服务器向媒体资源服务器发送资源申请，同时开启计时器。
3）媒体资源管理器收到资源申请后，在资源列表中查询是否存在符合条件的空闲资源，媒体资源管理器发送申请应答给业务服务器。
4）业务服务器收到应答后回复后解析，同时关闭计时器。
5）业务服务器计时器超时还未收到申请应答，业务服务器则认为申请失败，向用户回复业务申请失败。
◆媒体资源释放
系统采用定时发布与主动发布的策略来保证资源列表中的参数与媒体资源服务器上的一致性，当媒体资源板出现故障后，媒体资源管理器通过没有收到不带消息体的刷新消息确定媒体资源板故障，然后将资源列表中故障媒体资源板的资源全部删除并通知业务服务器断开相关业务。
四、主备模块
媒体资源管理器采用1+N冗余模型，即1个活动的主用媒体资源管理器，和N个备份的媒体资源管理器，采用VRRP协议实现对外呈现唯一的IP地址。主用媒体资源管理器负责接收所有媒体资源信息，响应业务申请，备用媒体资源管理器处于待机状态。主备模块定时向其他备用媒体资源管理器发送心跳信息，一旦主用媒体资源管理器出现故障，备用媒体资源管理器能在短时间内切换成主用媒体资源管理器，接管所有业务信息。
媒体资源板通过心跳消息检测到媒体资源管理器异常时会重新发布媒体资源信息，主备切换后的媒体资源管理器收到这些信息后会重新生成新的资源列表，在保证资源一致性的同时提高了系统的顽存性。
五、测试验证
为测试媒体资源管理器的功能，在实验室搭建如下图所示测试环境：
六、媒体资源采集功能验证
测试要求：媒体资源管理器能够正常接收服务器发布的媒体资源信息，并生成正确的资源列表。
测试步骤：系统中配置N个媒体资源板，同时开启系统中的N个媒体资源板，或按照顺序先后开启媒体资源板，通过命令行查看媒体资源管理器生成的资源表是否与各媒体资源板发布的媒体资源信息一致。
七、媒体资源分配、释放功能验证
测试要求：媒体资源管理器能够正常接收资源申请消息，按照规则选择合适的资源并完成申请应答，当媒体资源板故障时，对应业务被正常释放。
测试步骤：使用多个电话发起多种的业务，当业务正常建立后，关闭某台或多台媒体资源板，查看业务是否正常释放。
测试结果：业务正常进行，且每种业务独享媒体资源;当关闭媒体资源板后，1秒之内所有占用该媒体资源板上资源的业务都被正常释放。
八、主备切换功能验证
测试要求：主用媒体资源管理器故障后，能够在10秒内切换到备用媒体资源管理器上，且不影响后续业务的正常进行。
测试步骤：系统中配置N个媒体资源管理器，在系统正常工作的情况下，关闭主用媒体资源管理器，查看主备切换的时长;主备切换后，使用电话发起业务，查看业务能否正常建立。
结论
本文介绍了分布式系统中一种媒体资源管理器的设计与实现方法，采用集中调度分配方式高效、快速的完成媒体资源的分配和调度，一主多备的热备份切换方案提高了系统的顽存性。测试结果表明，这种设计方法安全，可靠，效率较高
参考文献
[1] Ancona M，Cazzola W，Dodero G，Gianuzzi V.Channel reification：a reflective Model for distributed computation Performance，Computing And Communications.IPCCC’98 IEEE International，Feb.1998.
[2] Schutt T.，Schnitke F.，Reinefeld A.Efficient Synchronization of Replicated Data in Distributed Systems.Zuse Institute Berlin.
[3] 陸丽娜等译.分布式操作系统[M].北京：电子工业出版社，1999.
[4] D.Peleg，A Wool.A Class of Practical and Efficient Quorum System.Distributed Computing，vol.10，no.2，1997.
[5] O.Carnalho，G.Roucairol.On Mutual Exclusion in Computer Networks，Technical Correspondence Comm.ACM，vol.26，no.2，Feb.1993.
[6] Marcin Marczewski.Architecture for multi-party synchronization of data sets in a distributed environment.A dissertation submitted to the University of Dublin，in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in Computer Science，2005.
Design and implementation of a media resource manager in a distributed system
Pan Yun Li Lei Xu Yuanyuan
（722 Research Institute of CSIC，Wuhan 430079）
Abstract：With the increasing complexity of the network scale of a communication system，the variety of management objects，the diversification of equipment use and business types，the requirement of distributed system of communication system has been put on the agenda. How to efficiently manage the dispersed media resources in distributed system is the key directly affect the processing ability of distributed systems . A design scheme of centralized media resource manager is proposed，according to the characteristics of distributed system. The problems encountered in media resource state collection and media resource state synchronization are studied. The structure，operation steps and key technologies are analyzed in detail。
引言
随着某种话音通信系统网络规模的日益复杂，管理对象种类繁多，设备的使用方式和业务类型多样化，导致传统的集中式控制管理系统出现控制管理力度不够，效率低下，灵活性不够等问题。为了弥补传统集中控制管理系统的缺点和不足，提高话音通信系统的性能，分布式话音通信系统的研究被提上日程。分布式话音通信系统由多个内通服务器，媒体资源管理器组成，对分布在多个节点的媒体资源的管理、分配是基础也是重点、难点。
目前实现媒体资源调度分配有两种技术体制，一种是媒体资源预分配方式;一种是集中调度分配方式。媒体资源预分配方式是通过计划的方式指定每种通信业务所使用的具体通信资源，但这种方式缺乏灵活性;集中调度分配方式是通过计划的方式指定每种通信业务所使用的通信资源类型，由一台媒体资源管理服务器根据需求实现媒体资源的分配和调度，但这种方式的顽存性不高，可能因媒体资源管理服务器的故障导致整个通信系统可用性极度降低。
本文在集中调度分配技术的基础上，提出一种分布式系统中媒体资源管理器的设计与实现，既提高了系统的顽存性又保证了系统的灵活性。
一、话音通信系统分布式结构
话音通信系统分布式结构如下图所示
电话是话音业务的发起实体，用户通过电话发起各类语音业务，包括：点点通话业务，会议业务，三方通话业务等。
负载均衡器是系统对外提供的唯一服务访问点，需要处理大量的并发业务请求，并依据一定的静态或动态负载均衡策略，将业务请求转发到服务节点进行会话处理。负载均衡器采用1+N冗余模型，即1个活动的负载均衡器，和N个备份的负载均衡器。
业务服务器是处理话音业务的实体，收到负载均衡器转发的业务请求后完成各类业务的处理，业务服务器采用集群互备方式，多个业务服务器同时提供服务，一旦某一个服务器由于硬件或软件故障而失效，不会影响后续的业务处理，其它业务服务器将取代它提供服务。
媒体资源板主要提供会议、广播、录音、提示音播放等业务的呼叫控制、媒体通道接续、多方会议混音、媒体流高速转发功能。
二、媒体资源管理器
媒体资源管理器的主要任务是对用户话音业务处理提供支撑，即对媒体资源设备的管理和分配。媒体资源管理器模块示意图如下图所示：
消息管理模块：根据消息类型将消息分发到不同模块，并提供接口。
资源管理模块：通过与各媒体资源板之间的控制协议，收集媒体资源板的运行状态，资源参数;根据业务需求，自动选择满足用户语音通信需要的媒体资源板;当某媒体资源板出现不可恢复型故障或网络规划中删除某媒体资源板时，删除该媒体资源板发布的所有资源信息，通知业务服务器释放相關话音业务。
主备模块：处于激活状态的主用媒体资源管理器出现断电或软件异常后能快速切换到其他的未激活的备用媒体资源管理器上。
三、媒体资源管理模块
◆媒体资源采集
媒体资源管理模块收到媒体资源板发布的媒体资源信息后，提取资源参数，使其形成统一的资源视图列表，这个就是媒体资源表。其中，单个媒体资源板，其设备名称和设备地址在全系统范围内唯一，这保证了在运行过程中不会产生设备标识冲突。在设计过程中，按照媒体板的设备名称，为每个媒体资源板创建一条队列，在队列中存入该设备所发布的媒体资源信息，以保证在响应用户需要使用媒体资源时，能通过查询资源列表中各队列，即能找可用的媒体资源。 系统实际运行的过程中，媒体资源板会定时发布资源参数。为保证不会因为过于频繁的发布资源参数而过多的占用系统开销，同时又保证媒体资源列表状态的实时性，媒体资源板采用定时发布与主动发布的策略。在定时发布资源参数的同时，如果媒体资源板状态自身发生改变时，各媒体资源板主动向媒体资源管理器发布最新的资源参数，媒体资源管理器收到新的资源参数后，更新本地资源列表中中该设备的资源参数。这两种机制的结合运用，保证了资源列表中的参数与媒体资源板上的一致性。
◆媒体资源分配
媒体资源分配流程：
1）业务服务器收到用户业务申请，判断该业务需要申请媒体资源。
2）业务服务器向媒体资源服务器发送资源申请，同时开启计时器。
3）媒体资源管理器收到资源申请后，在资源列表中查询是否存在符合条件的空闲资源，媒体资源管理器发送申请应答给业务服务器。
4）业务服务器收到应答后回复后解析，同时关闭计时器。
5）业务服务器计时器超时还未收到申请应答，业务服务器则认为申请失败，向用户回复业务申请失败。
◆媒体资源释放
系统采用定时发布与主动发布的策略来保证资源列表中的参数与媒体资源服务器上的一致性，当媒体资源板出现故障后，媒体资源管理器通过没有收到不带消息体的刷新消息确定媒体资源板故障，然后将资源列表中故障媒体资源板的资源全部删除并通知业务服务器断开相关业务。
四、主备模块
媒体资源管理器采用1+N冗余模型，即1个活动的主用媒体资源管理器，和N个备份的媒体资源管理器，采用VRRP协议实现对外呈现唯一的IP地址。主用媒体资源管理器负责接收所有媒体资源信息，响应业务申请，备用媒体资源管理器处于待机状态。主备模块定时向其他备用媒体资源管理器发送心跳信息，一旦主用媒体资源管理器出现故障，备用媒体资源管理器能在短时间内切换成主用媒体资源管理器，接管所有业务信息。
媒体资源板通过心跳消息检测到媒体资源管理器异常时会重新发布媒体资源信息，主备切换后的媒体资源管理器收到这些信息后会重新生成新的资源列表，在保证资源一致性的同时提高了系统的顽存性。
五、测试验证
为测试媒体资源管理器的功能，在实验室搭建如下图所示测试环境：
六、媒体资源采集功能验证
测试要求：媒体资源管理器能够正常接收服务器发布的媒体资源信息，并生成正确的资源列表。
测试步骤：系统中配置N个媒体资源板，同时开启系统中的N个媒体资源板，或按照顺序先后开启媒体资源板，通过命令行查看媒体资源管理器生成的资源表是否与各媒体资源板发布的媒体资源信息一致。
七、媒体资源分配、释放功能验证
测试要求：媒体资源管理器能够正常接收资源申请消息，按照规则选择合适的资源并完成申请应答，当媒体资源板故障时，对应业务被正常释放。
测试步骤：使用多个电话发起多种的业务，当业务正常建立后，关闭某台或多台媒体资源板，查看业务是否正常释放。
测试结果：业务正常进行，且每种业务独享媒体资源;当关闭媒体资源板后，1秒之内所有占用该媒体资源板上资源的业务都被正常释放。
八、主备切换功能验证
测试要求：主用媒体资源管理器故障后，能够在10秒内切换到备用媒体资源管理器上，且不影响后续业务的正常进行。
测试步骤：系统中配置N个媒体资源管理器，在系统正常工作的情况下，关闭主用媒体资源管理器，查看主备切换的时长;主备切换后，使用电话发起业务，查看业务能否正常建立。
结论
本文介绍了分布式系统中一种媒体资源管理器的设计与实现方法，采用集中调度分配方式高效、快速的完成媒体资源的分配和调度，一主多备的热备份切换方案提高了系统的顽存性。测试结果表明，这种设计方法安全，可靠，效率较高
参考文献
[1] Ancona M，Cazzola W，Dodero G，Gianuzzi V.Channel reification：a reflective Model for distributed computation Performance，Computing And Communications.IPCCC’98 IEEE International，Feb.1998.
[2] Schutt T.，Schnitke F.，Reinefeld A.Efficient Synchronization of Replicated Data in Distributed Systems.Zuse Institute Berlin.
[3] 陸丽娜等译.分布式操作系统[M].北京：电子工业出版社，1999.
[4] D.Peleg，A Wool.A Class of Practical and Efficient Quorum System.Distributed Computing，vol.10，no.2，1997.
[5] O.Carnalho，G.Roucairol.On Mutual Exclusion in Computer Networks，Technical Correspondence Comm.ACM，vol.26，no.2，Feb.1993.
[6] Marcin Marczewski.Architecture for multi-party synchronization of data sets in a distributed environment.A dissertation submitted to the University of Dublin，in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in Computer Science，2005.