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1、吉视传媒股份有限公司 CDN系统建设方案（初稿）研发中心二一三年七月发现运用+目 录1.CDN简介11.1.CDN网络架构11.2.技术特点与优势11.3.CDN在VOD和OTT系统中的应用22.公司现有VOD系统部署及使用情况52.1.部署情况52.1.1. 后台管理系统52.1.2. 中心存储52.1.3. 视频服务器62.1.4. 系统网络62.2.平台使用情况72.2.1. 用户数及并发峰值72.2.2. 中心存储73.CDN系统建设方案83.1.理论依据83.1.1.参考架构83.1.2.内容库、边缘节点与带宽的关系93.2.规模设计113.2.1.推流及分发能力需求113.2.2.
2、中心节点内容库设计113.2.3.边缘缓存网关设计123.3.功能与性能设计153.3.1. 内容注入模块153.3.2. 与外围系统对接接口设计173.3.3. 内容调度与管理系统183.3.4. 业务监控与管理功能184.时间表与路线图195.投资预算19发现运用+1. CDN简介CDN(Content Delivery Network，即内容分发网络)是一种通过在现有的网络中增加一层存储网络架构，将网络中的热点内容发布到距离用户最近的网络边缘存储节点的技术手段。能够达到在节约网络运营商核心层网络带宽使用的条件下，提高用户访问相关内容的接入速度、体验质量的目的。1.1. CDN网络架构CD
3、N网络架构主要由中心节点和边缘节点两大部分组成，中心节点指CDN中心存储、内容调度中心与用户请求调度中心，完成CDN网络中内容的存储与调度、用户请求的合理调度等功能。边缘节点主要指位于用户接入层部署的具有一定存储空间的边缘缓存节点，其依据中心节点内容调度，实时动态调整边缘节点存储内容，达到提高本地用户点播命中请求的目的。1.2. 技术特点与优势广义来讲，CDN具有如下技术特点与优势：1. CDN可依据用户所在的地理位置和接入带宽，将用户请求调度到最优的边缘节点上，降低用户访问网络的延迟和响应时间，给用户最优的访问体验；2. CDN可缓存节点可进行全局负载均衡配置，能够有效提高网络资源的利用率，
4、完全在用户接入层实现提高网络服务性能与服务质量的目的，减少骨干传输网络带宽资源消耗；3. CDN网络能够动态调整全网内容分布，可依据各地区用户的访问行为，实时动态调整全网各缓存节点存储内容；4. CDN部署方式灵活，可依据业务发展，随时线性、平滑地增加设备，保护原有的投资；故ICP/ISP在进行系统平台建设或网络建设时，均会依据自身实际情况部署CDN系统。1.3. CDN在VOD和OTT系统中的应用提供VOD和OTT等业务的网络运营商为保证自身的平台及业务在与其他运营商竞争过程中，具有良好的扩展性和竞争性，用户能够获取更多的高标清视频点播节目、时移电视节目、跨终端播放内容及定向广告内容等，一般
5、会基于自身网络状况建立合理的CDN系统，并在CDN系统之上承载VOD业务、多屏播放业务等。无论是VOD还是OTT，以视频为主进行网络融合是大势所趋。视频在过去的几年中，已经成为互联网流量增长最快的业务，主动获取或上传视频，直播或点播视频的发生频率直线上升。互联网视频内容的随机性、突发性、点对点性使得视频与一点发送多点接收的广播式的内容分发有着根本上的不同。这就需要在基础网络系统中叠加CDN系统，将内容分发存储到网络边缘，通过网络的动态内容分配和全局负载均衡，将用户请求指向可用并且距其最近的缓存服务器上，从而改善终端用户体验。基础网络系统中叠加CDN系统后，由于其部署在运营商的骨干网络及区域网络
6、上，避免了在区域型网络运营商业务开展过程中，需要在每个节点部署与内容库完全一致的存储空间，保证了运营商可以以很低的成本向用户提供大量的视频点播内容；CDN通过动态缓存技术，可依据实际使用情况，将用户点播热度较高的影片动态调整到相应边缘节点，进一步节约了运营商的骨干网络带宽资源；CDN在影片注入到平台后，可以对预期热点较高的影片主动推送到边缘节点，降低了用户点播相关影片的响应时间，提高了用户点播体验；最后，同一套CDN系统，不仅仅服务于面向机顶盒点播的VOD系统，也可服务于面向计算机、PAD、智能手机等进行流媒体视频播放的视频服务平台。对于我公司来说，同一套CDN系统，不仅仅服务于面向机顶盒点播
7、的VOD系统，也可服务于面向计算机、PAD、智能手机等进行流媒体视频播放的视频服务平台。我公司去年立项并规划的OTT平台将在今年开始建设，由于其以互联网流媒体视频内容为主，随着用户规模的逐步发展，将逐步对平台进行分布式部署，届时同样需要CDN对OTT平台内的流媒体视频内容进行调度，如图1-1所示。图1-1 基于CDN的视频传输网络架构发现运用+2. 公司现有VOD系统部署及使用情况2.1. 部署情况我公司VOD系统依照美国Comcast有线电视网络运营商制定的NGOD（Next Generation On Demand）企业标准建设。系统目前可分为后台管理系统、中心存储、边缘视频服务器3部分。
8、其中后台管理系统和中心存储部署在省中心，视频服务器部署在每个地市和省中心，如图2-1所示。图2-1 我公司VOD系统各模块部署情况1.2.2.1.2.1.1. 后台管理系统我公司后台管理系统由龙视传媒提供，该后台管理系统由AAA、IEPG、BMS、MAP、GRM、BI、SMP等模块组成。目前，按照公司系统设计，可支持21000用户的并发访问请求。2.1.2. 中心存储我公司中心存储由龙视传媒提供，存储空间共有155TB，平台建设初期，对外接口带宽能力为6G，2012年10月由于用户并发的激增，系统提供商将接口带宽提高至14G，缓解当时中心存储吞吐能力不足的情况。但由于龙视传媒并没有成熟的CDN
9、系统开发经验，其提供的中心存储不具有高效的影片调度策略，无法将热点片源智能地分发到边缘节点上。导致用户点播时，能在视频点播服务器上命中的请求有限，增加了平台对核心网络带宽的需求。2.1.3. 视频服务器我公司VOD平台建设时，采用了混合式部署方式，即在各地市前端及省中心均部署有视频点播节点。共部署11个节点的视频服务器，其中在省中心部署2个节点，在每个地市机房部署1个节点。长春、吉林、延边部署的视频服务器为美国并行计算机公司的MH4500视频服务器；四平、通化、白城、辽源、松原与白山6个地区部署的视频服务器为华为数字技术有限公司的Smart CDN系列视频服务器，并且华为和并行还在省中心各部署
10、了1个备份节点，总计11个视频服务器节点。2.1.4. 系统网络我公司VOD系统网络由信令回传网和数据流传输网两部分组成，信令回传网为我公司IP城域网，数据流传输网为基于波分的由交换机组成的三层交换网络。省中心至每个地市VOD平台在波分上有4条1G带宽链路，东西环各两条1G链路。地市至每个县市在波分上有2条1G带宽链路，其中1条走西向、1条走东向。2.2. 平台使用情况2.2.2.2.1. 用户数及并发峰值平台在一年多的运行周期内，共发展交互业务用户14万余户，其中未激活用户数（未使用过VOD点播业务用户）近10万户，有效激活用户数（使用过VOD业务用户）4.5万余户。每日活跃用户目前稳定在1
11、万用户，晚高峰用户并发峰值接近3000。2.2.2. 中心存储我公司NGOD架构VOD平台投入运营以来，系统内容存储量稳步提升，平台内现有影片资源总数73438条，占用平台存储空间90%以上，已达峰值。影片码率在4Mbps以下(平均码率3.56Mbps)共计59250条，时长25076.1小时；影片码率在4-6Mbps之间(平均码率4.72Mbps)共计187条，时长167.5小时；影片码率在6-8Mbps之间(平均码率6.89Mbps)共计3968条，时长1712.4小时；影片码率在8Mbps以上(平均码率8.07Mbps)共计10033条，时长7011小时。现网实际标清59437条，平均码
12、率3.56Mbps，总时长25243.6小时；现网实际高清14001条，平均码率7.73Mbps，总时长8723.4小时（2013年5月15日平台数据）。另平台内还含2000余小时的时移和回看节目。目前，业务部门拟在现有节目基础上提供更丰富的点播内容，增加30套时移回看频道，平台现有存储空间已不能满足需求，需要对其进行扩容。经研发中心初步测算，需投资310万元（省中心存储盘阵扩容70TB，费用70万元，长春、吉林、延边地区存储各扩容14.4TB，软硬件费用约为60万元，其余6个地市各扩容15TB，软硬件费用合计约为180万元，总计310万元）。随着我公司双向交互业务的逐步发展，以及用户数量的不
13、断增加，建设CDN系统是随着公司业务平台发展的必然选择，若按业务部门当前需求仅对中心存储及各地视频服务器存储进行扩容，则后续建设CDN系统时，本次存储扩容资金将属于重复投资，不利于资金的良性使用。3. CDN系统建设方案我公司经过近几年的发展，数字电视用户已经达到460余万户，VOD用户开户数已超过15万，有效激活用户数（使用过VOD业务用户）超过4.5万户，其中观看高清节目的用户接近30%。随着我公司用户数量的不断增加以及VOD平台点播内容的不断丰富，我公司现有中心存储已凸显出性能瓶颈，将不能有效支撑业务规模发展的需要。为应对用户快速增涨和规模化应用的需求，需要在现有NGOD-VOD架构基础
14、上建设CDN系统，依据实际使用情况，利用CDN的动态缓存技术，将用户点播热度较高的和预期热度较高的影片动态调整到相应边缘节点，达到节省公司骨干网络带宽资源、降低用户点播相关影片的响应时间、提高用户点播体验的目的。3.1. 理论依据1.2.3.3.1.3.1.1. 参考架构公司本次CDN系统依照美国Comcast有线电视网络运营商制定的CDN架构进行建设，系统由实时/非实时节目注入、内容库服务、内容扩散管理、中心存储内容库和缓存网关等模块组成，如图3-1所示。图3-1 Comcast CDN参考架构实时/非实时节目分别通过A5和A3接口注入CDN系统中心存储内容库中；通过动态缓存技术，依据实际使
15、用情况，将用户点播热度较高或预期热点较高的影片主动推送到缓存网关，完成内容的管理与调度；视频服务器通过C2接口实现视频流的拉取。3.1.2. 内容库、边缘节点与带宽的关系在CDN的建设过程中，一般考虑图3-2所示VOD系统的网络拓扑结构，即VOD网络由一个中心节点及N个边缘节点组成的二级分布式系统。图3-2 中心节点、边缘节点、用户群连接关系在图3-2所示网络结构中，每个节点响应其覆盖用户群的视频点播申请，如用户点播内容在该节点未能命中，则用户所点播由中心节点响应，即边缘节点未命中，则由省中心响应点播请求。在系统实际运营中，由经验可以得出中心节点命中率与相应边缘节点存储影片比例应具有一定的函数关系，二者符合长尾效应，即如图3-3所示的幂律分布关系。图3-3中心节点命中率与边缘存储关系经论证，三者之间的函数关系具有以下规律：当边缘存储固定，随着并发数的增长，最小带宽以线性方式增长；当并发数固定，随着边缘存储增长，最小带宽以幂指数方式下降；当带宽固定，边缘存储随本地并发流数量的增加而增加，但实际上以增加存储方式来支撑并发流的效应逐渐下降，即随着存储逐渐增大，每增加一定的存储时，可支撑的并发流数
