CDN技術(shù)專利技術(shù)研究

孫慧珠

關(guān)鍵詞：內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)；存儲；分發(fā)；邊緣；源服務(wù)器

1概述

CDN的架構(gòu)包括邊緣服務(wù)器和源服務(wù)器，源服務(wù)器可以存儲或檢索內(nèi)容，并將內(nèi)容提供給邊緣服務(wù)器，邊緣服務(wù)器在接收源服務(wù)器提供的內(nèi)容后，進行內(nèi)容的緩存并供后續(xù)內(nèi)容的分發(fā)。

2CDN技術(shù)專利布局分析

本文主要從CDN技術(shù)的申請量和申請人兩方面對CDN技術(shù)專利的申請情況進行分析。

圖1是CDN技術(shù)專利申請日時間分布圖，展示了每年關(guān)于CDN技術(shù)的專利申請案件的數(shù)量[2]。CDN技術(shù)在我國起步比較晚，在20世紀(jì)初期，才出現(xiàn)關(guān)于CDN技術(shù)的專利申請。但是，隨著科技飛速發(fā)展和人們對專利申請的重視度不斷提高，從2015年開始，關(guān)于CDN技術(shù)的專利申請量高速增長，由于具有延時性，2022年大部分專利申請未公開導(dǎo)致不能被統(tǒng)計。因此，2022年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)僅作為一個參考。如圖1所示，在2015年之前，每年關(guān)于CDN技術(shù)的專利申請量相對平緩，在2015年之后，每年關(guān)于CDN技術(shù)的專利申請數(shù)量大幅度增長，在2021年的申請量就達到6000多篇。

圖2描述了CDN技術(shù)在華申請的主要申請人分布情況，展示了不同申請人對CDN技術(shù)的專利申請的數(shù)量。作為云服務(wù)CDN供應(yīng)商的騰訊技術(shù)（深圳）有限公司的申請量遠遠領(lǐng)先其他申請人。

3CDN重點技術(shù)分析

CDN的主要技術(shù)包括CDN內(nèi)容存儲、CDN分發(fā)技術(shù)和CDN回源技術(shù)。而隨著前端優(yōu)化NVMe，P2P、動態(tài)加速等技術(shù)的出現(xiàn)，將CDN技術(shù)和這些新技術(shù)進行融合來提升CDN服務(wù)的質(zhì)量，是一種新的CDN技術(shù)發(fā)展趨勢。本文以騰訊科技（深圳）有限公司、網(wǎng)宿科技股份有限公司為例進行簡單的技術(shù)分析。

3.1CDN內(nèi)容存儲

CDN內(nèi)容存儲主要考慮源服務(wù)器的存儲和邊緣服務(wù)器的存儲。CDN分發(fā)服務(wù)器獲取待存儲的資源內(nèi)容：分發(fā)服務(wù)器首先確定所需存儲的資源內(nèi)容的類型，所需存儲的資源的類型包括一般資源和熱點資源；考慮存儲壓力，獲取資源效率等因素，當(dāng)所需存儲的資源是一般資源時，分發(fā)服務(wù)器將所需存儲資源存儲到源服務(wù)器：若待存儲的資源為熱點資源，分發(fā)服務(wù)器將所需存儲的資源同時存儲到源服務(wù)器和邊緣服務(wù)器。

騰訊公司涉及CDN內(nèi)容存儲方向的申請量大約為1690件，占整個公司CDN領(lǐng)域申請量的約37%，其中已授權(quán)案件為540件，占31 .95％，未結(jié)案案件為1141件，占67 .5％，失效案件為9件，占0.53％。這些申請文件主要關(guān)注點在于提高網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度，用戶訪問命中率。主要涉及內(nèi)容的上傳，如根據(jù)路徑目錄進行上傳：內(nèi)容的下載，如根據(jù)需要進行并行下載；內(nèi)容的分享，如通過自定義剪報的信息流的形式進行分享：內(nèi)容的分段存儲，如多級存儲等方面，以實現(xiàn)降低網(wǎng)絡(luò)擁塞、提高效率的目的。

網(wǎng)宿科技股份有限公司涉及CDN內(nèi)容存儲方向的申請量大約為145件，占整個公司CDN領(lǐng)域申請量的約31%，其中已授權(quán)案件為80件，占55. 75%，未結(jié)案案件為54件，占37. 5％，失效案件為13件，占8．75%。這些申請文件主要關(guān)注點在降低存儲成本，減輕服務(wù)器壓力。主要涉及采用分級存儲、分片存儲或結(jié)合CDN邊緣服務(wù)器和源服務(wù)器混合存儲，來降低存儲成本、提高訪問效率。

內(nèi)容存儲方面的行業(yè)發(fā)展新趨勢：如通過“CDN+NVMe技術(shù)”，加速熱點數(shù)據(jù)的訪問，提升系統(tǒng)帶寬、減少時延。針對非易失性存儲器標(biāo)準(zhǔn)（NVMe），NVMeSSD具有極高的數(shù)據(jù)傳輸速度，是一種高性能的存儲器。通過在CDN服務(wù)中加入NVMe技術(shù)來對熱點數(shù)據(jù)進行存儲數(shù)據(jù)，可以降低時延、提升存儲速度、優(yōu)化CDN性能。例如，騰訊公司的申請CN202011024579．涉及CDN技術(shù)結(jié)合NVMe技術(shù)，具有提升存儲性能的效果?？梢?，隨著數(shù)據(jù)的暴發(fā)式增長，利用“CDN+NVME”技術(shù)，可以快速對數(shù)據(jù)進行存儲，向用戶提供更有價值的存儲服務(wù)，提高系統(tǒng)可靠性。

3.2CDN分發(fā)技術(shù)

CDN分發(fā)技術(shù)是指將資源從源服務(wù)器發(fā)送到邊緣服務(wù)器的過程，主要考慮對資源的主動推送和被動拉取兩種情況。在內(nèi)容分發(fā)的過程中，若待分發(fā)的資源是熱點資源時，CDN分發(fā)服務(wù)器通常采用主動推送的方式發(fā)送資源數(shù)據(jù)，即push機制。當(dāng)待分發(fā)的資源為一般資源時，CDN分發(fā)服務(wù)器則會等待邊緣服務(wù)器發(fā)送的獲取請求，邊緣服務(wù)器采用被動下載的方式獲取資源數(shù)據(jù)，即pull機制[3-5]。

騰訊公司關(guān)于CDN分發(fā)技術(shù)方向的申請量約為2811件，占整個公司CDN領(lǐng)域申請量的約53. 3％，其中已授權(quán)案件為1382件，占49. 16％，未結(jié)案案件為1406件，占50.02％，失效案件為23件，占0.82％。這些申請文件主要關(guān)注點在于降低內(nèi)容分發(fā)成本，提高用戶終端訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度．，主要涉及調(diào)度、內(nèi)容拉取，如從交互歷史記錄中進行資源獲取等，以實現(xiàn)降低網(wǎng)絡(luò)擁塞、提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率的目的，降低分發(fā)過程中的成本。

網(wǎng)宿科技股份有限公司涉及關(guān)于CDN分發(fā)技術(shù)方向的申請量約為97件，占整個公司CDN領(lǐng)域申請量的約21%，其中已授權(quán)案件為56件，占57. 7％，未結(jié)案案件為35件，占36％，失效案件為6件，占6.2％。這些申請文件主要關(guān)注點在于資源獲取速度、傳輸有效性、服務(wù)效率、帶寬利用率。主要涉及使用多源多通道的資源獲取形式，感知CDN服務(wù)器的質(zhì)量，改變分發(fā)策略，以提升帶寬利用率和資源獲取速度、設(shè)置調(diào)度中心和狀態(tài)監(jiān)測機制，在異常時不傳輸，提高時效性、降低資源浪費，邊緣服務(wù)器預(yù)先從源服務(wù)器獲取資源，以提高資源獲取速度，設(shè)置資源錯峰獲取，以提高帶寬利用率。

CDN分發(fā)技術(shù)行業(yè)發(fā)展新趨勢：如通過“CDN+P2P流媒體技術(shù)”，可以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，降低源服務(wù)器壓力，提升分發(fā)質(zhì)量。對等網(wǎng)絡(luò)是對分布式概念的成功拓展，它將傳統(tǒng)方式下的服務(wù)器負擔(dān)分配到網(wǎng)絡(luò)中的每一節(jié)點上，不僅可以大大減輕服務(wù)器處理壓力，也能節(jié)省內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)大量的流量成本。CDN結(jié)合P2P技術(shù)形成的新的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以解決CDN領(lǐng)域流媒體容量和用戶規(guī)模擴展的問題。例如，騰訊公司的申請CN201210267074，提出了CDN節(jié)點之間執(zhí)行對等網(wǎng)絡(luò)P2P協(xié)議，采用CDN和P2P的混合形式，在內(nèi)容分發(fā)時，CDN節(jié)點從源服務(wù)器或其他CDN節(jié)點獲取相應(yīng)的資源，達到降低源服務(wù)器壓力、減輕系統(tǒng)帶寬壓力、提高內(nèi)容分發(fā)的效率和質(zhì)量的目的。網(wǎng)宿科技股份有限公司的申請CN201811502123，提出了對熱點視頻流使用P2P直播，對非熱點視頻則使用CDN服務(wù)器進行直播，達到節(jié)約成本、提高穩(wěn)定性的目的?？梢姡谀壳暗牧髅襟w時代，“P2P+CDN”的技術(shù)構(gòu)架提升了流媒體能力、降低CDN節(jié)點的壓力并可以提高傳輸效率和用戶體驗度，該技術(shù)在未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中必將蓬勃發(fā)展[6-9]．

3.3CDN回源技術(shù)

在CDN技術(shù)中，如果在客戶端或邊緣服務(wù)器中沒有發(fā)現(xiàn)所需要的資源，就會進行CDN回源操作，向源服務(wù)器獲取資源。CDN回源技術(shù)可以分為動態(tài)回源和靜態(tài)回源。其中，動態(tài)回源為：在CDN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中設(shè)置調(diào)服服務(wù)器，在需要進行回源操作時，調(diào)度服務(wù)器更新相應(yīng)的設(shè)置，選取一個源服務(wù)器，用于指示回源到這個源服務(wù)器。靜態(tài)回源為：預(yù)先指定與源服務(wù)器的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)需要進行回源操作時，通過預(yù)先的配置，直接指示回源到對應(yīng)源服務(wù)器。

騰訊公司關(guān)于CDN回源技術(shù)方向的申請量大約為50件，占整個公司CDN領(lǐng)域申請量較低。這些申請文件主要關(guān)注點在于回源成功率、頻次。主要涉及降低回源頻次，如在回源操作之前，先不向源服務(wù)器發(fā)起回源請求，而是先向周邊的其他邊緣服務(wù)器發(fā)送資源獲取請求，在周邊的服務(wù)器都沒有相應(yīng)資源之后，再向源服務(wù)器進行回源請求操作，以增加回源時的選擇以及降低寬帶消耗。

網(wǎng)宿科技股份有限公司涉及關(guān)于CDN回源技術(shù)方向的申請量大約為127件，占整個公司CDN領(lǐng)域申請量的約27%，其中已授權(quán)案件為74件，占58.27％，未結(jié)案案件為40件，占31.49％，失效案件為13件，占10.24％。這些申請文件主要關(guān)注點在降低壓力，節(jié)約成本。主要涉及通過對回源請求進行排序，以實現(xiàn)有序回源，減少源服務(wù)器壓力，通過共享業(yè)務(wù)來降低回源次數(shù)，以提高響應(yīng)效率，不同節(jié)點通過復(fù)用回源路徑，以減少回源路徑的數(shù)量，降低對同一目標(biāo)資源的訪問成本。

回源技術(shù)行業(yè)發(fā)展新趨勢：通過“CDN技術(shù)+P2P技術(shù)”，降低源服務(wù)器壓力。例如，網(wǎng)宿科技股份有限公司的申請CN201710152174．提出了利用邊緣服務(wù)器去源服務(wù)器進行文件預(yù)取，進而在進行回源操作時，可以從另外的邊緣服務(wù)器獲取資源，而不用去源服務(wù)器獲取，降低源服務(wù)器的壓力。通過“CDN+動態(tài)加速技術(shù)”，可降低傳輸時延、減少網(wǎng)絡(luò)帶寬。例如，網(wǎng)宿科技股份有限公司的申請CN201610793091，提及為了降低回源節(jié)點和源服務(wù)器的長連接數(shù)量，對相同動態(tài)內(nèi)容回源節(jié)點恢復(fù)相同的動態(tài)內(nèi)容給不同的請求用戶，以降低源服務(wù)器的帶寬?？梢?，“CDN+動態(tài)加速”可以通過動態(tài)路徑算法計算出最佳轉(zhuǎn)發(fā)路徑，從而將最優(yōu)路徑進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)回源，提升傳輸速度，實現(xiàn)加速[10]。

4結(jié)束語

CDN作為一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具有眾多優(yōu)點，本文粗略地對CDN技術(shù)進行初步的介紹，通過CDN技術(shù)在我國的申請量和主要申請人這兩方面來了解該技術(shù)在我國專利申請的基本情況，最后通過對CDN關(guān)鍵技術(shù)和新技術(shù)的介紹，使得我們進一步了解CDN。CDN的發(fā)展遠未止步，未來，CDN的發(fā)展將會出現(xiàn)以下趨勢：（1）新的生態(tài)體系，即通過“CDN+云計算”“CDN+HTTP/2”“CDN+SDN”“CDN+P2P”等不同技術(shù)的融合，搭建出CDN全新的生態(tài)體系；（2）更低的價格，即在云計算廠商的價格戰(zhàn)下，CDN的價格會越來越低，傳統(tǒng)CDN廠商將面臨挑戰(zhàn)；（3）邊緣計算，即在邊緣節(jié)點進行數(shù)據(jù)處理與安全防護等。