探究海量、高清、多屏视频驱动下的新一代CDN设计

    近年来，P2P技术得到了大力发展，而CDN技术的应用一度有所停滞，业界对CDN的发展前景不太乐观。随着IP带宽的增加，可以对信息进行集中处理。但随着互联网业务的进一步发展，工作人员发现IP的带宽增长速度并不能满足信息处理的需要，因此，CDN技术重新受到了重视。目前，一些大型通信公司，比如华为、中兴等对新一代CDN的研究投入加大，推出了具有高清、多屏、海量、多格式等突出优点的新一代CDN产品。

1  CDN简介

    CDN全称为Content Deilivery Network，也就是内容分发网络。它的基本原理是避免接触互联网中对数据的传输速度以及传输稳定性的部分，提高传输过程的快速性和稳定性。它是以互联网为基础，通过在各个部分设置节点服务器构建出新的一层智能化的虚拟网络，使得用户所需要的信息传送到离用户最近的节点服务器内使之可就近取得。CDN的应用会大大减轻网络的拥堵情况，提高传输的性能。

2  新一代CDN的需求内容

2.1  对视频的高清、海量要求

现阶段，我国的宽带接入从开始的ADSL向FTTH进行发展的转变，接入速度得到了很大提升，完全满足了人们对视频清晰度的要求，向着高清方向迅速发展。而不同人群的口味不同，对视频节目的需求度也不同。

随着视频内容的丰富，人们希望可以搜寻到各种各样的内容，包括一些小众型节目，这就要求视频量加大，满足海量要求。我国的视频流量据统计已经占据网络流量的2/3，在超宽带时代的背景下，互联网视频的高清海量发展方向有着美好的未来。

2.2  对内容要求多屏、多格式

    接入带宽的发展带来的不仅仅是视频清晰度与数量的提升，家庭带宽的应用也会向着多屏、多格式方向发展。视频业务随着互联网技术的发展不再只由电视提供，未来视频的发展方向是在不同的终端上体验同一种业务，且体验感觉达到一致，对多屏的要求也应运而生。多屏业务指的是通信部门与广电进行合作，将视频内容引入到不同终端并使之播放水平达到完全相同，可以进行无缝连接。该业务可以在任何时间和地点保障人们利用各种播放设备来观看节目，实现视频业务在控制、承载与业务方面的完美结合，将带给人们全新的体验。

2.3  对CDN的扩展性与可靠性要求

    为了使CDN可以跟得上科技的进步与人们不断提出的新要求，需要提高CDN的适应能力，具有更高的拓展性与可靠性，具体分为4点：①CDN可以随着业务的发展对新的业务需求提供支持；②可以对未来将出现的新业务进行扩展，升级至满足要求的水平层面；③具备一定的容错率，及时纠正，稳定性良好；④容量扩充时，不会影响CDN的正常工作，具备优良的扩充容量的能力。

3  CDN发展亟需引入的核心技术

3.1  管道化技术

CDN向管道化方向发展是解决大量不同视频业务分别传送的唯一途径，该技术的理念是在IP网络上叠加新的内容传输层，将CDN从应用层面转向传输层面。为了实现CDN的管道化，需要将CDN的各个组成部分进行明确的区分，并进行定义，分别设置内部系统与外部系统。内部系统由媒体服务与指令、用户调度组成，外部系统主要由与视频业务有关的功能部件组成。

管道化还应解决一个关键的问题——把网络中的关联接口统一标准，这样方便各单元直接的信息传输。在不久的将来，全球化的CDN将会实现，从而实现全球性质的信息传送与共享。

3.2  实现视频格式的无关化

    目前，视频的主流格式由传统的WMV、Real逐渐转变为Flv、MPG、TS等，而最开始建设的CDN是为传统视频格式服务的，达不到当今主流视频格式的播放要求。传统的CDN是采取PUSH机制处理视频内容发送以及媒体服务，这种机制需要进行多次分发调度，不断对上一级节点进行定义从而处理业务。当格式发生改变时，每一个节点都需要升级，工作量异常庞大。

    针对此问题，新一代的CDN明确地将视频内容发送模块与媒体服务模块进行了区分，将2个模块进行了级联，分发模块至需要将相关文件以固定的方法分配到下一级的节点。当格式改变时，只需要对媒体模块进行升级，减少了工作量，不会对CDN的全部网络造成影响。

3.3  自适应流媒体

目前，网络的大环境为三网融合，因此，用户在体验视频业务时可以通过多种终端利用多屏功能实现，比如，可以利用手机和电脑同时观看在线视频。不同的终端连接互联网的方式是不同的，对带宽等指标的要求不同，手机一般使用4G和WiFi连接，带宽低且传送不稳定。相比之下，家用PC端带宽高且十分稳定，因此，针对2种不同终端需要准备的视频码率也不同。此时，我们可以利用CDN根据不同的终端进行码率的自主切换，这样比起传统进行外部系统关联的方法方便了很多。

执行的具体过程是将内容传送到CDN中，CDN根据不同终端生成相应码率的文件，再利用索引文件将不同码率的文件进行关联。当用户使用多屏功能时，终端通过随意索引文件进行自主选择。这样CDN为了解决不同码率文件的调度，形成了自适应流的媒体。

3.4  配置合适的硬件系统

    CDN的传统硬件主要分为2种：①通用服务器。构建成本低，但性能相对而言较差，在后期对通用服务器进行维护管理时，需要投入更多的成本。②专用硬件。这种CDN硬件系统需要大规模建设，成本高，需要大量的资金支持。

    现阶段，随着互联网技术的发展，相关的网络设备性能不断提高，新一代CDN主要使用的是X86架构的主板。为了满足性能要求，需要配置高IO的存储器。目前，CDN硬件系统的限制存在于存储IO方面。为了达到存储IO与容量的平衡，新型CDN主要采用SSD与SATA混插，这种配置方法比起普通的设备性能提高了5倍以上，总花费并没有大幅增长，经济性比较优秀。

3.5  CDN调度与网络结合

为了使CDN的性能得到提高，对其优化的关键点在于用户的请求调度方面。因为网络变化的速度比较快，对网络中状态参数的采集难以实现。

因此，通常情况下，CDN一般不以网络状态作为调度参数。涉及到状态参数的CDN产品一般采用的是基于应用层的探测技术，主动去了解网络状态，这种方法对应用层的探测使得网络的负担较重，且仅仅是对用户DNS与用户本身近距离情况下的假设，不能真实、准确反映端与端之间的路径状况，有着一定的缺点。

为了解决上述难题，新一代CDN引入了ALTO技术，该技术作为IETF的一个正在实行标准化的协议，是根据运营商的网络进行策略的计算，不会加重网络的负担，对网络中路径的定位给比较准确，使用起来有着很大的优越性。

4  结束语

    随着近期互联网技术的发展，CDN作为一项重要的技术重新得到了重视。为了满足IP提速以及高性能的要求，需要对原有的CDN架构进行升级与更新，因此，新一代CDN需要引入关键性的新技术，提高自身的可扩展性，实现接口标准化，真正地适应时代变化的需要。各种的通信运营商都在积极建设新一代CDN，随着研究的不断深入，CDN在海量、高清、多屏等性能要求的驱动下，一定会得到更进一步的发展。

参考文献：

［1］陈益，林宝成，李鑫.广电网络融合视频分发系统架构规划研究［J］.广播与电视技术，2015（04）.

［2］李娜.IPTV CDN内容调度策略研究［J］.计算机光盘软件与应用，2014（23）.

［3］梁洁，陈戈.海量、高清、多屏视频驱动下的新一代CDN设计［J］.广东通信技术，2011（09）.

〔编辑：张思楠〕