探究海量、高清、多屏視頻驅動下的新一代CDN設計

王之偉

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江杭州310014）

探究海量、高清、多屏視頻驅動下的新一代CDN設計

王之偉

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江杭州310014）

CDN指的是內容交付網絡，在互聯網時代隨著互聯網技術的發展不斷進步，主要目的是拓展IP網絡的帶寬，從而提高業務的QoS。近幾年，CDN的發展有所減緩，因此，以現階段CDN對業務的需要為基點，對新一代CDN的設計問題及難點進行了重點分析，強調了CDN需要引入的重要技術，并對其作用作出說明，希望能為新一代CDN的發展提出建設性的建議。

內容交付網絡；IP帶寬；互聯網；傳輸性能

近年來，P2P技術得到了大力發展，而CDN技術的應用一度有所停滯，業界對CDN的發展前景不太樂觀。隨著IP帶寬的增加，可以對信息進行集中處理。但隨著互聯網業務的進一步發展，工作人員發現IP的帶寬增長速度并不能滿足信息處理的需要，因此，CDN技術重新受到了重視。目前，一些大型通信公司，比如華為、中興等對新一代CDN的研究投入加大，推出了具有高清、多屏、海量、多格式等突出優點的新一代CDN產品。

1 CDN簡介

CDN全稱為Content Deilivery Network，也就是內容分發網絡。它的基本原理是避免接觸互聯網中對數據的傳輸速度以及傳輸穩定性的部分，提高傳輸過程的快速性和穩定性。它是以互聯網為基礎，通過在各個部分設置節點服務器構建出新的一層智能化的虛擬網絡，使得用戶所需要的信息傳送到離用戶最近的節點服務器內使之可就近取得。CDN的應用會大大減輕網絡的擁堵情況，提高傳輸的性能。

2 新一代CDN的需求內容

2.1 對視頻的高清、海量要求

現階段，我國的寬帶接入從開始的ADSL向FTTH進行發展的轉變，接入速度得到了很大提升，完全滿足了人們對視頻清晰度的要求，向著高清方向迅速發展。而不同人群的口味不同，對視頻節目的需求度也不同。

隨著視頻內容的豐富，人們希望可以搜尋到各種各樣的內容，包括一些小眾型節目，這就要求視頻量加大，滿足海量要求。我國的視頻流量據統計已經占據網絡流量的2/3，在超寬帶時代的背景下，互聯網視頻的高清海量發展方向有著美好的未來。

2.2 對內容要求多屏、多格式

接入帶寬的發展帶來的不僅僅是視頻清晰度與數量的提升，家庭帶寬的應用也會向著多屏、多格式方向發展。視頻業務隨著互聯網技術的發展不再只由電視提供，未來視頻的發展方向是在不同的終端上體驗同一種業務，且體驗感覺達到一致，對多屏的要求也應運而生。多屏業務指的是通信部門與廣電進行合作，將視頻內容引入到不同終端并使之播放水平達到完全相同，可以進行無縫連接。該業務可以在任何時間和地點保障人們利用各種播放設備來觀看節目，實現視頻業務在控制、承載與業務方面的完美結合，將帶給人們全新的體驗。

2.3 對CDN的擴展性與可靠性要求

為了使CDN可以跟得上科技的進步與人們不斷提出的新要求，需要提高CDN的適應能力，具有更高的拓展性與可靠性，具體分為4點：①CDN可以隨著業務的發展對新的業務需求提供支持；②可以對未來將出現的新業務進行擴展，升級至滿足要求的水平層面；③具備一定的容錯率，及時糾正，穩定性良好；④容量擴充時，不會影響CDN的正常工作，具備優良的擴充容量的能力。

3 CDN發展亟需引入的核心技術

3.1 管道化技術

CDN向管道化方向發展是解決大量不同視頻業務分別傳送的唯一途徑，該技術的理念是在IP網絡上疊加新的內容傳輸層，將CDN從應用層面轉向傳輸層面。為了實現CDN的管道化，需要將CDN的各個組成部分進行明確的區分，并進行定義，分別設置內部系統與外部系統。內部系統由媒體服務與指令、用戶調度組成，外部系統主要由與視頻業務有關的功能部件組成。

管道化還應解決一個關鍵的問題——把網絡中的關聯接口統一標準，這樣方便各單元直接的信息傳輸。在不久的將來，全球化的CDN將會實現，從而實現全球性質的信息傳送與共享。

3.2 實現視頻格式的無關化

目前，視頻的主流格式由傳統的WMV、Real逐漸轉變為Flv、MPG、TS等，而最開始建設的CDN是為傳統視頻格式服務的，達不到當今主流視頻格式的播放要求。傳統的CDN是采取PUSH機制處理視頻內容發送以及媒體服務，這種機制需要進行多次分發調度，不斷對上一級節點進行定義從而處理業務。當格式發生改變時，每一個節點都需要升級，工作量異常龐大。

針對此問題，新一代的CDN明確地將視頻內容發送模塊與媒體服務模塊進行了區分，將2個模塊進行了級聯，分發模塊至需要將相關文件以固定的方法分配到下一級的節點。當格式改變時，只需要對媒體模塊進行升級，減少了工作量，不會對CDN的全部網絡造成影響。

3.3 自適應流媒體

目前，網絡的大環境為三網融合，因此，用戶在體驗視頻業務時可以通過多種終端利用多屏功能實現，比如，可以利用手機和電腦同時觀看在線視頻。不同的終端連接互聯網的方式是不同的，對帶寬等指標的要求不同，手機一般使用4G和WiFi連接，帶寬低且傳送不穩定。相比之下，家用PC端帶寬高且十分穩定，因此，針對2種不同終端需要準備的視頻碼率也不同。此時，我們可以利用CDN根據不同的終端進行碼率的自主切換，這樣比起傳統進行外部系統關聯的方法方便了很多。

執行的具體過程是將內容傳送到CDN中，CDN根據不同終端生成相應碼率的文件，再利用索引文件將不同碼率的文件進行關聯。當用戶使用多屏功能時，終端通過隨意索引文件進行自主選擇。這樣CDN為了解決不同碼率文件的調度，形成了自適應流的媒體。

3.4 配置合適的硬件系統

CDN的傳統硬件主要分為2種：①通用服務器。構建成本低，但性能相對而言較差，在后期對通用服務器進行維護管理時，需要投入更多的成本。②專用硬件。這種CDN硬件系統需要大規模建設，成本高，需要大量的資金支持。

現階段，隨著互聯網技術的發展，相關的網絡設備性能不斷提高，新一代CDN主要使用的是X86架構的主板。為了滿足性能要求，需要配置高IO的存儲器。目前，CDN硬件系統的限制存在于存儲IO方面。為了達到存儲IO與容量的平衡，新型CDN主要采用SSD與SATA混插，這種配置方法比起普通的設備性能提高了5倍以上，總花費并沒有大幅增長，經濟性比較優秀。

3.5 CDN調度與網絡結合

為了使CDN的性能得到提高，對其優化的關鍵點在于用戶的請求調度方面。因為網絡變化的速度比較快，對網絡中狀態參數的采集難以實現。

因此，通常情況下，CDN一般不以網絡狀態作為調度參數。涉及到狀態參數的CDN產品一般采用的是基于應用層的探測技術，主動去了解網絡狀態，這種方法對應用層的探測使得網絡的負擔較重，且僅僅是對用戶DNS與用戶本身近距離情況下的假設，不能真實、準確反映端與端之間的路徑狀況，有著一定的缺點。

為了解決上述難題，新一代CDN引入了ALTO技術，該技術作為IETF的一個正在實行標準化的協議，是根據運營商的網絡進行策略的計算，不會加重網絡的負擔，對網絡中路徑的定位給比較準確，使用起來有著很大的優越性。

4 結束語

隨著近期互聯網技術的發展，CDN作為一項重要的技術重新得到了重視。為了滿足IP提速以及高性能的要求，需要對原有的CDN架構進行升級與更新，因此，新一代CDN需要引入關鍵性的新技術，提高自身的可擴展性，實現接口標準化，真正地適應時代變化的需要。各種的通信運營商都在積極建設新一代CDN，隨著研究的不斷深入，CDN在海量、高清、多屏等性能要求的驅動下，一定會得到更進一步的發展。

［1］陳益，林寶成，李鑫.廣電網絡融合視頻分發系統架構規劃研究［J］.廣播與電視技術，2015（04）.

［2］李娜.IPTV CDN內容調度策略研究［J］.計算機光盤軟件與應用，2014（23）.

［3］梁潔，陳戈.海量、高清、多屏視頻驅動下的新一代CDN設計［J］.廣東通信技術，2011（09）.

〔編輯：張思楠〕

TN915.09

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.135

2095－6835（2017）14－0135－02