借力P2P技術運營商如何謀劃霧CDN？

中國聯通集團|馮駿

中國聯通網絡技術研究院|孫莉

近年來，視頻業務和用戶規模迅猛增長，其中4K、VR等超高清視頻業務成為發展趨勢，超高清視頻對網絡延遲和抖動的變化極為敏感，為了滿足超高清用戶的體驗，要求網絡具有低時延、高性能，需要CDN服務器更加接近用戶。另外，隨著接入技術的發展，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，同時家庭終端也日漸智能化，可以安裝各種智能應用插件部署新的業務功能，各種終端的處理能力、存儲能力、計算能力都在增強，并且在閑時有很多富裕的資源可用。由此，P2P CDN應運而生。

P2P CDN是指用P2P的方式組織節點設備，通過在家庭終端機頂盒或者家庭網關上安裝軟件插件，不對硬件變更，實現CDN的邊緣節點延伸下沉至家庭網絡內，并將CDN的管理機制和服務能力引入P2P網絡。

P2P CDN為運營商帶來的益處

運營商部署P2P CDN技術，可以帶來的益處如下。

1．減少CDN部署規模，節省成本

由于用戶訪問的資源更多地從距離用戶較近的終端上獲取，而不是從CDN節點去獲取內容，從而可以大幅緩解邊緣CDN節點資源及城域網、骨干網資源。

2．提升用戶體驗

由于P2P CDN用戶的大部分內容資源可在距離其很近的同一個局域網內終端上，或在距離其較近的城域網內的其他終端上獲取，網絡時延大大降低，從而提升了用戶的業務體驗，增加用戶滿意度。

3．充分利用閑置上行帶寬，增加收益

寬帶網絡目前主要為用戶開通下行的帶寬，而上行帶寬尚未開放給用戶。通過管理開放上行帶寬能力，為P2P CDN的終端提供上傳內容的服務，通過一定的商業模式，將內容分發資源租用給CP/SP，從而創造新的業務收入。

圖1 P2P CDN系統組成

P2P CDN系統組成

P2P CDN系統包括兩大部分：前端系統和后端系統。前端系統是P2P CDN節點，即安裝了插件的機頂盒或者家庭網關的終端組成。后端系統是P2P CDN的后臺服務系統或平臺，包含訪問調度、資源預部署、統計等功能模塊組成。P2P CDN系統組成圖如1所示。

P2P CDN后端系統的主要功能模塊包括如下幾個部分。

●資源預部署：把內容按照需求進行內容分發到P2P服務模塊。

●調度控制：根據訪問需求調度到最優的Peer節點。

●統計：收集peer點的相關信息，進行后臺數據統計。

●安裝了客戶端SDK的機頂盒、PC、移動設備（手機、平板電腦等）等客戶端設備。

P2P CDN前端系統主要功能模塊包括如下幾個部分。

●P2P服務模塊：提供P2P下載的節點，即安裝了P2P插件的家庭網絡設備。

●P2P使用模塊：使用P2P下載的節點，即安裝了客戶端插件的機頂盒、PC移動設備。

P2P CDN系統部署和業務流程

在部署P2P CDN時，需要和現網的IPTV的CDN進行互聯，這樣部署的方式一方面可以更充分地利用現網CDN資源；另一方面，從保障用戶體驗的角度，在用戶開始點播的時候，可以先從現網CDN拉取一部分資源，保證用戶可以無感知播放一段時間，之后再根據調度策略從較優peer點獲取，用戶訪問資源可以在peer點和CDN之間進行靈活切換。P2P CDN系統業務流程如圖2所示。

1. 資源預部署把內容資源預部署到P2P服務模塊，P2P模塊部署成功后，返給資源預部署，資源預部署和調度控制模塊之間同步；

2. P2P使用模塊去調度中心請求內容資源；

3. 調度服務器根據資源列表返回調度選擇多個peer點（P2P CDN節點）提供服務；

4. 用戶向該peer點請求內容；

5. peer點向用戶提供請求的內容；

6. 若訪問的資源沒有，則去現網CDN網絡去回源獲取。

圖2 P2P CDN業務流程

P2P CDN應用場景

由于現在的機頂盒和家庭網關越來越智能，有操作系統，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，作為peer點進行資源共享。

機頂盒作為peer點（如圖3）

傳統的IPTV網絡，邊緣CDN一般部署在城域網出口CR處，機頂盒資源需要從邊緣CDN處獲取，通過接入網到家庭終端，最終到機頂盒，用戶的網絡時延=CDN+家庭網絡+終端時延。隨著4K、8K等超高清視頻的發展，這類業務對時延要求苛刻，為了滿足這類業務的用戶感知，可以把CDN的邊緣節點延伸至機頂盒，通過在機頂盒上安裝P2P的軟件，每一個機頂盒形成一個peer點，可以從別的peer點獲取資源，也可以從現網邊緣CDN獲取。同時也可以為別的peer點提供資源。更多的資源從機頂盒之間獲取，大大緩解了邊緣CDN的分發壓力；同時網絡時延大大降低，從而可以保障超高清視頻業務的用戶感知，滿足了IPTV新業務的發展需求。

機頂盒作為peer點的業務流程（如圖4）

流程說明：

1. 播放器收到請求URL，發送至播放器請求代理模塊，啟動查詢模塊；

2. 查詢模塊向后端系統中的訪問調度模塊發起請求；

3. 訪問調度返回可用的peer點信息；

4. P2P使用模塊去多個peer點獲取內容；

5. Peer點收到請求后，由P2P服務模塊發送內容請求至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據送至播放器代理模塊；

8. 播放器代理模塊發送至播放器，進行視頻流播放；

圖3 機頂盒作為peer點

圖4 機頂盒業務流程

圖5 家庭網關作為peer點

9. 如果以上流程失敗，則播放器代理模塊去現網CDN邊緣節點去獲取資源。

家庭網關作為peer點（如圖5）

傳統的家庭網關，功能僅限于家庭終端的接入。隨著網關技術的發展，網關日益智能化，搭載了操作系統、開發了手機終端APP、搭建了智能網關管理平臺，具備了面向未來開放合作的網絡環境。

通過在智能網關上安裝P2P軟件，每一個智能網關作為P2P服務模塊，把智能網關的能力進行開放，和內容提供商合作，分布廣發且數量龐大的霧節點可作為內容提供商的服務節點，為內容提供商節省了IDC機房的投入，增加了用戶數量，同時也給運營商增加了合作收入，構建雙贏業務模式。

家庭網關業務流程

流程說明：

1.資源預部署模塊把熱點內容部署到服務模塊，以噴泉碼編碼方式進行存儲；

2.當有業務觸發時，P2P使用模塊向調度控制模塊發起資源請求；

3.調度服務器根據資源列表返回調度選擇多個peer點（P2P CDN節點）提供服務；

4.P2P使用模塊向該peer點請求內容；

5.任務管理模塊負責向P2P使用模塊把內容發給使用模塊。

結論

隨著越來越多的終端設備集成P2P CDN功能，Peer點會越來越多，這部分能力分布廣泛且數量眾多，可以形成霧CDN，隨著霧節點的數量越來越大，霧CDN的能力將會越來越強大，將霧CDN的資源加入到現網CDN，統一資源、統一調度，將這部分能力進行開放，和內容提供商合作，開創運營商新的業務模式。