CDN技术及其在广电网络中的应用

宋文杰

（山东省招远市广播电视台，招远 265400）

CDN技术及其在广电网络中的应用

宋文杰

（山东省招远市广播电视台，招远 265400）

本文首先结合目前广电网络发展状况对其业务发展的瓶颈进行了分析，然后对CDN的背景、关键技术、技术特点和技术优势等进行了详细阐述，最后对CDN技术在广电中的应用进行了介绍。

CDN技术；广电网络；视频服务；负载均衡

1 引言

在三网融合的大力推动之下，互联网发展形成的跨界融合不断深入，互联网、通信网、广播电视网面向大众提供的业务、应用、服务也在不断发生着新的变革。经过几年来的不断发展，广电网络建设已经有了长足的发展，网上业务量成倍递增，造成了对网络带宽的大量需求，网络访问中普遍的延迟与等待也导致了网络拥塞、服务器过载等问题。提高数据传输速度，缓解网络拥塞便成为广电双向网络发展的新挑战，亟需寻找一种能够支撑高清时代和庞大的流媒体数据传输业务的技术。CDN技术能够改变数据内容的分发方式，从而大大提升传输速度和减少时延，成为目前公认的解决广电网络数据传输瓶颈的“良药”，为广电运营商的业务发展带来了新的契机。

2 广电业务发展的瓶颈

目前，全国大部分地区的广电前端数字化整改和双向网络建设已经基本完成，使得广电的VoD业务有了快速发展的条件。相比互联网的VoD业务，未来广电的VoD业务将具有高清晰度、高体验度、高安全度的特点，而且正在向3D方向发展。但目前的网络结构无法满足未来业务的发展需求，主要问题如下：

2.1 FTTH计划对CATV业务的影响

有线电视业务在各地区的覆盖率基本都在80%以上，有些地区更是达到了90%以上的覆盖率。有线电视网CATV在部署时，同时发展了当地的宽带接入业务，给广电带来了不少的收益。但近几年宽带的大幅度提速，中国电信和中国联通的FTTH技术对有线电视的宽带接入业务带来了冲击。

2.2 电信的IPTV率先结合CDN

电信的IPTV业务很早就选择用CDN将内容从中心推到靠近用户的边缘，使用户可以就近取得所需的内容，不但提高了用户访问内容的性能，而且减轻了中心设备和骨干网络的压力。目前，电信正在研究将CDN，P2P等技术整合，进一步加快IPTV的传输速度。电信运营商将宽带接入、固话、3G上网、IPTV等业务打包推广，销售手段灵活多样，这将给广电未来的发展带来很大影响。

2.3 广电网络拥塞严重

安全播出是广电音视频业务的重头戏，但现在大部分广电的业务都是用传统的IP数据城域网来传输，数据量大时很容易导致网络拥塞。虽然目前的万兆骨干城域网能够暂时满足互动电视业务、宽带网络业务、办公业务、大客户专线等业务的需要，但多种数据的混杂容易导致数据传输的不安全。这样的传输模式不利于广电网络未来的扩展性发展。

VoD业务平台是目前构成双向互动视频的最基础业务，这个平台能够提供出很多的增值业务，是三网融合中广电的重点建设项目。限于中国目前宽带的速度，要想发展更高用户体验的VoD业务，就必须依赖CDN。利用云存储和CDN的热点分发技术，能满足未来发展的需要，降低成本和复杂度，最大限度地增加网络的数据容量。

3 CDN简介

CDN的全称是Content Delivery Network，即内容分发网络。其概念由美国麻省理工学院在1996年提出，如今在国内外已有很多企业和服务商使用CDN技术来提高网络服务质量。CDN技术将多点负载均衡、路由和缓存技术结合起来，利用智能分配技术将内容按来访用户的地点，就近访问的原则分配到多个节点。与传统的IP网络不同，用户请求不直接指向基于网络地址的原始服务器，而由CDN业务提供了一个服务层，补充和延伸了因特网，把频繁访问的内容尽可能向用户推进，还提供了按内容进行流量转发的新能力，把路由导引到最佳服务器上，使用户动态获得需要的内容。它改变了给使用者信息的方式，从被动的内容恢复转为主动的内容转发。

CDN的核心技术是边缘访问和透明访问。在以前它主要用于Web访问加速，只支持HTTP/FTP协议，而随着国内出现了流媒体业务，CDN开始支持MMS/RTSP等协议，从而得到了很大的发展，有时也称其为MDN（Media Delivery Network）。

CDN的用户包括ISP、媒体网站、ICP、大中型企业、电子商务网站和政府网站，他们对CDN功能的需求有：多个站点之间发布内容；了解各节点的健康、负载状态；将用户请求路由到合适的内容所在节点；在节点内分担负载；快速响应用户请求的缓存；支持流媒体应用的缓存。利用CDN技术，CDN用户无需投资昂贵的各类服务器和设立分站点，只需通过与CDN合作，由CDN负责将信息传递，保证信息正常传输和维护传送网络，而网站只需要维护内容，不需要考虑流量问题，既节约了成本，又提高了效率。

4 CDN的关键技术

4.1 负载均衡技术

CDN负载均衡系统实现CDN的内容路由功能，其作用是将用户的请求导向整个CDN网络中的最佳节点。最佳节点的选定可根据多种策略，例如距离最近、节点负载最轻等。负载均衡系统是整个CDN的核心，负载均衡的准确性和效率直接决定了整个CDN的效率和性能。负载均衡可分为全局负载均衡和本地负载均衡两个层次。

全局负载均衡的主要目的是在整个网络范围内将用户的请求定向到最近的节点（或者区域），因此，就近判断是全局负载均衡的主要功能。为执行就近判断，通常采用静态的配置或动态的检测。

本地负载均衡局限于一定的区域内，其目标是在特定区域内寻找一台最适合的节点服务器提供服务，因此，POP（points-of-presence）节点的健康性、负载情况、支持的媒体格式等运行状态，是本地负载均衡进行决策的主要依据。为执行有效的决策，需要实时地获取POP节点设备的运行状态。获取的方法一般有主动探测和协议交互两种。

4.2 内容分发技术

内容发布主要借助于建立索引、缓存、流分裂、组播等技术，将内容发布或者投递到离用户最近的远程服务点处，主要分为PUSH和PULL两种分发模式。在PUSH的分发模式中，内容管理系统发起传输，将内容从中心媒资服务器分发的各个边缘节点，一般分发的是热点内容；PULL模式是被动分发，通常由用户的请求发起传输，分发的内容是基于个人需求。

4.3 内容存储技术

由于CDN系统中分为中心媒资服务器和远程服务点，所以需要考虑两方面的存储。中心媒资服务器中的数据规模和吞吐量都很大，一般用NAS等海量存储架构。PoP节点的存储既需要考虑多种格式的兼容，也需要支持多文件的吞吐和可靠性、稳定性的保证，所以采用独立磁盘冗余阵列（RAID）技术较多。

4.4 内容管理技术

它通过内部和外部监控系统，获取网络部件的状况信息，测量内容发布的端到端性能（如包丢失、延时、平均带宽、启动时间、帧速率等），保证网络处于最佳的运行状态。能够减轻服务器的压力，并提升网站的性能和可扩展性。

5 CDN技术特点与优势

5.1 CDN技术特点

⊙ 根据用户的地理位置和连接带宽，让用户连接到最近的服务器上去，使访问速度快。

⊙ 全局负载平衡，提高网络资源的利用率，提高网络服务的性能与质量。

⊙ 热点内容主动传送，自动跟踪，自动更新。

⊙ 网络具有高可靠、可用性，能容错且很容易扩展。

⊙ 无缝地集成到原有的网络和站点上去。

5.2 CDN技术优势

⊙ 可减少网络带宽消耗，减少网络访问的延迟和用户响应时间，提高网络性能和网站内容的可用性。

⊙ 提高网站资源的管理控制能力，智能分配路由和进行流量管理。

⊙ 发送的内容受到保护，未授权的用户不能修改。

⊙ 内容提供商可在本地自己决定服务的内容，内容是动态的。

⊙ 内容提供商在降低成本的同时，提高了服务质量，提供的内容更多、速度更快。

⊙ 可线性、平滑地增加新的设备，保护原有的投资。

6 CDN在广电中的应用

6.1 交互式广播视频业务中的应用

目前，有线电视运营商可提供的节目多达几百套，但是80%的用户基本上只收看其中的20%左右。若将几百套节目都“广播”给全体有线电视用户，无疑将占用大量的频谱资源和网络资源，而且其中大部分节目是很少被收看的。于是，交互式广播视频业务应运而生。

交互式广播视频业务把节目分为热点节目和非热点节目，将属于非热点节目定为交互式广播视频业务节目，不传送给所有的有线电视用户，而只被传送到所有的有线电视前端和分前端，一旦用户选择了其中的交互式广播视频业务的频道节目，可用IP组播的方式，通过千兆光以太网，传送到有线电视前端或分前端的千兆交换机，将该节目送至与用户相关联的边沿QAM调制解调器，并由此广播给相关业务组的所有有线电视用户。

6.2 基于骨干网的视音频服务中的应用

随着CDN技术的推广和普及，愈来愈多的第三方，特别是有节目制作能力的机构和公司，会以“over the-top”方式，向用户提供视、音频服务。不过，第三方必须建立服务前端并将它与网络运营商的骨干网相连接。对于拥有骨干网的有线电视运营商而言，如能将众多的第三方服务提供商吸引到其骨干网上，不仅能获取相应的业务费用，而且更重要的是，它能建立一个IP视音频节目网，一方面推动其有线宽带业务的发展，另一方面与电信网络运营谈判宽带网络的对等互连，从而进一步降低其宽带运营成本。CDN技术的这种应用对拥有骨干网的有线电视运营商和第三方服务提供商来说，能产生双赢效果。这一点对于拥有IP骨干网和众多节目制作能力的电视台的我国广电而言尤其有积极的意义。

6.3 有线数字电视业务中的应用

CDN技术可为有线数字电视业务提供新的业务形式，如有线数字电视DVR业务、基于网络的PVR业务等。有线数字电视DVR业务能让有线电视运营商将一些视频节目推送到带有硬盘DVR功能的STB中，供用户在方便的时候选看，它也能让用户录存正在或将要播放的节目。基于网络的PVR业务能让用户进行预先设置，将想看的又即将要播的节目在播出时录存于运营商的视频服务器中，当用户出差或旅行时，便能用PC机或IPSTB远程地收看其想看的节目。

6.4 CDN在广电应用实例

青岛广电和江苏广电已经率先将CDN技术应用在广电系统中，并取得了不错的成果。青岛广电的IP城域网建设的比较早，最初有两台核心路由器，网络传输压力较大。为了能够适应未来VoD等其他业务的需要，青岛有线选择了某公司基于100G平台的数据中心交换机S12500构建新一代的IP城域网，构成新的视频分发平面，某公司S12500负责所有机顶盒IPoE的认证和信息的转发，并且接入IPQAM，参与视频业务的分发和推流。江苏广电则与某公司携手，共同建设了基于CDN的新一代视频分发专网，主要采用了该公司的CR16000出口路由器设备，建设自己的视频分发平台，大大提升了视频分发处理的速度。

7 结束语

CDN技术因其独特的优势已经在广电中得到了广泛的应用，丰富了广电的业务，拓宽了广电的市场规模，给广电带来了良好的市场前景和重大的商业机遇。同时，三网融合已经成为社会发展的必然趋势，在三网融合之后，广电网络中的信息种类将会更加庞杂，业务运营更加多样化，数据流量存储也会更加庞大。而CDN技术刚好具有强大的资源动态管理、全局负载均衡和协作式内容分发等能力，可解决传统运营模式的问题，提供更好的服务规模和服务质量，从而成为未来广电网络发展的主要推动力。

[1] 宋家友，桑红涛．CDN技术的发展及应用[J]．电视技术，2005(6):75-77

[2] 韩强．内容分发网络技术（CDN）简析[J]．中国传媒科技，2006(04)

Research of the Application of CDN Technology in Radio and TV Network

Song Wenjie
(Zhao Yuan Television Station, Zhaoyuan, 265400)

First, according to the present situation of the bottleneck of the development of radio and television network business development were nalyzed. And then the background of CDN, key technology, technical characteristics and advantages are described in detail. And finally the application of CDN technology in radio and television was introduced in this paper.

CDN technology; network broadcasting; video service; load balancing

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.09.009

TN943

A

1672-7274（2015）09-0039-04

宋文杰，男，1973年生，助理工程师，主要从事广播电视技术工作。