運營商CDN系統視頻內容存儲調度策略探討

洪一帆

運營商CDN系統視頻內容存儲調度策略探討

洪一帆

（中移（杭州）信息技術有限公司，浙江 杭州 311114）

為了提升網絡視頻業務的體驗度，各大運營商建立了內容分發網絡系統，提供了電視視頻服務。由于視頻內容和用戶數量的日益增加，相應擴大了視頻建設需求。內容分發網絡系統邊緣節點比較多，且不同節點的存儲能力差異大，必須精細化管理邊緣節點內容的存儲和調度。基于內容管理，探討分析了內容分發網絡系統視頻內容的存儲策略，以期全面提升邊緣節點調度頻率和服務優質性。

運營商；內容分發網絡系統；視頻內容；存儲調度

在互聯網技術快速發展的過程中，視頻業務的網絡流量持續增長，在新型視頻業務發展的同時，運營商數據流量明顯增長，視頻流量已經成為互聯網流量激增的主要原因。當前，隨著寬帶網絡接入普及率提升，硬件計算性能得以優化，相應提升了用戶對網絡服務質量的要求。用戶希望在短時間內通過互聯網獲得內容服務，視頻服務的大流量導致服務存在質量安全問題。

為了改善互聯網服務質量，需要合理應用內容分發網絡技術，優化配置寬帶流媒體內容，促使用戶能夠就近訪問所需內容，從根本上提升網絡效應速度。

1 CDN系統網絡架構及內容存儲需求

在電信運營中，內容分發網絡系統是承載網絡，既可以承載多種業務，還需要對終端用戶提供服務。借助于城域網，將視頻內容分發服務提供給寬帶用戶。現階段，寬帶業務城域網結構包括業務接入控制層、核心層。部分大型城域網還包含匯聚層路由器，不同城域網核心路由器直接連接骨干網路由器。

視頻內容分發網絡系統能夠提升組網靈活性，立足于網絡實況，聯合用戶發展，建設多層次化的組網架構。當前，電信運營商的內容分發網絡系統多以省級為單位，為用戶提供優質的視頻服務。通過該系統，可以實時管理和控制各類設備，并且在中心層建立內容副本。中心層主要是為用戶提供服務。當網絡系統規模持續擴大，邊緣節點會將內容服務請求下發給省級單位，相應增加了省級的壓力。在中心層、邊緣節點之間設置區域中心，以此管理和控制區域。同時存儲內容副本，確保邊緣層能夠直接訪問。

1.1 省中心節點

該節點是內容源中心，隸屬于省內業務，能夠為內容提供商、運營商提供平臺支持，還能夠接收省內業務，存儲業務內容源。如果內容分發網絡能夠支持定向調度，中心節點需要面向用戶提供服務；如果內容分發網絡系統只能夠支持中繼調度方式，則不能向用戶提供服務。

1.2 區域中心節點

其具備內容存儲與分發功能，并可為區域提供服務，確保熱點內容存儲的安全性。同時，還能夠為用戶提供業務服務，通過內容分發至邊緣節點實現。當用戶邊緣訪問不成功時，如果內容分發網絡系統支持定向的方式，則由區域中心點直接將業務服務提供給用戶；如果內容分發網絡系統支持中繼方式，會導致區域中心節點不斷向省中心節點回源。

1.3 邊緣節點

該節點面向用戶，將業務服務節點提供給不同終端，例如下載服務、流業務服務。邊緣節點只可以對熱門內容進行存儲，該業務服務方式是一種基于網絡邊緣的服務，因此，能提供推流服務、存儲服務、點播業務。如果用戶訪問邊緣不成功，且內容分發網絡系統支持定向方式，則通過邊緣節點向上級節點發送用戶請求；當內容分發網絡系統支持中繼方式，則邊緣節點會向上一級節點回源。

在對節點所在位置、功能特點進行分析后，電信運營商可以指令省級中心電存儲兩份以上實體文件，深入分析存儲容量問題。省級中心節點主要是進行全量內容存儲，邊緣節點主要是對高熱度點播內容、時移內容、全量內容進行存儲。對于提供視頻業務的地區，則應當布設省級中心；針對存在內容分發網絡系統系統需求的地區，應當布設區域中心節點，確保點播請求命中率可以達到100%。如果進行邊緣節點部署，則必須將點播請求命中率提升到80%，此時就會出現大量邊緣節點。為了確保在邊緣節點服務器上滿足用戶的服務請求，應提升命中率，確保用戶視頻業務體驗度不斷提升。同時，邊緣節點還能夠集約化處理存儲能力，降低了邊緣節點的投資成本。為了實現以上功能要求，必須根據視頻內容熱度，對中心節點全量內容存儲進行分析和研究。基于不同特征分布、更新頻率、內容規模，應當對邊緣節點存儲容量進行深入研究，通過各項有效措施提升命中率，實現內容存儲替換，對視頻內容進行科學化管理和調度。

2 內容精細化存儲調度策略研究

2.1 存儲策略的因素分析

視頻媒體具備延時性、敏感性、交互性等特點，內容數據流量比較大。內容分發系統主要借助于邊緣節點，不斷提升用戶的優質服務體驗。但針對視頻內容增長速度，還應當處理好邊緣節點內容存儲問題，這對邊緣節點服務器的緩存內容和空間要求比較高。內容存儲策略的有效性會直接影響用戶體驗度以及節目投資力度。內容存儲策略可以有效處理存儲空間和內容問題，充分考慮到視頻內容流行性問題。如果多次請求同一個視頻內容，則應當將該視頻放入邊緣節點當中。如果某一個視頻內容長期未被請求，則邊緣節點不再緩存該內容。用戶訪問次數和請求時間間隔等行為會直接影響視頻內容的請求程度。

2.2 Zipf分布

分析用戶視頻內容的請求歷史數據能夠看出，其占據視頻總數量的比例比較低。當大量用戶請求同一個視頻時，就會使其成為熱門內容，相應降低其他片源請求率。對于熱播片源來說，當片源請求度降低時，就不再屬于熱播片源，此時新的片源會躋身熱播視頻內容行列。片源熱度=單部片源請求次數/總點播次數。根據計算與分析能夠看出，片源熱度滿足Zipf分布規律。

2.3 內容精細化存儲調度策略

Zipf分布中的二八原則屬于理想化狀況，在大樣本數量下進行推演，然而由于受到多種因素的影響，無法有效實現該目標。此時，就需要不斷探索節點邊緣的精細化內容，按照用戶請求進行優化調整。在應用具體的存儲策略時，必須全面考慮到片源點播熱度問題。

對于單部片源來說，新片上映會通過視頻系統推薦和廣告宣傳提升曝光率，相應增加用戶請求量和關注度，不斷增加影片的熱度。用戶在觀看過影片之后就會相應降低關注度，片源點播熱度也會趨于平衡。不同影片均具有不同的熱度變化過程，所以在TV視頻業務當中應當按照影片熱度變化情況及時調節邊緣節點的存儲。

對于視頻內容調度管理策略，則應當考慮到片源特點和用戶行為習慣，注重用戶點擊率和關注度。如果根據傳統方式將排名前20%的片源納入到邊緣節點服務器當中，這會導致多數視頻內容已經被用戶所觀看，極易出現回放和點播行為，相應降低了片源的播放率和點擊率，從而影響了點擊率分布的均勻性。所以，在應用此種存儲服務時，雖然可以提升邊緣命中率，但是卻無法有效控制邊緣節點的存儲空間，極易出現存儲空間浪費問題，無法充分規劃和應用邊緣節點存儲空間，只可以通過固定緩存片源前綴對存儲空間進行合理規劃。然而，一部影片當中常常具有多個高潮點，為了將高潮點合理存儲到邊緣節點服務器中，必須合理應用片源自身特性、用戶訪問行為的媒體分段方法。

對于片源熱度，在收看高熱度片源、低熱度片源期間，用戶在觀看開頭片段時，兩者的歡迎程度上具備一致性，主要是在中間段落和結尾段落出現不同的觀看分布情況。所以，在精細化運營期間，需要針對該項問題進行探究，按照命中率計算公式“邊緣節點命中內容長度÷用戶請求長度”計算。所以，對于熱度比較低的片源來說，所應用的存儲策略為存儲影片開頭段落，盡管能縮短播放啟動時間，但這卻無法提升命中率。針對熱度比較高的片源，用戶可能不會完整觀看整個影片。當片源熱度比較低時，也不能確保用戶不觀看到整個影片，所以需要對片源進行切片存儲處理。按照用戶訪問習慣，對不同熱度的片源進行調整，將最佳切片存儲在邊緣節點。建立用戶請求模型，在運營期間對視頻內容切片進行動態化刪減，還應對存儲策略進行優化，全面提升邊緣節點的命中率，而非只對邊緣節點存儲容量進行擴充。

3 結束語

綜上所述，運營商在提供視頻內容服務時，可以應用內容分發網絡系統實現，將系統片源存儲于中心節點服務器。對于邊緣節點服務器來說，其功能在于存儲區域內的用戶請求、片源副本。由于中心節點服務器、邊緣節點服務器的存儲職能不一致，通過應用中心節點服務器可以明確存儲量，通過應用邊緣節點服務器則無法明確存儲量。邊緣節點服務器存儲容量會對地區用戶體驗度造成影響，還會決定系統投資建設的力度。此次研究詳細介紹了視頻內容分發網絡系統的組網模式，明確了不同節點所處的位置和功能，提出在制訂邊緣節點存儲策略時需要考慮的各項因素、合理有效的內容調度方法，充分考慮了片源特性和用戶行為習慣因素。通過分析用戶行為習慣，需要建立高熱度、低熱度片源的不同存儲策略，并不斷提升邊緣節點存儲空間的利用率，以此降低系統建設成本，從根本上提升服務命中率。

［1］張鐵楠.云環境下融合P2P技術的群組視頻分發機制的研究［J］.電腦知識與技術，2019，15（25）：11-12，17.

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TP393.02

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.059

2095－6835（2020）01－0145－02

〔編輯：張思楠〕