基于Anycast的分布式互聯網電視CDN調度系統研究

吳傳杰，操張進，劉 暢，孫 悅

（中國移動通信集團安徽有限公司，安徽 合肥 230009）

1 研究背景及意義

目前，使用機頂盒來播放互聯網電視內容的方式主要是，用戶通過機頂盒向中心調度節點發送互聯網電視視頻資源獲取請求，中心調度節點根據接收到的互聯網電視視頻資源獲取請求就近選擇所屬區域服務節點，區域服務節點對應的區域調度節點根據一定的策略選取一個CDN邊緣節點服務器為用戶提供互聯網電視視頻資源獲取請求對應的互聯網電視視頻資源內容[1]。

但是，在現有技術中，中心調度節點均集中部署在某一局址，同時只有中心調度節點負責接收用戶發送的互聯網電視視頻資源獲取請求。這種分布方式存在單點隱患，假如中心調度節點發生了故障，則用戶向中心調度節點發送的互聯網電視視頻資源獲取請求就會無響應，將會導致大范圍互聯網電視視頻資源無法播放的情況。

為克服現有CDN調度架構的缺陷，本文提出基于Anycast技術的分布式互聯網電視CDN調度方案，采用分布式的架構部署互聯網電視CDN里的調度中心網元，在CDN中心區域部署中心調度節點，并在每個CDN節點部署區域調度節點，CDN中心調度節點和區域調度節點在下文中稱為分布式CDN調度系統。

2 總體思路及技術方案

2.1 分布式互聯網電視CDN調度系統模型

在當前CDN網元架構的基礎上，本文CDN調度系統采用分布式結構，在CDN中心區域部署中心調度節點，并在每一個區域邊緣服務節點部署區域調度節點[2]。

在分布式CDN調度系統中的每一個調度節點內部署2臺主備服務器，并為每臺服務器配置一個虛地址作為Anycast地址。用戶向該Anycast地址發起請求，用戶請求會由分布式CDN調度系統中距離用戶最 近的區域調度節點接收并響應，該調度節點根據用戶I P地址歸屬就近選擇所屬區域服務節點并返回給用戶，用戶向服務節點的本地區域服務節點請求節目播放。

2.2 互聯網電視CDN調度業務流程

（1）用戶鑒權流程：用戶機頂盒向互聯網電視業務管理平臺、牌照方發起鑒權請求，鑒權認證成功后，返回給服務該用戶CDN系統的調度系統IP地址（即分布式CDN調度系統的Anycast地址），用戶向該地址發起視頻播放請求。

（2）健康檢查流程：分布式CDN調度系統內所有的調度節點實時同步所有的區域的健康檢查結果和調度策略，單個區域邊緣節點內所有的媒體服務器的健康狀態。

（3）用戶調度流程：首先，用戶機頂盒向分布式CDN調度系統的Anycast IP地址發起請求；然后，分布式CDN調度系統中距離用戶最近的區域調度節點接收并響應該用戶的請求，該區域調度節點會根據用戶IP地址就近選擇區域邊緣服務節點并返回給用戶；接著，用戶機頂盒向該邊緣服務節點的區域調度節點發起視頻播放請求；最后，區域邊緣節點內根據一定的策略選擇最佳服務器為用戶提供服務。

（4）內容分發流程：用戶向區域邊緣節點的媒體服務器發起視頻播放請求后，如果服務器中已有用戶請求的資源，服務器將直接返回給用戶，如果沒有該資源，服務器將向CDN的內容中心去回源，回源到資源后，再返回給用戶[3]。

2.3 分布式互聯網電視CDN調度方法

文中采用的基于Anycast的CDN調度方法可實現用戶快速、有效獲取互聯網電視視頻資源，圖1給出了調度方法的具體實現過程：

圖1 分布式互聯網電視CDN調度方法示意圖

3 實例應用分析

3.1 方案部署實施

安徽移動自2013年開始發展互聯網電視業務，2014年自主建設省內互聯網電視CDN系統，全省集中建設內容中心節點、調度節點，部署在合肥。16個地市分別部署邊緣服務節點，用于承載本地市用戶流量。調度節點全省僅有一套，且調度節點對外服務的IP地址內置在用戶機頂盒內，因此也存在單點隱患、容量瓶頸、跨地市訪問時延等問題。

本方案實施按照分布式互聯網電視CDN調度系統的架構進行現網軟硬件改造，實現分布式調度能力。

（1）架構設計。本方案通過在每個地市新增服務器用于部署區域調度節點，調度節點服務器與上聯CDN接入交換機之間運行OSPF協議，發布統一的調度IP主機路由，使得用戶優先訪問本區域調度節點，在本區域調度節點無法訪問時，訪問省中心調度節點。

（2）硬件部署。省中心及每個地市節點部署X86服務器用于建設中心調度節點、區域調度節點，并為每臺服務器配置一個虛地址作為Anycast地址。用戶向該Anycast地址發起請求，用戶請求會由分布式CDN調度系統中距離用戶最近的區域調度節點接收并響應。

（3）軟件部署。①調度模塊：CDN調度節點是CDN系統的核心網元，用以實現流量在網絡中的全局引導和調度功能。②路由模塊：CDN調度節點同時需要具備網絡路由功能，能和上聯網絡之間通過運行OSPF協議發布Anycast IP地址。

（4）網絡部署。用戶的請求無論到邊緣調度節點還是中心調度節點，都是通過路由選路來完成的，因此承載網絡也要做一定的改造。本方案對網絡改造的需求如下：

⊙ 地市區域調度節點的Anycast IP地址32位的主機 路由僅在本地市內部發布，不向省網和地市通告。

⊙ 省中心調度節點的Anycast IP地址以26位的匯聚路由在省網發布，并向各地市城域網進行通告。

⊙ 用戶上聯BRAS設備同時學習到地市區域調度節點的Anycast IP地址32位的主機路由及省中心調度節點的Anycast IP地址以26位的匯聚路由。根據最長掩碼匹配原則，BRAS設備優選Anycast IP的路由為到達地市區域調度節點，次優路由為到達省中心調度節點。

3.2 成效分析

本方案在安徽移動現網進行了部署，優化后的分布式CDN調度系統取得了良好的成效。

（1）第一種技術效果：提升CDN調度網元的整體安全性及穩定性。本文方案中用戶向分布式CDN調度系統的Anycast地址發起請求，用戶請求會由分布式CDN調度系統中距離用戶最近的調度節點接收并響應；而當該CDN區域調度節點遭到安全攻擊或者出現故障時，會自動由CDN中心調度節點接收用戶請求并響應，因此不會影響CDN的調度，極大提升了CDN調度網元的整體安全性及穩定性。

（2）第二種技術效果：提高CDN調度網元的整體容量，降低節點負荷。本文將傳統集中式CDN調度系統的調度模式記為模式1；將部署4，8，12，16個地市區域調度節點的分布式CDN調度系統的調度模式分別記為模式2，3，4，5，5種模式對應于系統不同的物理結構。

各模式下系統調度效果由好到差分別為：模式5、模式4、模式3、模式2、模式1。同時，模式1的中心調度節點承擔了所有用戶的請求負荷，壓力較大，隨著在每個區域部署CDN調度節點的區域數增加，用戶請求被分流到各個區域，CDN調度網元負荷被降低，CPU利用率從模式1的30%逐漸降至模式5的4%，效果顯著。

（3）第三種技術效果：降低用戶請求的響應時延，提高用戶觀看感知。在本技術方案中，用戶請求由分布式CDN調度系統中距離用戶最近的調度節點接收并響應，網絡距離的降低也帶來整體用戶請求及響應的時延下降。

4 結束語

綜上所述，采用基于Anycast的分布式互聯網電視CDN調度方法可以解決當前集中部署的CDN調度中心安全性低、負荷重、出現故障后影響面積大等問題，提高了分布式CDN調度系統的安全性、穩定性和負荷能力，同時有效的降低了用戶請求的時延，提高了用戶的觀看感知，同時在很大程度上提升了用戶滿意度。