移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商CDN下沉建設(shè)思路

文/閆德生

1 研究背景

CDN的全稱是Content Delivery Network，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)各處放置節(jié)點(diǎn)服務(wù)器所構(gòu)成的在現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的一層智能虛擬網(wǎng)絡(luò)，CDN系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量和各節(jié)點(diǎn)的連接、負(fù)載狀況以及到用戶的距離和響應(yīng)時(shí)間等綜合信息將用戶的請(qǐng)求重新導(dǎo)向離用戶最近的服務(wù)節(jié)點(diǎn)上。其目的是使用戶可就近取得所需內(nèi)容，解決Internet網(wǎng)絡(luò)擁擠的狀況，提高用戶訪問(wèn)網(wǎng)站的響應(yīng)速度。

大視頻對(duì)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)體驗(yàn)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)：大視頻高帶寬、高并發(fā)、高感知的要求，對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提出更高要求，單純的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容將帶來(lái)巨大的投資成本增加，移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)的傳輸帶寬猛增，傳輸層級(jí)較多，單純的傳輸擴(kuò)容方式已無(wú)法支持后續(xù)的發(fā)展。高帶寬應(yīng)用感知嚴(yán)重依賴距離：4K業(yè)務(wù)流暢播放速率要求超過(guò)20Mbps，對(duì)于VR、直播等視頻業(yè)務(wù)，需要將RTT降到20ms以下，才能保證良好的用戶體驗(yàn)。

目前移動(dòng)用戶的訪問(wèn)請(qǐng)求均由省會(huì)節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，各省移動(dòng)用戶的流量均匯聚到省核心節(jié)點(diǎn)，隨著移動(dòng)業(yè)務(wù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，勢(shì)必會(huì)給省核心節(jié)點(diǎn)帶來(lái)負(fù)載壓力；省核心節(jié)點(diǎn)部署與用戶仍存在一定的傳輸距離，對(duì)于時(shí)延敏感型業(yè)務(wù)（如VR）來(lái)說(shuō)，過(guò)長(zhǎng)的傳輸距離不利于保證提供高質(zhì)量的服務(wù)。

5G標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)天然支持CDN向移動(dòng)側(cè)下沉，5G標(biāo)準(zhǔn)定義的核心網(wǎng)架構(gòu)天然支持本地流量卸載，進(jìn)而支持CDN面向移動(dòng)側(cè)的下沉部署。

在以上背景下，CDN網(wǎng)絡(luò)需進(jìn)一步下沉才能更好地滿足高品質(zhì)業(yè)務(wù)服務(wù)的需求。CDN節(jié)點(diǎn)有必要面向移動(dòng)側(cè)下沉，為移動(dòng)用戶提供高質(zhì)量的內(nèi)容分發(fā)服務(wù)，有效支撐新業(yè)務(wù)的開(kāi)展。

2 CDN下沉建設(shè)方案

2.1 網(wǎng)關(guān)下沉方案

伴隨著網(wǎng)關(guān)的下沉，移動(dòng)用戶接入CMNΕT的位置也同步下沉，進(jìn)而為移動(dòng)用戶提供服務(wù)的CDN節(jié)點(diǎn)也可以部署在更低層級(jí)。

可采取基于下沉網(wǎng)關(guān)位置，利用現(xiàn)有地市（區(qū)縣）節(jié)點(diǎn)為移動(dòng)用戶提供服務(wù)及在下沉網(wǎng)關(guān)機(jī)房同址部署服務(wù)節(jié)點(diǎn)兩種方式。

調(diào)度機(jī)制如下：根據(jù)下沉網(wǎng)關(guān)IP地址，移動(dòng)用戶的訪問(wèn)請(qǐng)求由CDN區(qū)域調(diào)度中心調(diào)度至對(duì)應(yīng)邊緣服務(wù)節(jié)點(diǎn)或旁掛的服務(wù)節(jié)點(diǎn)。

用戶訪問(wèn)內(nèi)容時(shí)，用戶的訪問(wèn)請(qǐng)求通過(guò)下沉網(wǎng)關(guān)出口到達(dá)邊緣節(jié)點(diǎn)，并由邊緣節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。

內(nèi)容回源方式為：當(dāng)邊緣節(jié)點(diǎn)未命中，向上級(jí)發(fā)起回源請(qǐng)求。

2.2 拉遠(yuǎn)網(wǎng)關(guān)+本地緩存方案

MCDN管控平臺(tái)作為遠(yuǎn)端模塊下移部署，滿足各種MCDN下移部署要求，并支持本地流量分流；集中的監(jiān)聽(tīng)和計(jì)費(fèi)控制，由MCDN管控平臺(tái)統(tǒng)計(jì)本地分流流量并將話單信息上報(bào)至核心網(wǎng)；用戶被監(jiān)聽(tīng)后，核心網(wǎng)通知MCDN管控平臺(tái)對(duì)該用戶關(guān)閉本地分流特性。

方案優(yōu)勢(shì)如下：

（1）支持本地/互聯(lián)網(wǎng)同時(shí)訪問(wèn)，通過(guò)配置本地分流策略，實(shí)現(xiàn)靈活的用戶請(qǐng)求調(diào)度；

（2）下沉的CDN緩存服務(wù)器具備回源能力并能夠被核心節(jié)點(diǎn)管理；

（3）MCDN管控平臺(tái)與核心網(wǎng)接口自動(dòng)關(guān)聯(lián)，簡(jiǎn)化運(yùn)維 ；

（4）按流量、按內(nèi)容精準(zhǔn)計(jì)費(fèi)，支持監(jiān)聽(tīng)；（5）符合未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)趨勢(shì)；

（6）MCDN節(jié)點(diǎn)可獨(dú)立部署（Cache模式），同時(shí)也支持與內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，接受內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)OMS/TCS的調(diào)度運(yùn)營(yíng)管理，并可從上級(jí)邊緣節(jié)點(diǎn)或內(nèi)容中心回源，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)面向移動(dòng)網(wǎng)的分發(fā)能力拓展。

終端從MCDN節(jié)點(diǎn)獲取內(nèi)容的調(diào)度流程可以有兩種模式：

（1）本地分流模式：通過(guò)在MCDN管控平臺(tái)配置本地調(diào)度策略將特定用戶的請(qǐng)求引導(dǎo)至MCDN節(jié)點(diǎn)；

（2）全局調(diào)度模式：通過(guò)內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)的TCS及LTC將用戶請(qǐng)求調(diào)度至MCDN節(jié)點(diǎn)；

2.3 拉遠(yuǎn)網(wǎng)關(guān)+固網(wǎng)CDN

滿足分流策略的用戶請(qǐng)求由邊緣防火墻轉(zhuǎn)發(fā)，CDN調(diào)度可根據(jù)邊緣防火墻IP地址識(shí)別用戶歸屬區(qū)域，并調(diào)度至最優(yōu)節(jié)點(diǎn)；

RGW支持記錄分流部分訪問(wèn)流量并上報(bào)至ΕPC用于統(tǒng)計(jì)計(jì)費(fèi)信息；

RGW支持接收ΕPC下發(fā)的策略配置。方案優(yōu)勢(shì)如下：

實(shí)現(xiàn)了CDN的固移融合，通過(guò)重用固網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，避免了單點(diǎn)引入造成的資源浪費(fèi)；

基于CDN的調(diào)度機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)更靈活、精準(zhǔn)的調(diào)度；

RGW支持計(jì)費(fèi)信息同步和接受策略配置；支持面向CU分離和5GC架構(gòu)演進(jìn)。

3 建設(shè)方案分析

三種建設(shè)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，分析比較如下：

3.1 方案一：網(wǎng)關(guān)下沉

說(shuō)明：基于移動(dòng)核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)下沉環(huán)境，由與下沉網(wǎng)關(guān)同級(jí)別的CDN節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。

優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)現(xiàn)網(wǎng)改造小，不需要新增設(shè)備；（2）可采用現(xiàn)有CDN節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，業(yè)務(wù)上線塊；

（3）不影響移動(dòng)側(cè)計(jì)費(fèi)、策略等信息管理；

缺點(diǎn)：

（1）需要考慮移動(dòng)機(jī)房資源；

（2）引入新網(wǎng)元，涉及現(xiàn)網(wǎng)改造；

（3）節(jié)點(diǎn)部署在核心網(wǎng)，不利于接受CDN的統(tǒng)一管理和調(diào)度。

3.2 方案二：拉遠(yuǎn)網(wǎng)關(guān)+本地緩存

說(shuō)明：拉遠(yuǎn)網(wǎng)關(guān)及CDN節(jié)點(diǎn)均部署在基站與ΕPC之間。

優(yōu)點(diǎn)：

（1）CDN節(jié)點(diǎn)離移動(dòng)用戶最近且部署位置靈活；

（2）可基于邊緣計(jì)算平臺(tái)以虛擬化方式實(shí)現(xiàn)，與拉遠(yuǎn)網(wǎng)關(guān)共資源池；

（3）支持面向5G平滑升級(jí)。缺點(diǎn)：

（1）需要考慮移動(dòng)機(jī)房資源；

（2）引入新網(wǎng)元，涉及現(xiàn)網(wǎng)改造；

（3）節(jié)點(diǎn)部署在核心網(wǎng)，不利于接受CDN的統(tǒng)一管理和調(diào)度；

3.3 方案三：拉遠(yuǎn)網(wǎng)關(guān)+固網(wǎng)CDN

說(shuō)明：移動(dòng)流量經(jīng)拉遠(yuǎn)網(wǎng)關(guān)分流后經(jīng)由本地防火墻轉(zhuǎn)發(fā)至合適的CDN節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。

優(yōu)點(diǎn)：

（1）節(jié)點(diǎn)下沉的位置靈活；

（2）可利用現(xiàn)網(wǎng)CDN節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)、或在固網(wǎng)機(jī)房部署CDN節(jié)點(diǎn)，不受移動(dòng)機(jī)房資源限制；

（3）CDN節(jié)點(diǎn)支持固移融合，可直接納入CDN架構(gòu)中接受統(tǒng)一調(diào)度和管理。

缺點(diǎn)：

（1）引入拉遠(yuǎn)網(wǎng)關(guān)，涉及現(xiàn)網(wǎng)改造，并需要移動(dòng)機(jī)房具備部署條件；

（2）整體架構(gòu)涉及跨域部署，需協(xié)調(diào)多部門(mén)資源；