基于5G大視頻業(yè)務(wù)的運(yùn)營商智能CDN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)探討

1 概述

運(yùn)營商CDN網(wǎng)絡(luò)依靠部署在運(yùn)營商基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)之上的邊緣服務(wù)器，通過集中的中心平臺(tái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡、調(diào)度和內(nèi)容分發(fā)等功能，使用戶能快速獲取所需要的服務(wù)，緩解網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況，提高用戶訪問資源的響應(yīng)速度、改善用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)，已經(jīng)成為運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中不可缺少的重要組成部分。CDN主要功能就是讓在不同地點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)用戶，無需等待或者卡頓就可以迅速訪問所需要的內(nèi)容。作為構(gòu)建在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上的智能網(wǎng)絡(luò),內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)用戶端與服務(wù)端之間數(shù)據(jù)的高效傳輸。

隨著5G時(shí)代的到來，信息視頻化和視頻超高清化已經(jīng)成為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大趨勢。5G網(wǎng)絡(luò)初期主要以eMBB場景為主，而移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)是eMBB場景中的典型業(yè)務(wù)，移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中所占的比重越來越高,移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量將進(jìn)一步爆發(fā)，從增長情況和規(guī)模來看,據(jù)相關(guān)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2016年至2021年，6年時(shí)間全球視頻流量以31%年復(fù)合增長率增長，視頻流量將是一個(gè)龐大的數(shù)字；從技術(shù)演進(jìn)來看，隨著5G終端的普及、基站的覆蓋以及相關(guān)技術(shù)的成熟，視頻已經(jīng)從標(biāo)清/高清進(jìn)入4K/8K超高清、VR/AR時(shí)代，視頻流量的快速增長對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲、數(shù)據(jù)傳輸速率提出了更高的要求，給現(xiàn)有運(yùn)營商CDN網(wǎng)絡(luò)帶來了巨大挑戰(zhàn)，需要改造現(xiàn)網(wǎng)來滿足低時(shí)延、大帶寬、多樣化以及高質(zhì)量視頻服務(wù)，以便為用戶提供更優(yōu)的服務(wù)質(zhì)量體驗(yàn)。

1.1 CDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

運(yùn)營商CDN網(wǎng)絡(luò)采用3層架構(gòu)：內(nèi)容管理層、調(diào)度分發(fā)層、邊緣服務(wù)層，承載了互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、下載、OTT視頻及IPTV等各類業(yè)務(wù)，構(gòu)建網(wǎng)內(nèi)統(tǒng)一調(diào)度分發(fā)能力，各層包含系統(tǒng)及主要功能如下。

（1）內(nèi)容管理層：是網(wǎng)頁視頻等內(nèi)容的分析、展示平臺(tái)，主要實(shí)現(xiàn)呈現(xiàn)內(nèi)容視圖、評(píng)估資源質(zhì)量和統(tǒng)計(jì)分析等功能，包括內(nèi)容管理平臺(tái)。

（2）調(diào)度分發(fā)層：包括CDN調(diào)度控制中心、CDN內(nèi)容中心和Cache統(tǒng)一溯源池：

調(diào)度控制中心：對(duì)CDN網(wǎng)絡(luò)全局調(diào)度和運(yùn)營管理、Cache統(tǒng)一調(diào)度和管理等等，主要提供訪問調(diào)度控制服務(wù)、統(tǒng)一運(yùn)營管理功能。

CDN內(nèi)容中心：為CDN網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)提供內(nèi)容分發(fā)、回源等服務(wù)，負(fù)責(zé)同ICP系統(tǒng)簽約和內(nèi)容注入。

Cache統(tǒng)一溯源池：負(fù)責(zé)出網(wǎng)熱點(diǎn)內(nèi)容的緩存，并為各省Cache系統(tǒng)提供出網(wǎng)訪問時(shí)的統(tǒng)一回源服務(wù)。

（3）邊緣服務(wù)層：負(fù)責(zé)相關(guān)內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)邊緣處的存儲(chǔ)，并面向用戶提供分發(fā)服務(wù)，邊緣服務(wù)節(jié)點(diǎn)在地市全覆蓋的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步向區(qū)縣下沉，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 CDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

1.2 CDN網(wǎng)絡(luò)存在問題

相比互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，運(yùn)營商CDN網(wǎng)絡(luò)具有很多優(yōu)勢，例如用戶資源、接入資源和IDC資源等，但是也存在以下的問題。

（1）以省為單位部署CDN，部分省建設(shè)統(tǒng)建CDN和OTT CDN，各省之間未能形成全程全網(wǎng)的架構(gòu)，難以服務(wù)于全國用戶。統(tǒng)建CDN和OTT CDN形成豎井式結(jié)構(gòu)，通用性和擴(kuò)展性較差。

（2）運(yùn)營商CDN 網(wǎng)絡(luò)采用傳統(tǒng)的通用X86服務(wù)+軟件方式，地市間存在資源不平衡情況，設(shè)備的利用率不夠高，資源調(diào)動(dòng)不夠靈活，網(wǎng)絡(luò)潛力有待進(jìn)一步深挖。

（3）CDN網(wǎng)絡(luò)主要是為固定寬帶接入用戶和IPTV業(yè)務(wù)服務(wù)，缺乏面向移動(dòng)和政企用戶的產(chǎn)品。

（4）省內(nèi)多個(gè)廠商協(xié)調(diào)復(fù)雜，設(shè)備部署在地市或者區(qū)縣，不能滿足業(yè)務(wù)靈活、快速部署的要求。

（5）4K/8K/VR/AR等視頻業(yè)務(wù)帶來流量爆發(fā)式增長，通過大量部署服務(wù)器方式擴(kuò)容，機(jī)房空間、電源等配套資源受到挑戰(zhàn)。

2 基于5G大視頻業(yè)務(wù)智能CDN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思路

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的商用，超高清視頻、云計(jì)算、SDN和NFV等新技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展階段，現(xiàn)有CDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)無法滿足5G時(shí)代的新型視頻等應(yīng)用的需求。CDN網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展應(yīng)吸收新的技術(shù)、新的思想，探索將新的技術(shù)與CDN網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合起來，發(fā)揮各自優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，不斷提升CDN服務(wù)能力及服務(wù)質(zhì)量。

2.1 CDN與邊緣云結(jié)合

CDN提供內(nèi)容分發(fā)能力，云計(jì)算提供存儲(chǔ)及計(jì)算能力，CDN與云計(jì)算的融合能形成能力的互補(bǔ)。通過云計(jì)算的分布式平臺(tái)、內(nèi)容智能感知、節(jié)點(diǎn)資源池化、業(yè)務(wù)存儲(chǔ)分離、分級(jí)緩存等關(guān)鍵技術(shù)，可以將流量較大的，如內(nèi)容中心和CDN視頻服務(wù)器放置在邊緣云上，將大大地提高CDN的節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)能力與利用率，提供總流量的智能調(diào)度及分發(fā)，并提升CDN服務(wù)資源彈性伸縮的能力，既滿足國慶、春節(jié)等用戶訪問高峰時(shí)期的資源需求，又能避免部署大量服務(wù)器造成資源浪費(fèi)，大大緩解傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的壓力，并且提升用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

為此，運(yùn)營商應(yīng)將自建的CDN網(wǎng)絡(luò)整合到云服務(wù)中，提升云服務(wù)的用戶體驗(yàn)，將原來的CDN服務(wù)整合為“云CDN”服務(wù)，向“云服務(wù)提供商”轉(zhuǎn)型。CDN+邊緣云的新發(fā)展，應(yīng)用于4K、8K、AR/VR、3D全息等場景，能降低用戶眩暈感覺和數(shù)據(jù)傳輸延遲卡頓，快速響應(yīng)用戶需求，并實(shí)現(xiàn)服務(wù)能力、服務(wù)狀態(tài)和服務(wù)質(zhì)量的更加透明，提高用戶體驗(yàn)；對(duì)本地化+熱點(diǎn)內(nèi)容頻繁請(qǐng)求的場景同樣適用，對(duì)本地區(qū)內(nèi)多次請(qǐng)求熱點(diǎn)內(nèi)容均可從本地節(jié)點(diǎn)分發(fā)，提高命中率，降低響應(yīng)時(shí)延，提升QoS指標(biāo)。

2.2 CDN與SDN/NFV結(jié)合

SDN/NFV技術(shù)同傳統(tǒng)CDN網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，能夠提高網(wǎng)絡(luò)的彈性配置和資源管理效率。NFV技術(shù)的引入能大幅提升硬件設(shè)備能力的利用率，物理資源虛擬化后可以被認(rèn)為是一個(gè)統(tǒng)一的整體，任何一個(gè)新功能只需要向虛擬化的網(wǎng)絡(luò)提出資源的需求，運(yùn)營商通過將CDN虛擬化為vCDN（virtual Content Delivery Network，虛擬內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）并下沉到邊緣云中，NFV技術(shù)將緩存、計(jì)算和存儲(chǔ)從專屬硬件中剝離出來，快速部署到更靠近用戶的邊緣云中。SDN采用集中式的架構(gòu)，主要分為應(yīng)用層、管理控制層和基礎(chǔ)設(shè)施層，通過采用集中式的路由控制，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)資源的高效調(diào)度,經(jīng)SDN 控制器統(tǒng)一編排后，從資源池中按需劃撥資源以供使用。這種軟硬件解耦、能力按需求分配的機(jī)制能夠提升網(wǎng)絡(luò)的智能化程度以及更能加速傳統(tǒng)CDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的調(diào)整。場景如圖2所示。

3 小結(jié)

目前，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的商用，新型視頻等業(yè)務(wù)是5G時(shí)代的重要的流量增長點(diǎn)，傳統(tǒng)內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)受到極大的局限，在5G網(wǎng)絡(luò)中將CDN、SDN/NFV、邊緣云相結(jié)合，形成技術(shù)優(yōu)勢的互補(bǔ)，視頻CDN在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊緣的部署，將會(huì)降低迅速增長的數(shù)據(jù)流量給運(yùn)營商骨干傳送網(wǎng)和核心網(wǎng)絡(luò)帶來的沖擊，提高數(shù)據(jù)傳輸能力，改善移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)體驗(yàn)。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中，需要關(guān)注新型業(yè)務(wù)和技術(shù)，這是未來移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)研究的主要方向。

圖2 基于邊緣云的vCDN實(shí)現(xiàn)場景