借力P2P技術(shù)運(yùn)營(yíng)商如何謀劃霧CDN？

中國(guó)聯(lián)通集團(tuán)|馮駿

中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院|孫莉

近年來(lái)，視頻業(yè)務(wù)和用戶規(guī)模迅猛增長(zhǎng)，其中4K、VR等超高清視頻業(yè)務(wù)成為發(fā)展趨勢(shì)，超高清視頻對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲和抖動(dòng)的變化極為敏感，為了滿足超高清用戶的體驗(yàn)，要求網(wǎng)絡(luò)具有低時(shí)延、高性能，需要CDN服務(wù)器更加接近用戶。另外，隨著接入技術(shù)的發(fā)展，入戶速率由之前的2M～8M提升為100M光纖入戶，用戶的上行帶寬目前處于閑置狀態(tài)，同時(shí)家庭終端也日漸智能化，可以安裝各種智能應(yīng)用插件部署新的業(yè)務(wù)功能，各種終端的處理能力、存儲(chǔ)能力、計(jì)算能力都在增強(qiáng)，并且在閑時(shí)有很多富裕的資源可用。由此，P2P CDN應(yīng)運(yùn)而生。

P2P CDN是指用P2P的方式組織節(jié)點(diǎn)設(shè)備，通過(guò)在家庭終端機(jī)頂盒或者家庭網(wǎng)關(guān)上安裝軟件插件，不對(duì)硬件變更，實(shí)現(xiàn)CDN的邊緣節(jié)點(diǎn)延伸下沉至家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，并將CDN的管理機(jī)制和服務(wù)能力引入P2P網(wǎng)絡(luò)。

P2P CDN為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)的益處

運(yùn)營(yíng)商部署P2P CDN技術(shù)，可以帶來(lái)的益處如下。

1．減少CDN部署規(guī)模，節(jié)省成本

由于用戶訪問(wèn)的資源更多地從距離用戶較近的終端上獲取，而不是從CDN節(jié)點(diǎn)去獲取內(nèi)容，從而可以大幅緩解邊緣CDN節(jié)點(diǎn)資源及城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)資源。

2．提升用戶體驗(yàn)

由于P2P CDN用戶的大部分內(nèi)容資源可在距離其很近的同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)終端上，或在距離其較近的城域網(wǎng)內(nèi)的其他終端上獲取，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延大大降低，從而提升了用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，增加用戶滿意度。

3．充分利用閑置上行帶寬，增加收益

寬帶網(wǎng)絡(luò)目前主要為用戶開(kāi)通下行的帶寬，而上行帶寬尚未開(kāi)放給用戶。通過(guò)管理開(kāi)放上行帶寬能力，為P2P CDN的終端提供上傳內(nèi)容的服務(wù)，通過(guò)一定的商業(yè)模式，將內(nèi)容分發(fā)資源租用給CP/SP，從而創(chuàng)造新的業(yè)務(wù)收入。

圖1 P2P CDN系統(tǒng)組成

P2P CDN系統(tǒng)組成

P2P CDN系統(tǒng)包括兩大部分：前端系統(tǒng)和后端系統(tǒng)。前端系統(tǒng)是P2P CDN節(jié)點(diǎn)，即安裝了插件的機(jī)頂盒或者家庭網(wǎng)關(guān)的終端組成。后端系統(tǒng)是P2P CDN的后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)或平臺(tái)，包含訪問(wèn)調(diào)度、資源預(yù)部署、統(tǒng)計(jì)等功能模塊組成。P2P CDN系統(tǒng)組成圖如1所示。

P2P CDN后端系統(tǒng)的主要功能模塊包括如下幾個(gè)部分。

●資源預(yù)部署：把內(nèi)容按照需求進(jìn)行內(nèi)容分發(fā)到P2P服務(wù)模塊。

●調(diào)度控制：根據(jù)訪問(wèn)需求調(diào)度到最優(yōu)的Peer節(jié)點(diǎn)。

●統(tǒng)計(jì)：收集peer點(diǎn)的相關(guān)信息，進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

●安裝了客戶端SDK的機(jī)頂盒、PC、移動(dòng)設(shè)備（手機(jī)、平板電腦等）等客戶端設(shè)備。

P2P CDN前端系統(tǒng)主要功能模塊包括如下幾個(gè)部分。

●P2P服務(wù)模塊：提供P2P下載的節(jié)點(diǎn)，即安裝了P2P插件的家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

●P2P使用模塊：使用P2P下載的節(jié)點(diǎn)，即安裝了客戶端插件的機(jī)頂盒、PC移動(dòng)設(shè)備。

P2P CDN系統(tǒng)部署和業(yè)務(wù)流程

在部署P2P CDN時(shí)，需要和現(xiàn)網(wǎng)的IPTV的CDN進(jìn)行互聯(lián)，這樣部署的方式一方面可以更充分地利用現(xiàn)網(wǎng)CDN資源；另一方面，從保障用戶體驗(yàn)的角度，在用戶開(kāi)始點(diǎn)播的時(shí)候，可以先從現(xiàn)網(wǎng)CDN拉取一部分資源，保證用戶可以無(wú)感知播放一段時(shí)間，之后再根據(jù)調(diào)度策略從較優(yōu)peer點(diǎn)獲取，用戶訪問(wèn)資源可以在peer點(diǎn)和CDN之間進(jìn)行靈活切換。P2P CDN系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

1. 資源預(yù)部署把內(nèi)容資源預(yù)部署到P2P服務(wù)模塊，P2P模塊部署成功后，返給資源預(yù)部署，資源預(yù)部署和調(diào)度控制模塊之間同步；

2. P2P使用模塊去調(diào)度中心請(qǐng)求內(nèi)容資源；

3. 調(diào)度服務(wù)器根據(jù)資源列表返回調(diào)度選擇多個(gè)peer點(diǎn)（P2P CDN節(jié)點(diǎn)）提供服務(wù)；

4. 用戶向該peer點(diǎn)請(qǐng)求內(nèi)容；

5. peer點(diǎn)向用戶提供請(qǐng)求的內(nèi)容；

6. 若訪問(wèn)的資源沒(méi)有，則去現(xiàn)網(wǎng)CDN網(wǎng)絡(luò)去回源獲取。

圖2 P2P CDN業(yè)務(wù)流程

P2P CDN應(yīng)用場(chǎng)景

由于現(xiàn)在的機(jī)頂盒和家庭網(wǎng)關(guān)越來(lái)越智能，有操作系統(tǒng)，即可安裝插件，因此這兩種終端都可以做為P2P CDN的前端系統(tǒng)，作為peer點(diǎn)進(jìn)行資源共享。

機(jī)頂盒作為peer點(diǎn)（如圖3）

傳統(tǒng)的IPTV網(wǎng)絡(luò)，邊緣CDN一般部署在城域網(wǎng)出口CR處，機(jī)頂盒資源需要從邊緣CDN處獲取，通過(guò)接入網(wǎng)到家庭終端，最終到機(jī)頂盒，用戶的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延=CDN+家庭網(wǎng)絡(luò)+終端時(shí)延。隨著4K、8K等超高清視頻的發(fā)展，這類(lèi)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延要求苛刻，為了滿足這類(lèi)業(yè)務(wù)的用戶感知，可以把CDN的邊緣節(jié)點(diǎn)延伸至機(jī)頂盒，通過(guò)在機(jī)頂盒上安裝P2P的軟件，每一個(gè)機(jī)頂盒形成一個(gè)peer點(diǎn)，可以從別的peer點(diǎn)獲取資源，也可以從現(xiàn)網(wǎng)邊緣CDN獲取。同時(shí)也可以為別的peer點(diǎn)提供資源。更多的資源從機(jī)頂盒之間獲取，大大緩解了邊緣CDN的分發(fā)壓力；同時(shí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延大大降低，從而可以保障超高清視頻業(yè)務(wù)的用戶感知，滿足了IPTV新業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。

機(jī)頂盒作為peer點(diǎn)的業(yè)務(wù)流程（如圖4）

流程說(shuō)明：

1. 播放器收到請(qǐng)求URL，發(fā)送至播放器請(qǐng)求代理模塊，啟動(dòng)查詢模塊；

2. 查詢模塊向后端系統(tǒng)中的訪問(wèn)調(diào)度模塊發(fā)起請(qǐng)求；

3. 訪問(wèn)調(diào)度返回可用的peer點(diǎn)信息；

4. P2P使用模塊去多個(gè)peer點(diǎn)獲取內(nèi)容；

5. Peer點(diǎn)收到請(qǐng)求后，由P2P服務(wù)模塊發(fā)送內(nèi)容請(qǐng)求至P2P使用模塊；

6. P2P使用模塊把視頻流送至噴泉碼解碼模塊；

7. 噴泉碼解碼后的原始數(shù)據(jù)送至播放器代理模塊；

8. 播放器代理模塊發(fā)送至播放器，進(jìn)行視頻流播放；

圖3 機(jī)頂盒作為peer點(diǎn)

圖4 機(jī)頂盒業(yè)務(wù)流程

圖5 家庭網(wǎng)關(guān)作為peer點(diǎn)

9. 如果以上流程失敗，則播放器代理模塊去現(xiàn)網(wǎng)CDN邊緣節(jié)點(diǎn)去獲取資源。

家庭網(wǎng)關(guān)作為peer點(diǎn)（如圖5）

傳統(tǒng)的家庭網(wǎng)關(guān)，功能僅限于家庭終端的接入。隨著網(wǎng)關(guān)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)關(guān)日益智能化，搭載了操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)了手機(jī)終端APP、搭建了智能網(wǎng)關(guān)管理平臺(tái)，具備了面向未來(lái)開(kāi)放合作的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

通過(guò)在智能網(wǎng)關(guān)上安裝P2P軟件，每一個(gè)智能網(wǎng)關(guān)作為P2P服務(wù)模塊，把智能網(wǎng)關(guān)的能力進(jìn)行開(kāi)放，和內(nèi)容提供商合作，分布廣發(fā)且數(shù)量龐大的霧節(jié)點(diǎn)可作為內(nèi)容提供商的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，為內(nèi)容提供商節(jié)省了IDC機(jī)房的投入，增加了用戶數(shù)量，同時(shí)也給運(yùn)營(yíng)商增加了合作收入，構(gòu)建雙贏業(yè)務(wù)模式。

家庭網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)流程

流程說(shuō)明：

1.資源預(yù)部署模塊把熱點(diǎn)內(nèi)容部署到服務(wù)模塊，以噴泉碼編碼方式進(jìn)行存儲(chǔ)；

2.當(dāng)有業(yè)務(wù)觸發(fā)時(shí)，P2P使用模塊向調(diào)度控制模塊發(fā)起資源請(qǐng)求；

3.調(diào)度服務(wù)器根據(jù)資源列表返回調(diào)度選擇多個(gè)peer點(diǎn)（P2P CDN節(jié)點(diǎn)）提供服務(wù)；

4.P2P使用模塊向該peer點(diǎn)請(qǐng)求內(nèi)容；

5.任務(wù)管理模塊負(fù)責(zé)向P2P使用模塊把內(nèi)容發(fā)給使用模塊。

結(jié)論

隨著越來(lái)越多的終端設(shè)備集成P2P CDN功能，Peer點(diǎn)會(huì)越來(lái)越多，這部分能力分布廣泛且數(shù)量眾多，可以形成霧CDN，隨著霧節(jié)點(diǎn)的數(shù)量越來(lái)越大，霧CDN的能力將會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大，將霧CDN的資源加入到現(xiàn)網(wǎng)CDN，統(tǒng)一資源、統(tǒng)一調(diào)度，將這部分能力進(jìn)行開(kāi)放，和內(nèi)容提供商合作，開(kāi)創(chuàng)運(yùn)營(yíng)商新的業(yè)務(wù)模式。