省級運營商CDN網絡升級需求與升級方式研究

史旭鵬

（廣東省電信規劃設計院有限公司 南京分公司，江蘇 南京 210009）

0 引 言

內容分發網絡（Content Delivery Network，CDN）狹義上可以理解為各種流媒體服務器、存儲系統、管理系統的數據中心，廣義上包括為數據中心提供互聯的承載網[1]。在多年的努力下，通過不同的應用系統的開發，國內運營商的IT基礎架構已經具有了一定的規模，并有了較多的技術積累，CDN作為運營商布局娛樂視頻業務重要技術支撐手段，其重要性日益凸顯[2]。通過多年支撐系統擴容改造工程的建設，在網絡架構、設備配置、工程實施等方面都積累了豐富的經驗。隨著客戶數量的持續增長與業務的不斷升級，需要不斷擴容與升級現有CDN架構。

本文將從各大運營商的現有宏觀CDN架構入手，分析研究大客戶量、復雜業務需求情況下的CDN網絡升級思路與方案。

1 CDN網絡部署現狀

1.1 系統總體架構

運營商組建的CDN網絡總體采用“管理域+傳輸分發域+服務接入域”的3層架構，從功能屬性劃分也可分為CDN內容中心、調度控制平臺與網絡分發節點3個部分[3]。構建全網統一調度能力，承載了互聯網瀏覽、下載、視頻及互聯網電視等各類業務。

管理域、傳輸分發域包括管理層、調度控制中心、內容中心等，實現互聯網內容展現管理與調度等功能。

管理域主要包括對網間內容管理，作為網間內容的具象化數據體現和數據分析中心，實現網間內容的具象化體現、網間資源質量評價、相關數據分析等功能。

調度控制中心為CDN網絡提供相關資源運營管控與訪問接入調度服務。

CDN內容管理負責系統與外部系統間的對接與差異化內容添加，并為邊緣接入節點提供內容分發與內容回滾。

CDN技術通過在應用層的內容智能路由技術上的應用，使廣大用戶實現了就近訪問[4]。

內容管理層、調度分發層由總部統一建設，邊緣服務層由各省自行建設。

1.2 系統邏輯架構

CDN網絡從架構角度可劃分為內容管理層、相關內容的調度分發層和提供各級用戶接入的邊緣接入層3個層面，其中內容管理層主要包含內容管理功能，調度分發層包含統一運營支撐系統、證書管理系統、調度控制系統以及運營管理系統，此外還包括面向內容運營的內容中心，提供內容溯源和緩存功能的溯源中心以及區域調度中心等7個子系統，邊緣服務接入層主要提供服務接入功能，同時具備緩存和內容分發的功能。

1.3 常用組網架構

CDN交互網絡電視（Internet Protocol Television，IPTV）的典型組網架構一般在運營商的骨干網層面部署相關系統，包括運營支撐子、調度控制、運營管理和內容溯源等功能，在運營商省網核心層面部署關鍵的網絡資源調度和內容管理能力，在省網核心及城域網分級部署用于各級用戶接入的邊緣服務接入節點。建設統一平臺、統一內容庫、統一RR，優化業務流程實現IPTV平臺與CDN分發系統解耦，中心內容庫與邊緣CDN解耦[5]。網絡一般支持架構彈性靈活的組網方案，以滿足業務不斷演進下的網絡無縫升級改造和能力擴展需求。系統在管控角度采用集中化管控模式，通過調度和管理系統統一對內容中心、溯源中心、內容調度節點和邊緣服務接入節點進行控制，此外運營商管理的調度中心支持對邊緣服務接入節點按照相關規則進行精細化調度。

內容網絡的組網架構受服務對象的影響，一般支持根據用戶的接入量動態擴展網絡整體容量，邊緣節點支持分級部署架構。從擴容方式上看，可通過增加邊緣服務接入的節點進行接入層的水平擴展，也支持通過對邊緣服務接入節點按照業務規則進行分級分層的垂直擴展。水平擴展較少進行內容注入，這種方式因內容未命中帶來的回源延時開銷較小。垂直擴展的方式可以使得邊緣服務接入節點更適應用戶的需求，適合互聯網電視等流量和帶寬需求較大的內容的分發服務，進一步減少網絡中分發內容的流量。

2 升級建設需求分析

現有CDN主要承載了互聯網瀏覽、下載、視頻及互聯網電視等各類業務，隨著接入用戶的不斷增多與業務的多元化，CDN需要在已有基礎上進行不斷升級改造。運營商CDN直觀的需求就來自于客戶接入量的不斷增長，除此之外還包含技術升級、信息安全、管理能力優化等多種需求，詳見表1[6]。

表1 CDN網絡升級需求分析

此外，從實際運營商組網現狀來看，現有系統中存在大量老舊設備，CDN功能的改進需要對老舊設備進行同步更換。

3 總體升級建設原則

3.1 通用性

運營商CDN擴容需要考慮通用性原則，支持承載多樣化的業務，包括運營商自營業務、客戶及第三方友商的內容；支持多種分發內容形態；支持多種協議，包括超文本傳輸協議（Hyper Text Transfer Protcal，HTTP）、基于HTTP的流媒體網絡傳輸協議（HTTP Living Streaming，HLS）、HTTPS、HTTP 2.0、實時消息傳輸協議（Real Time Messaging Protocol，RTMP）、實時流傳輸協議（Real Time Streaming Protocl，RTSP）；支持多種網絡類型的接入；支持多種類型終端的加速，包括傳統的PC、筆記本、手機、機頂盒以及新業務涉及的智能電視、VR終端等；支持IPTV業務及互聯網視頻；支持直播、點播、回看等業務形態。

整體網絡部署應遵循簡化原則，不應引入太多類型的承載技術[7]。

3.2 開放性

標準接口：內容分發網絡整體遵循開放原則，提供標準接口，以便其他業務系統的調用或其他系統的對接。

內部解耦：運營商網絡從硬件到軟件一般由多家廠家提供服務，網絡建設以及網絡擴容需要支持不同廠家同時部署，擁有靈活的部署模式。

互連互通：支持與外部的CDN系統互聯和協同工作，支持將運營商內容網絡的內容分發至其他CDN或者將其他CDN的內容通過運營商內容網絡進行分發，支持與其他視頻專用CDN進行對接及融合組網。

3.3 融合性

邊緣服務節點同時具備主動分發和本地調度能力，可以根據需求進行靈活配置。

4 升級建設內容

運營商的CDN擴容需求主要來自于自有業務特別是互聯網電視等業務的擴容升級需求。針對業務的實際需求，整體升級建設內容包括2個部分。

（1）現有容量擴容。一方面，根據業務接入客戶數據規劃整體CDN網絡的資源需求，主要在接入層擴容對應內容分發服務器。另一方面，還要進行內容存儲擴容。為滿足內容回溯等功能，主要在調度層擴容相關服務器資源。部分運營商現網中調度層存在不同廠家的設備與軟件，互相并不兼容，因此需要根據不同廠家針對性地擴容相關內容存儲資源[8]。

（2）功能優化。低延遲功能改造主要在調度層進行低延遲功能改造，部署相關低延遲直播子系統。除此之外，功能優化還包括安全和管理功能優化，由于CDN的技術分布特性，一旦出現不良信息就會快速分發到整個網絡中[9]。為滿足業務不斷增長帶來的安全與管理需求，提高內容提供商與網絡運營商之間系統內容的分發效率，降低網絡運營商對已有系統改造的風險，更好地完成媒資文件的傳輸[10]。配置系統擴容安全和管理服務器設備，并且擴容相關安全與管理功能。

4.1 CDN網絡邏輯架構

針對業務發展而升級的CDN架構是原有體系架構的升級，并不影響原有系統架構。根據建設需求，主要在原有網絡的調度層新增延遲管理相關系統，在安全系統中新增安全合規與惡意內容審核等功能。

調度層主要面向內容網絡業務開展統一的運營、配置、管理以及用戶請求的統一調度。除此之外，為確保擴容后系統的效率要求，調度層需要提供出網訪問的統一回源服務，實現對互聯網電視視頻及其他業務場景下的精準調度。

邊緣服務接入層主要包括內容分發、內容服務和訪問控制等功能，直接面向客戶及相關終端提供內容分發服務。除此之外，在邊緣服務接入層也需要部署本地調度、訪問控制、文件下載等功能，以滿足客戶接入后的操作功能需求。為滿足擴容后降低延時等需求，當邊緣節點內容未命中時，要根據相關策略更高效地向上一級內容源獲取信息。邊緣服務接入層一般會根據區域和相關角色等標準劃分為多級接入結構，整體結構在擴容后應該能納入統一的管理平臺接受統一管理。

升級后的CDN設計邏輯架構如圖1所示。

圖1 CDN設計邏輯架構

4.2 組網架構

CDN升級組網如圖2所示，升級后的整體組網架構在運營商骨干網層面部署統一運營支撐子系統、調度控制子系統，在省級層面部署區域調度系統及內容中心與邊緣服務節點。整體網絡架構依托于運營商現有的骨干網、核心網以及城域網建設基礎。相對于其他CDN服務供應商，運營商的現有網絡基礎和技術基礎能保障CDN網絡更好地發揮效益，為客戶提供服務。

圖2 CDN升級組網

5 結 論

隨著運營商客戶數量的不斷增多與整體CDN承擔業務的愈發多樣化，服務提供商的CDN必須不斷地擴容與演進。在現有系統上的技術更新，不僅依靠已有的技術積累和新的技術加入，同時也需要基礎設施運維管理、系統日常運維保障等方面的技術資源積累，完善的網絡升級方案才能使整體網絡更加安全與高效。