CDN技術及其在廣電網絡中的應用

宋文杰

（山東省招遠市廣播電視臺，招遠 265400）

CDN技術及其在廣電網絡中的應用

宋文杰

（山東省招遠市廣播電視臺，招遠 265400）

本文首先結合目前廣電網絡發展狀況對其業務發展的瓶頸進行了分析，然后對CDN的背景、關鍵技術、技術特點和技術優勢等進行了詳細闡述，最后對CDN技術在廣電中的應用進行了介紹。

CDN技術；廣電網絡；視頻服務；負載均衡

1 引言

在三網融合的大力推動之下，互聯網發展形成的跨界融合不斷深入，互聯網、通信網、廣播電視網面向大眾提供的業務、應用、服務也在不斷發生著新的變革。經過幾年來的不斷發展，廣電網絡建設已經有了長足的發展，網上業務量成倍遞增，造成了對網絡帶寬的大量需求，網絡訪問中普遍的延遲與等待也導致了網絡擁塞、服務器過載等問題。提高數據傳輸速度，緩解網絡擁塞便成為廣電雙向網絡發展的新挑戰，亟需尋找一種能夠支撐高清時代和龐大的流媒體數據傳輸業務的技術。CDN技術能夠改變數據內容的分發方式，從而大大提升傳輸速度和減少時延，成為目前公認的解決廣電網絡數據傳輸瓶頸的“良藥”，為廣電運營商的業務發展帶來了新的契機。

2 廣電業務發展的瓶頸

目前，全國大部分地區的廣電前端數字化整改和雙向網絡建設已經基本完成，使得廣電的VoD業務有了快速發展的條件。相比互聯網的VoD業務，未來廣電的VoD業務將具有高清晰度、高體驗度、高安全度的特點，而且正在向3D方向發展。但目前的網絡結構無法滿足未來業務的發展需求，主要問題如下：

2.1 FTTH計劃對CATV業務的影響

有線電視業務在各地區的覆蓋率基本都在80%以上，有些地區更是達到了90%以上的覆蓋率。有線電視網CATV在部署時，同時發展了當地的寬帶接入業務，給廣電帶來了不少的收益。但近幾年寬帶的大幅度提速，中國電信和中國聯通的FTTH技術對有線電視的寬帶接入業務帶來了沖擊。

2.2 電信的IPTV率先結合CDN

電信的IPTV業務很早就選擇用CDN將內容從中心推到靠近用戶的邊緣，使用戶可以就近取得所需的內容，不但提高了用戶訪問內容的性能，而且減輕了中心設備和骨干網絡的壓力。目前，電信正在研究將CDN，P2P等技術整合，進一步加快IPTV的傳輸速度。電信運營商將寬帶接入、固話、3G上網、IPTV等業務打包推廣，銷售手段靈活多樣，這將給廣電未來的發展帶來很大影響。

2.3 廣電網絡擁塞嚴重

安全播出是廣電音視頻業務的重頭戲，但現在大部分廣電的業務都是用傳統的IP數據城域網來傳輸，數據量大時很容易導致網絡擁塞。雖然目前的萬兆骨干城域網能夠暫時滿足互動電視業務、寬帶網絡業務、辦公業務、大客戶專線等業務的需要，但多種數據的混雜容易導致數據傳輸的不安全。這樣的傳輸模式不利于廣電網絡未來的擴展性發展。

VoD業務平臺是目前構成雙向互動視頻的最基礎業務，這個平臺能夠提供出很多的增值業務，是三網融合中廣電的重點建設項目。限于中國目前寬帶的速度，要想發展更高用戶體驗的VoD業務，就必須依賴CDN。利用云存儲和CDN的熱點分發技術，能滿足未來發展的需要，降低成本和復雜度，最大限度地增加網絡的數據容量。

3 CDN簡介

CDN的全稱是Content Delivery Network，即內容分發網絡。其概念由美國麻省理工學院在1996年提出，如今在國內外已有很多企業和服務商使用CDN技術來提高網絡服務質量。CDN技術將多點負載均衡、路由和緩存技術結合起來，利用智能分配技術將內容按來訪用戶的地點，就近訪問的原則分配到多個節點。與傳統的IP網絡不同，用戶請求不直接指向基于網絡地址的原始服務器，而由CDN業務提供了一個服務層，補充和延伸了因特網，把頻繁訪問的內容盡可能向用戶推進，還提供了按內容進行流量轉發的新能力，把路由導引到最佳服務器上，使用戶動態獲得需要的內容。它改變了給使用者信息的方式，從被動的內容恢復轉為主動的內容轉發。

CDN的核心技術是邊緣訪問和透明訪問。在以前它主要用于Web訪問加速，只支持HTTP/FTP協議，而隨著國內出現了流媒體業務，CDN開始支持MMS/RTSP等協議，從而得到了很大的發展，有時也稱其為MDN（Media Delivery Network）。

CDN的用戶包括ISP、媒體網站、ICP、大中型企業、電子商務網站和政府網站，他們對CDN功能的需求有：多個站點之間發布內容；了解各節點的健康、負載狀態；將用戶請求路由到合適的內容所在節點；在節點內分擔負載；快速響應用戶請求的緩存；支持流媒體應用的緩存。利用CDN技術，CDN用戶無需投資昂貴的各類服務器和設立分站點，只需通過與CDN合作，由CDN負責將信息傳遞，保證信息正常傳輸和維護傳送網絡，而網站只需要維護內容，不需要考慮流量問題，既節約了成本，又提高了效率。

4 CDN的關鍵技術

4.1 負載均衡技術

CDN負載均衡系統實現CDN的內容路由功能，其作用是將用戶的請求導向整個CDN網絡中的最佳節點。最佳節點的選定可根據多種策略，例如距離最近、節點負載最輕等。負載均衡系統是整個CDN的核心，負載均衡的準確性和效率直接決定了整個CDN的效率和性能。負載均衡可分為全局負載均衡和本地負載均衡兩個層次。

全局負載均衡的主要目的是在整個網絡范圍內將用戶的請求定向到最近的節點（或者區域），因此，就近判斷是全局負載均衡的主要功能。為執行就近判斷，通常采用靜態的配置或動態的檢測。

本地負載均衡局限于一定的區域內，其目標是在特定區域內尋找一臺最適合的節點服務器提供服務，因此，POP（points-of-presence）節點的健康性、負載情況、支持的媒體格式等運行狀態，是本地負載均衡進行決策的主要依據。為執行有效的決策，需要實時地獲取POP節點設備的運行狀態。獲取的方法一般有主動探測和協議交互兩種。

4.2 內容分發技術

內容發布主要借助于建立索引、緩存、流分裂、組播等技術，將內容發布或者投遞到離用戶最近的遠程服務點處，主要分為PUSH和PULL兩種分發模式。在PUSH的分發模式中，內容管理系統發起傳輸，將內容從中心媒資服務器分發的各個邊緣節點，一般分發的是熱點內容；PULL模式是被動分發，通常由用戶的請求發起傳輸，分發的內容是基于個人需求。

4.3 內容存儲技術

由于CDN系統中分為中心媒資服務器和遠程服務點，所以需要考慮兩方面的存儲。中心媒資服務器中的數據規模和吞吐量都很大，一般用NAS等海量存儲架構。PoP節點的存儲既需要考慮多種格式的兼容，也需要支持多文件的吞吐和可靠性、穩定性的保證，所以采用獨立磁盤冗余陣列（RAID）技術較多。

4.4 內容管理技術

它通過內部和外部監控系統，獲取網絡部件的狀況信息，測量內容發布的端到端性能（如包丟失、延時、平均帶寬、啟動時間、幀速率等），保證網絡處于最佳的運行狀態。能夠減輕服務器的壓力，并提升網站的性能和可擴展性。

5 CDN技術特點與優勢

5.1 CDN技術特點

⊙ 根據用戶的地理位置和連接帶寬，讓用戶連接到最近的服務器上去，使訪問速度快。

⊙ 全局負載平衡，提高網絡資源的利用率，提高網絡服務的性能與質量。

⊙ 熱點內容主動傳送，自動跟蹤，自動更新。

⊙ 網絡具有高可靠、可用性，能容錯且很容易擴展。

⊙ 無縫地集成到原有的網絡和站點上去。

5.2 CDN技術優勢

⊙ 可減少網絡帶寬消耗，減少網絡訪問的延遲和用戶響應時間，提高網絡性能和網站內容的可用性。

⊙ 提高網站資源的管理控制能力，智能分配路由和進行流量管理。

⊙ 發送的內容受到保護，未授權的用戶不能修改。

⊙ 內容提供商可在本地自己決定服務的內容，內容是動態的。

⊙ 內容提供商在降低成本的同時，提高了服務質量，提供的內容更多、速度更快。

⊙ 可線性、平滑地增加新的設備，保護原有的投資。

6 CDN在廣電中的應用

6.1 交互式廣播視頻業務中的應用

目前，有線電視運營商可提供的節目多達幾百套，但是80%的用戶基本上只收看其中的20%左右。若將幾百套節目都“廣播”給全體有線電視用戶，無疑將占用大量的頻譜資源和網絡資源，而且其中大部分節目是很少被收看的。于是，交互式廣播視頻業務應運而生。

交互式廣播視頻業務把節目分為熱點節目和非熱點節目，將屬于非熱點節目定為交互式廣播視頻業務節目，不傳送給所有的有線電視用戶，而只被傳送到所有的有線電視前端和分前端，一旦用戶選擇了其中的交互式廣播視頻業務的頻道節目，可用IP組播的方式，通過千兆光以太網，傳送到有線電視前端或分前端的千兆交換機，將該節目送至與用戶相關聯的邊沿QAM調制解調器，并由此廣播給相關業務組的所有有線電視用戶。

6.2 基于骨干網的視音頻服務中的應用

隨著CDN技術的推廣和普及，愈來愈多的第三方，特別是有節目制作能力的機構和公司，會以“over the-top”方式，向用戶提供視、音頻服務。不過，第三方必須建立服務前端并將它與網絡運營商的骨干網相連接。對于擁有骨干網的有線電視運營商而言，如能將眾多的第三方服務提供商吸引到其骨干網上，不僅能獲取相應的業務費用，而且更重要的是，它能建立一個IP視音頻節目網，一方面推動其有線寬帶業務的發展，另一方面與電信網絡運營談判寬帶網絡的對等互連，從而進一步降低其寬帶運營成本。CDN技術的這種應用對擁有骨干網的有線電視運營商和第三方服務提供商來說，能產生雙贏效果。這一點對于擁有IP骨干網和眾多節目制作能力的電視臺的我國廣電而言尤其有積極的意義。

6.3 有線數字電視業務中的應用

CDN技術可為有線數字電視業務提供新的業務形式，如有線數字電視DVR業務、基于網絡的PVR業務等。有線數字電視DVR業務能讓有線電視運營商將一些視頻節目推送到帶有硬盤DVR功能的STB中，供用戶在方便的時候選看，它也能讓用戶錄存正在或將要播放的節目。基于網絡的PVR業務能讓用戶進行預先設置，將想看的又即將要播的節目在播出時錄存于運營商的視頻服務器中，當用戶出差或旅行時，便能用PC機或IPSTB遠程地收看其想看的節目。

6.4 CDN在廣電應用實例

青島廣電和江蘇廣電已經率先將CDN技術應用在廣電系統中，并取得了不錯的成果。青島廣電的IP城域網建設的比較早，最初有兩臺核心路由器，網絡傳輸壓力較大。為了能夠適應未來VoD等其他業務的需要，青島有線選擇了某公司基于100G平臺的數據中心交換機S12500構建新一代的IP城域網，構成新的視頻分發平面，某公司S12500負責所有機頂盒IPoE的認證和信息的轉發，并且接入IPQAM，參與視頻業務的分發和推流。江蘇廣電則與某公司攜手，共同建設了基于CDN的新一代視頻分發專網，主要采用了該公司的CR16000出口路由器設備，建設自己的視頻分發平臺，大大提升了視頻分發處理的速度。

7 結束語

CDN技術因其獨特的優勢已經在廣電中得到了廣泛的應用，豐富了廣電的業務，拓寬了廣電的市場規模，給廣電帶來了良好的市場前景和重大的商業機遇。同時，三網融合已經成為社會發展的必然趨勢，在三網融合之后，廣電網絡中的信息種類將會更加龐雜，業務運營更加多樣化，數據流量存儲也會更加龐大。而CDN技術剛好具有強大的資源動態管理、全局負載均衡和協作式內容分發等能力，可解決傳統運營模式的問題，提供更好的服務規模和服務質量，從而成為未來廣電網絡發展的主要推動力。

[1] 宋家友，桑紅濤．CDN技術的發展及應用[J]．電視技術，2005(6):75-77

[2] 韓強．內容分發網絡技術（CDN）簡析[J]．中國傳媒科技，2006(04)

Research of the Application of CDN Technology in Radio and TV Network

Song Wenjie
(Zhao Yuan Television Station, Zhaoyuan, 265400)

First, according to the present situation of the bottleneck of the development of radio and television network business development were nalyzed. And then the background of CDN, key technology, technical characteristics and advantages are described in detail. And finally the application of CDN technology in radio and television was introduced in this paper.

CDN technology; network broadcasting; video service; load balancing

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.09.009

TN943

A

1672-7274（2015）09-0039-04

宋文杰，男，1973年生，助理工程師，主要從事廣播電視技術工作。