CDN技術(shù)及其在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

宋文杰

（山東省招遠(yuǎn)市廣播電視臺(tái)，招遠(yuǎn) 265400）

CDN技術(shù)及其在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

宋文杰

（山東省招遠(yuǎn)市廣播電視臺(tái)，招遠(yuǎn) 265400）

本文首先結(jié)合目前廣電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r對(duì)其業(yè)務(wù)發(fā)展的瓶頸進(jìn)行了分析，然后對(duì)CDN的背景、關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)等進(jìn)行了詳細(xì)闡述，最后對(duì)CDN技術(shù)在廣電中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

CDN技術(shù)；廣電網(wǎng)絡(luò)；視頻服務(wù)；負(fù)載均衡

1 引言

在三網(wǎng)融合的大力推動(dòng)之下，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展形成的跨界融合不斷深入，互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)面向大眾提供的業(yè)務(wù)、應(yīng)用、服務(wù)也在不斷發(fā)生著新的變革。經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的不斷發(fā)展，廣電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，網(wǎng)上業(yè)務(wù)量成倍遞增，造成了對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的大量需求，網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)中普遍的延遲與等待也導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)擁塞、服務(wù)器過(guò)載等問(wèn)題。提高數(shù)據(jù)傳輸速度，緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞便成為廣電雙向網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新挑戰(zhàn)，亟需尋找一種能夠支撐高清時(shí)代和龐大的流媒體數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的技術(shù)。CDN技術(shù)能夠改變數(shù)據(jù)內(nèi)容的分發(fā)方式，從而大大提升傳輸速度和減少時(shí)延，成為目前公認(rèn)的解決廣電網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸瓶頸的“良藥”，為廣電運(yùn)營(yíng)商的業(yè)務(wù)發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī)。

2 廣電業(yè)務(wù)發(fā)展的瓶頸

目前，全國(guó)大部分地區(qū)的廣電前端數(shù)字化整改和雙向網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)基本完成，使得廣電的VoD業(yè)務(wù)有了快速發(fā)展的條件。相比互聯(lián)網(wǎng)的VoD業(yè)務(wù)，未來(lái)廣電的VoD業(yè)務(wù)將具有高清晰度、高體驗(yàn)度、高安全度的特點(diǎn)，而且正在向3D方向發(fā)展。但目前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，主要問(wèn)題如下：

2.1 FTTH計(jì)劃對(duì)CATV業(yè)務(wù)的影響

有線電視業(yè)務(wù)在各地區(qū)的覆蓋率基本都在80%以上，有些地區(qū)更是達(dá)到了90%以上的覆蓋率。有線電視網(wǎng)CATV在部署時(shí)，同時(shí)發(fā)展了當(dāng)?shù)氐膶拵Ы尤霕I(yè)務(wù)，給廣電帶來(lái)了不少的收益。但近幾年寬帶的大幅度提速，中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通的FTTH技術(shù)對(duì)有線電視的寬帶接入業(yè)務(wù)帶來(lái)了沖擊。

2.2 電信的IPTV率先結(jié)合CDN

電信的IPTV業(yè)務(wù)很早就選擇用CDN將內(nèi)容從中心推到靠近用戶(hù)的邊緣，使用戶(hù)可以就近取得所需的內(nèi)容，不但提高了用戶(hù)訪問(wèn)內(nèi)容的性能，而且減輕了中心設(shè)備和骨干網(wǎng)絡(luò)的壓力。目前，電信正在研究將CDN，P2P等技術(shù)整合，進(jìn)一步加快IPTV的傳輸速度。電信運(yùn)營(yíng)商將寬帶接入、固話、3G上網(wǎng)、IPTV等業(yè)務(wù)打包推廣，銷(xiāo)售手段靈活多樣，這將給廣電未來(lái)的發(fā)展帶來(lái)很大影響。

2.3 廣電網(wǎng)絡(luò)擁塞嚴(yán)重

安全播出是廣電音視頻業(yè)務(wù)的重頭戲，但現(xiàn)在大部分廣電的業(yè)務(wù)都是用傳統(tǒng)的IP數(shù)據(jù)城域網(wǎng)來(lái)傳輸，數(shù)據(jù)量大時(shí)很容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。雖然目前的萬(wàn)兆骨干城域網(wǎng)能夠暫時(shí)滿(mǎn)足互動(dòng)電視業(yè)務(wù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、辦公業(yè)務(wù)、大客戶(hù)專(zhuān)線等業(yè)務(wù)的需要，但多種數(shù)據(jù)的混雜容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟话踩?。這樣的傳輸模式不利于廣電網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的擴(kuò)展性發(fā)展。

VoD業(yè)務(wù)平臺(tái)是目前構(gòu)成雙向互動(dòng)視頻的最基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，這個(gè)平臺(tái)能夠提供出很多的增值業(yè)務(wù)，是三網(wǎng)融合中廣電的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。限于中國(guó)目前寬帶的速度，要想發(fā)展更高用戶(hù)體驗(yàn)的VoD業(yè)務(wù)，就必須依賴(lài)CDN。利用云存儲(chǔ)和CDN的熱點(diǎn)分發(fā)技術(shù)，能滿(mǎn)足未來(lái)發(fā)展的需要，降低成本和復(fù)雜度，最大限度地增加網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)容量。

3 CDN簡(jiǎn)介

CDN的全稱(chēng)是Content Delivery Network，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。其概念由美國(guó)麻省理工學(xué)院在1996年提出，如今在國(guó)內(nèi)外已有很多企業(yè)和服務(wù)商使用CDN技術(shù)來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。CDN技術(shù)將多點(diǎn)負(fù)載均衡、路由和緩存技術(shù)結(jié)合起來(lái)，利用智能分配技術(shù)將內(nèi)容按來(lái)訪用戶(hù)的地點(diǎn)，就近訪問(wèn)的原則分配到多個(gè)節(jié)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)不同，用戶(hù)請(qǐng)求不直接指向基于網(wǎng)絡(luò)地址的原始服務(wù)器，而由CDN業(yè)務(wù)提供了一個(gè)服務(wù)層，補(bǔ)充和延伸了因特網(wǎng)，把頻繁訪問(wèn)的內(nèi)容盡可能向用戶(hù)推進(jìn)，還提供了按內(nèi)容進(jìn)行流量轉(zhuǎn)發(fā)的新能力，把路由導(dǎo)引到最佳服務(wù)器上，使用戶(hù)動(dòng)態(tài)獲得需要的內(nèi)容。它改變了給使用者信息的方式，從被動(dòng)的內(nèi)容恢復(fù)轉(zhuǎn)為主動(dòng)的內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)。

CDN的核心技術(shù)是邊緣訪問(wèn)和透明訪問(wèn)。在以前它主要用于Web訪問(wèn)加速，只支持HTTP/FTP協(xié)議，而隨著國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了流媒體業(yè)務(wù)，CDN開(kāi)始支持MMS/RTSP等協(xié)議，從而得到了很大的發(fā)展，有時(shí)也稱(chēng)其為MDN（Media Delivery Network）。

CDN的用戶(hù)包括ISP、媒體網(wǎng)站、ICP、大中型企業(yè)、電子商務(wù)網(wǎng)站和政府網(wǎng)站，他們對(duì)CDN功能的需求有：多個(gè)站點(diǎn)之間發(fā)布內(nèi)容；了解各節(jié)點(diǎn)的健康、負(fù)載狀態(tài)；將用戶(hù)請(qǐng)求路由到合適的內(nèi)容所在節(jié)點(diǎn)；在節(jié)點(diǎn)內(nèi)分擔(dān)負(fù)載；快速響應(yīng)用戶(hù)請(qǐng)求的緩存；支持流媒體應(yīng)用的緩存。利用CDN技術(shù)，CDN用戶(hù)無(wú)需投資昂貴的各類(lèi)服務(wù)器和設(shè)立分站點(diǎn)，只需通過(guò)與CDN合作，由CDN負(fù)責(zé)將信息傳遞，保證信息正常傳輸和維護(hù)傳送網(wǎng)絡(luò)，而網(wǎng)站只需要維護(hù)內(nèi)容，不需要考慮流量問(wèn)題，既節(jié)約了成本，又提高了效率。

4 CDN的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 負(fù)載均衡技術(shù)

CDN負(fù)載均衡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)CDN的內(nèi)容路由功能，其作用是將用戶(hù)的請(qǐng)求導(dǎo)向整個(gè)CDN網(wǎng)絡(luò)中的最佳節(jié)點(diǎn)。最佳節(jié)點(diǎn)的選定可根據(jù)多種策略，例如距離最近、節(jié)點(diǎn)負(fù)載最輕等。負(fù)載均衡系統(tǒng)是整個(gè)CDN的核心，負(fù)載均衡的準(zhǔn)確性和效率直接決定了整個(gè)CDN的效率和性能。負(fù)載均衡可分為全局負(fù)載均衡和本地負(fù)載均衡兩個(gè)層次。

全局負(fù)載均衡的主要目的是在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)將用戶(hù)的請(qǐng)求定向到最近的節(jié)點(diǎn)（或者區(qū)域），因此，就近判斷是全局負(fù)載均衡的主要功能。為執(zhí)行就近判斷，通常采用靜態(tài)的配置或動(dòng)態(tài)的檢測(cè)。

本地負(fù)載均衡局限于一定的區(qū)域內(nèi)，其目標(biāo)是在特定區(qū)域內(nèi)尋找一臺(tái)最適合的節(jié)點(diǎn)服務(wù)器提供服務(wù)，因此，POP（points-of-presence）節(jié)點(diǎn)的健康性、負(fù)載情況、支持的媒體格式等運(yùn)行狀態(tài)，是本地負(fù)載均衡進(jìn)行決策的主要依據(jù)。為執(zhí)行有效的決策，需要實(shí)時(shí)地獲取POP節(jié)點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。獲取的方法一般有主動(dòng)探測(cè)和協(xié)議交互兩種。

4.2 內(nèi)容分發(fā)技術(shù)

內(nèi)容發(fā)布主要借助于建立索引、緩存、流分裂、組播等技術(shù)，將內(nèi)容發(fā)布或者投遞到離用戶(hù)最近的遠(yuǎn)程服務(wù)點(diǎn)處，主要分為PUSH和PULL兩種分發(fā)模式。在PUSH的分發(fā)模式中，內(nèi)容管理系統(tǒng)發(fā)起傳輸，將內(nèi)容從中心媒資服務(wù)器分發(fā)的各個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)，一般分發(fā)的是熱點(diǎn)內(nèi)容；PULL模式是被動(dòng)分發(fā)，通常由用戶(hù)的請(qǐng)求發(fā)起傳輸，分發(fā)的內(nèi)容是基于個(gè)人需求。

4.3 內(nèi)容存儲(chǔ)技術(shù)

由于CDN系統(tǒng)中分為中心媒資服務(wù)器和遠(yuǎn)程服務(wù)點(diǎn)，所以需要考慮兩方面的存儲(chǔ)。中心媒資服務(wù)器中的數(shù)據(jù)規(guī)模和吞吐量都很大，一般用NAS等海量存儲(chǔ)架構(gòu)。PoP節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)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(wěn)定性的保證，所以采用獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列（RAID）技術(shù)較多。

4.4 內(nèi)容管理技術(shù)

它通過(guò)內(nèi)部和外部監(jiān)控系統(tǒng)，獲取網(wǎng)絡(luò)部件的狀況信息，測(cè)量?jī)?nèi)容發(fā)布的端到端性能（如包丟失、延時(shí)、平均帶寬、啟動(dòng)時(shí)間、幀速率等），保證網(wǎng)絡(luò)處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)。能夠減輕服務(wù)器的壓力，并提升網(wǎng)站的性能和可擴(kuò)展性。

5 CDN技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

5.1 CDN技術(shù)特點(diǎn)

⊙ 根據(jù)用戶(hù)的地理位置和連接帶寬，讓用戶(hù)連接到最近的服務(wù)器上去，使訪問(wèn)速度快。

⊙ 全局負(fù)載平衡，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的性能與質(zhì)量。

⊙ 熱點(diǎn)內(nèi)容主動(dòng)傳送，自動(dòng)跟蹤，自動(dòng)更新。

⊙ 網(wǎng)絡(luò)具有高可靠、可用性，能容錯(cuò)且很容易擴(kuò)展。

⊙ 無(wú)縫地集成到原有的網(wǎng)絡(luò)和站點(diǎn)上去。

5.2 CDN技術(shù)優(yōu)勢(shì)

⊙ 可減少網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗，減少網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的延遲和用戶(hù)響應(yīng)時(shí)間，提高網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)站內(nèi)容的可用性。

⊙ 提高網(wǎng)站資源的管理控制能力，智能分配路由和進(jìn)行流量管理。

⊙ 發(fā)送的內(nèi)容受到保護(hù)，未授權(quán)的用戶(hù)不能修改。

⊙ 內(nèi)容提供商可在本地自己決定服務(wù)的內(nèi)容，內(nèi)容是動(dòng)態(tài)的。

⊙ 內(nèi)容提供商在降低成本的同時(shí)，提高了服務(wù)質(zhì)量，提供的內(nèi)容更多、速度更快。

⊙ 可線性、平滑地增加新的設(shè)備，保護(hù)原有的投資。

6 CDN在廣電中的應(yīng)用

6.1 交互式廣播視頻業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

目前，有線電視運(yùn)營(yíng)商可提供的節(jié)目多達(dá)幾百套，但是80%的用戶(hù)基本上只收看其中的20%左右。若將幾百套節(jié)目都“廣播”給全體有線電視用戶(hù)，無(wú)疑將占用大量的頻譜資源和網(wǎng)絡(luò)資源，而且其中大部分節(jié)目是很少被收看的。于是，交互式廣播視頻業(yè)務(wù)應(yīng)運(yùn)而生。

交互式廣播視頻業(yè)務(wù)把節(jié)目分為熱點(diǎn)節(jié)目和非熱點(diǎn)節(jié)目，將屬于非熱點(diǎn)節(jié)目定為交互式廣播視頻業(yè)務(wù)節(jié)目，不傳送給所有的有線電視用戶(hù)，而只被傳送到所有的有線電視前端和分前端，一旦用戶(hù)選擇了其中的交互式廣播視頻業(yè)務(wù)的頻道節(jié)目，可用IP組播的方式，通過(guò)千兆光以太網(wǎng)，傳送到有線電視前端或分前端的千兆交換機(jī)，將該節(jié)目送至與用戶(hù)相關(guān)聯(lián)的邊沿QAM調(diào)制解調(diào)器，并由此廣播給相關(guān)業(yè)務(wù)組的所有有線電視用戶(hù)。

6.2 基于骨干網(wǎng)的視音頻服務(wù)中的應(yīng)用

隨著CDN技術(shù)的推廣和普及，愈來(lái)愈多的第三方，特別是有節(jié)目制作能力的機(jī)構(gòu)和公司，會(huì)以“over the-top”方式，向用戶(hù)提供視、音頻服務(wù)。不過(guò)，第三方必須建立服務(wù)前端并將它與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的骨干網(wǎng)相連接。對(duì)于擁有骨干網(wǎng)的有線電視運(yùn)營(yíng)商而言，如能將眾多的第三方服務(wù)提供商吸引到其骨干網(wǎng)上，不僅能獲取相應(yīng)的業(yè)務(wù)費(fèi)用，而且更重要的是，它能建立一個(gè)IP視音頻節(jié)目網(wǎng)，一方面推動(dòng)其有線寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展，另一方面與電信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)談判寬帶網(wǎng)絡(luò)的對(duì)等互連，從而進(jìn)一步降低其寬帶運(yùn)營(yíng)成本。CDN技術(shù)的這種應(yīng)用對(duì)擁有骨干網(wǎng)的有線電視運(yùn)營(yíng)商和第三方服務(wù)提供商來(lái)說(shuō)，能產(chǎn)生雙贏效果。這一點(diǎn)對(duì)于擁有IP骨干網(wǎng)和眾多節(jié)目制作能力的電視臺(tái)的我國(guó)廣電而言尤其有積極的意義。

6.3 有線數(shù)字電視業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

CDN技術(shù)可為有線數(shù)字電視業(yè)務(wù)提供新的業(yè)務(wù)形式，如有線數(shù)字電視DVR業(yè)務(wù)、基于網(wǎng)絡(luò)的PVR業(yè)務(wù)等。有線數(shù)字電視DVR業(yè)務(wù)能讓有線電視運(yùn)營(yíng)商將一些視頻節(jié)目推送到帶有硬盤(pán)DVR功能的STB中，供用戶(hù)在方便的時(shí)候選看，它也能讓用戶(hù)錄存正在或?qū)⒁シ诺墓?jié)目?；诰W(wǎng)絡(luò)的PVR業(yè)務(wù)能讓用戶(hù)進(jìn)行預(yù)先設(shè)置，將想看的又即將要播的節(jié)目在播出時(shí)錄存于運(yùn)營(yíng)商的視頻服務(wù)器中，當(dāng)用戶(hù)出差或旅行時(shí)，便能用PC機(jī)或IPSTB遠(yuǎn)程地收看其想看的節(jié)目。

6.4 CDN在廣電應(yīng)用實(shí)例

青島廣電和江蘇廣電已經(jīng)率先將CDN技術(shù)應(yīng)用在廣電系統(tǒng)中，并取得了不錯(cuò)的成果。青島廣電的IP城域網(wǎng)建設(shè)的比較早，最初有兩臺(tái)核心路由器，網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力較大。為了能夠適應(yīng)未來(lái)VoD等其他業(yè)務(wù)的需要，青島有線選擇了某公司基于100G平臺(tái)的數(shù)據(jù)中心交換機(jī)S12500構(gòu)建新一代的IP城域網(wǎng)，構(gòu)成新的視頻分發(fā)平面，某公司S12500負(fù)責(zé)所有機(jī)頂盒IPoE的認(rèn)證和信息的轉(zhuǎn)發(fā)，并且接入IPQAM，參與視頻業(yè)務(wù)的分發(fā)和推流。江蘇廣電則與某公司攜手，共同建設(shè)了基于CDN的新一代視頻分發(fā)專(zhuān)網(wǎng)，主要采用了該公司的CR16000出口路由器設(shè)備，建設(shè)自己的視頻分發(fā)平臺(tái)，大大提升了視頻分發(fā)處理的速度。

7 結(jié)束語(yǔ)

CDN技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在廣電中得到了廣泛的應(yīng)用，豐富了廣電的業(yè)務(wù)，拓寬了廣電的市場(chǎng)規(guī)模，給廣電帶來(lái)了良好的市場(chǎng)前景和重大的商業(yè)機(jī)遇。同時(shí)，三網(wǎng)融合已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，在三網(wǎng)融合之后，廣電網(wǎng)絡(luò)中的信息種類(lèi)將會(huì)更加龐雜，業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)更加多樣化，數(shù)據(jù)流量存儲(chǔ)也會(huì)更加龐大。而CDN技術(shù)剛好具有強(qiáng)大的資源動(dòng)態(tài)管理、全局負(fù)載均衡和協(xié)作式內(nèi)容分發(fā)等能力，可解決傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)模式的問(wèn)題，提供更好的服務(wù)規(guī)模和服務(wù)質(zhì)量，從而成為未來(lái)廣電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要推動(dòng)力。

[1] 宋家友，桑紅濤．CDN技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J]．電視技術(shù)，2005(6):75-77

[2] 韓強(qiáng)．內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（CDN）簡(jiǎn)析[J]．中國(guó)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(shù)工作。