王之偉
(華信咨詢設(shè)計研究院有限公司,浙江杭州310014)
探究海量、高清、多屏視頻驅(qū)動下的新一代CDN設(shè)計
王之偉
(華信咨詢設(shè)計研究院有限公司,浙江杭州310014)
CDN指的是內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò),在互聯(lián)網(wǎng)時代隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展不斷進步,主要目的是拓展IP網(wǎng)絡(luò)的帶寬,從而提高業(yè)務(wù)的QoS。近幾年,CDN的發(fā)展有所減緩,因此,以現(xiàn)階段CDN對業(yè)務(wù)的需要為基點,對新一代CDN的設(shè)計問題及難點進行了重點分析,強調(diào)了CDN需要引入的重要技術(shù),并對其作用作出說明,希望能為新一代CDN的發(fā)展提出建設(shè)性的建議。
內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò);IP帶寬;互聯(lián)網(wǎng);傳輸性能
近年來,P2P技術(shù)得到了大力發(fā)展,而CDN技術(shù)的應(yīng)用一度有所停滯,業(yè)界對CDN的發(fā)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(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的進一步發(fā)展,工作人員發(fā)現(xiàn)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(shù)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(yōu)點的新一代CDN產(chǎn)品。
CDN全稱為Content Deilivery Network,也就是內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。它的基本原理是避免接觸互聯(lián)網(wǎng)中對數(shù)據(jù)的傳輸速度以及傳輸穩(wěn)定性的部分,提高傳輸過程的快速性和穩(wěn)定性。它是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ),通過在各個部分設(shè)置節(jié)點服務(wù)器構(gòu)建出新的一層智能化的虛擬網(wǎng)絡(luò),使得用戶所需要的信息傳送到離用戶最近的節(jié)點服務(wù)器內(nèi)使之可就近取得。CDN的應(yīng)用會大大減輕網(wǎng)絡(luò)的擁堵情況,提高傳輸?shù)男阅堋?/p>
2.1 對視頻的高清、海量要求
現(xiàn)階段,我國的寬帶接入從開始的ADSL向FTTH進行發(fā)展的轉(zhuǎn)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(fā)展。而不同人群的口味不同,對視頻節(jié)目的需求度也不同。
隨著視頻內(nèi)容的豐富,人們希望可以搜尋到各種各樣的內(nèi)容,包括一些小眾型節(jié)目,這就要求視頻量加大,滿足海量要求。我國的視頻流量據(jù)統(tǒng)計已經(jīng)占據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量的2/3,在超寬帶時代的背景下,互聯(lián)網(wǎng)視頻的高清海量發(fā)展方向有著美好的未來。
2.2 對內(nèi)容要求多屏、多格式
接入帶寬的發(fā)展帶來的不僅僅是視頻清晰度與數(shù)量的提升,家庭帶寬的應(yīng)用也會向著多屏、多格式方向發(fā)展。視頻業(yè)務(wù)隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展不再只由電視提供,未來視頻的發(fā)展方向是在不同的終端上體驗同一種業(yè)務(wù),且體驗感覺達到一致,對多屏的要求也應(yīng)運而生。多屏業(yè)務(wù)指的是通信部門與廣電進行合作,將視頻內(nèi)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(yè)務(wù)可以在任何時間和地點保障人們利用各種播放設(shè)備來觀看節(jié)目,實現(xiàn)視頻業(yè)務(wù)在控制、承載與業(yè)務(wù)方面的完美結(jié)合,將帶給人們?nèi)碌捏w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(yīng)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(yè)務(wù)的發(fā)展對新的業(yè)務(wù)需求提供支持;②可以對未來將出現(xiàn)的新業(yè)務(wù)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(wěn)定性良好;④容量擴充時,不會影響CDN的正常工作,具備優(yōu)良的擴充容量的能力。
3.1 管道化技術(shù)
CDN向管道化方向發(fā)展是解決大量不同視頻業(yè)務(wù)分別傳送的唯一途徑,該技術(shù)的理念是在IP網(wǎng)絡(luò)上疊加新的內(nèi)容傳輸層,將CDN從應(yīng)用層面轉(zhuǎn)向傳輸層面。為了實現(xiàn)CDN的管道化,需要將CDN的各個組成部分進行明確的區(qū)分,并進行定義,分別設(shè)置內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)。內(nèi)部系統(tǒng)由媒體服務(wù)與指令、用戶調(diào)度組成,外部系統(tǒng)主要由與視頻業(yè)務(wù)有關(guān)的功能部件組成。
管道化還應(yīng)解決一個關(guān)鍵的問題——把網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)聯(lián)接口統(tǒng)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(xiàn),從而實現(xiàn)全球性質(zhì)的信息傳送與共享。
3.2 實現(xiàn)視頻格式的無關(guān)化
目前,視頻的主流格式由傳統(tǒng)的WMV、Real逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镕lv、MPG、TS等,而最開始建設(shè)的CDN是為傳統(tǒng)視頻格式服務(wù)的,達不到當(dāng)今主流視頻格式的播放要求。傳統(tǒng)的CDN是采取PUSH機制處理視頻內(nèi)容發(fā)送以及媒體服務(wù),這種機制需要進行多次分發(fā)調(diào)度,不斷對上一級節(jié)點進行定義從而處理業(yè)務(wù)。當(dāng)格式發(fā)生改變時,每一個節(jié)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(nèi)容發(fā)送模塊與媒體服務(wù)模塊進行了區(qū)分,將2個模塊進行了級聯(lián),分發(fā)模塊至需要將相關(guān)文件以固定的方法分配到下一級的節(jié)點。當(dāng)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(wǎng)絡(luò)造成影響。
3.3 自適應(yīng)流媒體
目前,網(wǎng)絡(luò)的大環(huán)境為三網(wǎng)融合,因此,用戶在體驗視頻業(yè)務(wù)時可以通過多種終端利用多屏功能實現(xiàn),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(lián)網(wǎng)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(wěn)定。相比之下,家用PC端帶寬高且十分穩(wěn)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(jù)不同的終端進行碼率的自主切換,這樣比起傳統(tǒng)進行外部系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法方便了很多。
執(zhí)行的具體過程是將內(nèi)容傳送到CDN中,CDN根據(jù)不同終端生成相應(yīng)碼率的文件,再利用索引文件將不同碼率的文件進行關(guān)聯(lián)。當(dāng)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(diào)度,形成了自適應(yīng)流的媒體。
3.4 配置合適的硬件系統(tǒng)
CDN的傳統(tǒng)硬件主要分為2種:①通用服務(wù)器。構(gòu)建成本低,但性能相對而言較差,在后期對通用服務(wù)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(tǒng)需要大規(guī)模建設(shè),成本高,需要大量的資金支持。
現(xiàn)階段,隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能不斷提高,新一代CDN主要使用的是X86架構(gòu)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(tǒng)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(shè)備性能提高了5倍以上,總花費并沒有大幅增長,經(jīng)濟性比較優(yōu)秀。
3.5 CDN調(diào)度與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合
為了使CDN的性能得到提高,對其優(yōu)化的關(guān)鍵點在于用戶的請求調(diào)度方面。因為網(wǎng)絡(luò)變化的速度比較快,對網(wǎng)絡(luò)中狀態(tài)參數(shù)的采集難以實現(xiàn)。
因此,通常情況下,CDN一般不以網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)作為調(diào)度參數(shù)。涉及到狀態(tài)參數(shù)的CDN產(chǎn)品一般采用的是基于應(yīng)用層的探測技術(shù),主動去了解網(wǎng)絡(luò)狀態(tài),這種方法對應(yīng)用層的探測使得網(wǎng)絡(luò)的負擔(dān)較重,且僅僅是對用戶DNS與用戶本身近距離情況下的假設(shè),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(shù),該技術(shù)作為IETF的一個正在實行標準化的協(xié)議,是根據(jù)運營商的網(wǎng)絡(luò)進行策略的計算,不會加重網(wǎng)絡(luò)的負擔(dān),對網(wǎng)絡(luò)中路徑的定位給比較準確,使用起來有著很大的優(yōu)越性。
隨著近期互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,CDN作為一項重要的技術(shù)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(gòu)進行升級與更新,因此,新一代CDN需要引入關(guān)鍵性的新技術(shù),提高自身的可擴展性,實現(xiàn)接口標準化,真正地適應(yīng)時代變化的需要。各種的通信運營商都在積極建設(shè)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(qū)動下,一定會得到更進一步的發(fā)展。
[1]陳益,林寶成,李鑫.廣電網(wǎng)絡(luò)融合視頻分發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)劃研究[J].廣播與電視技術(shù),2015(04).
[2]李娜.IPTV CDN內(nèi)容調(diào)度策略研究[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用,2014(23).
[3]梁潔,陳戈.海量、高清、多屏視頻驅(qū)動下的新一代CDN設(shè)計[J].廣東通信技術(shù),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