基于Anycast的分布式互联网电视CDN调度系统研究

吴传杰，操张进，刘 畅，孙 悦

（中国移动通信集团安徽有限公司，安徽 合肥 230009）

1 研究背景及意义

目前，使用机顶盒来播放互联网电视内容的方式主要是，用户通过机顶盒向中心调度节点发送互联网电视视频资源获取请求，中心调度节点根据接收到的互联网电视视频资源获取请求就近选择所属区域服务节点，区域服务节点对应的区域调度节点根据一定的策略选取一个CDN边缘节点服务器为用户提供互联网电视视频资源获取请求对应的互联网电视视频资源内容[1]。

但是，在现有技术中，中心调度节点均集中部署在某一局址，同时只有中心调度节点负责接收用户发送的互联网电视视频资源获取请求。这种分布方式存在单点隐患，假如中心调度节点发生了故障，则用户向中心调度节点发送的互联网电视视频资源获取请求就会无响应，将会导致大范围互联网电视视频资源无法播放的情况。

为克服现有CDN调度架构的缺陷，本文提出基于Anycast技术的分布式互联网电视CDN调度方案，采用分布式的架构部署互联网电视CDN里的调度中心网元，在CDN中心区域部署中心调度节点，并在每个CDN节点部署区域调度节点，CDN中心调度节点和区域调度节点在下文中称为分布式CDN调度系统。

2 总体思路及技术方案

2.1 分布式互联网电视CDN调度系统模型

在当前CDN网元架构的基础上，本文CDN调度系统采用分布式结构，在CDN中心区域部署中心调度节点，并在每一个区域边缘服务节点部署区域调度节点[2]。

在分布式CDN调度系统中的每一个调度节点内部署2台主备服务器，并为每台服务器配置一个虚地址作为Anycast地址。用户向该Anycast地址发起请求，用户请求会由分布式CDN调度系统中距离用户最 近的区域调度节点接收并响应，该调度节点根据用户I P地址归属就近选择所属区域服务节点并返回给用户，用户向服务节点的本地区域服务节点请求节目播放。

2.2 互联网电视CDN调度业务流程

（1）用户鉴权流程：用户机顶盒向互联网电视业务管理平台、牌照方发起鉴权请求，鉴权认证成功后，返回给服务该用户CDN系统的调度系统IP地址（即分布式CDN调度系统的Anycast地址），用户向该地址发起视频播放请求。

（2）健康检查流程：分布式CDN调度系统内所有的调度节点实时同步所有的区域的健康检查结果和调度策略，单个区域边缘节点内所有的媒体服务器的健康状态。

（3）用户调度流程：首先，用户机顶盒向分布式CDN调度系统的Anycast IP地址发起请求；然后，分布式CDN调度系统中距离用户最近的区域调度节点接收并响应该用户的请求，该区域调度节点会根据用户IP地址就近选择区域边缘服务节点并返回给用户；接着，用户机顶盒向该边缘服务节点的区域调度节点发起视频播放请求；最后，区域边缘节点内根据一定的策略选择最佳服务器为用户提供服务。

（4）内容分发流程：用户向区域边缘节点的媒体服务器发起视频播放请求后，如果服务器中已有用户请求的资源，服务器将直接返回给用户，如果没有该资源，服务器将向CDN的内容中心去回源，回源到资源后，再返回给用户[3]。

2.3 分布式互联网电视CDN调度方法

文中采用的基于Anycast的CDN调度方法可实现用户快速、有效获取互联网电视视频资源，图1给出了调度方法的具体实现过程：

图1 分布式互联网电视CDN调度方法示意图

3 实例应用分析

3.1 方案部署实施

安徽移动自2013年开始发展互联网电视业务，2014年自主建设省内互联网电视CDN系统，全省集中建设内容中心节点、调度节点，部署在合肥。16个地市分别部署边缘服务节点，用于承载本地市用户流量。调度节点全省仅有一套，且调度节点对外服务的IP地址内置在用户机顶盒内，因此也存在单点隐患、容量瓶颈、跨地市访问时延等问题。

本方案实施按照分布式互联网电视CDN调度系统的架构进行现网软硬件改造，实现分布式调度能力。

（1）架构设计。本方案通过在每个地市新增服务器用于部署区域调度节点，调度节点服务器与上联CDN接入交换机之间运行OSPF协议，发布统一的调度IP主机路由，使得用户优先访问本区域调度节点，在本区域调度节点无法访问时，访问省中心调度节点。

（2）硬件部署。省中心及每个地市节点部署X86服务器用于建设中心调度节点、区域调度节点，并为每台服务器配置一个虚地址作为Anycast地址。用户向该Anycast地址发起请求，用户请求会由分布式CDN调度系统中距离用户最近的区域调度节点接收并响应。

（3）软件部署。①调度模块：CDN调度节点是CDN系统的核心网元，用以实现流量在网络中的全局引导和调度功能。②路由模块：CDN调度节点同时需要具备网络路由功能，能和上联网络之间通过运行OSPF协议发布Anycast IP地址。

（4）网络部署。用户的请求无论到边缘调度节点还是中心调度节点，都是通过路由选路来完成的，因此承载网络也要做一定的改造。本方案对网络改造的需求如下：

⊙ 地市区域调度节点的Anycast IP地址32位的主机 路由仅在本地市内部发布，不向省网和地市通告。

⊙ 省中心调度节点的Anycast IP地址以26位的汇聚路由在省网发布，并向各地市城域网进行通告。

⊙ 用户上联BRAS设备同时学习到地市区域调度节点的Anycast IP地址32位的主机路由及省中心调度节点的Anycast IP地址以26位的汇聚路由。根据最长掩码匹配原则，BRAS设备优选Anycast IP的路由为到达地市区域调度节点，次优路由为到达省中心调度节点。

3.2 成效分析

本方案在安徽移动现网进行了部署，优化后的分布式CDN调度系统取得了良好的成效。

（1）第一种技术效果：提升CDN调度网元的整体安全性及稳定性。本文方案中用户向分布式CDN调度系统的Anycast地址发起请求，用户请求会由分布式CDN调度系统中距离用户最近的调度节点接收并响应；而当该CDN区域调度节点遭到安全攻击或者出现故障时，会自动由CDN中心调度节点接收用户请求并响应，因此不会影响CDN的调度，极大提升了CDN调度网元的整体安全性及稳定性。

（2）第二种技术效果：提高CDN调度网元的整体容量，降低节点负荷。本文将传统集中式CDN调度系统的调度模式记为模式1；将部署4，8，12，16个地市区域调度节点的分布式CDN调度系统的调度模式分别记为模式2，3，4，5，5种模式对应于系统不同的物理结构。

各模式下系统调度效果由好到差分别为：模式5、模式4、模式3、模式2、模式1。同时，模式1的中心调度节点承担了所有用户的请求负荷，压力较大，随着在每个区域部署CDN调度节点的区域数增加，用户请求被分流到各个区域，CDN调度网元负荷被降低，CPU利用率从模式1的30%逐渐降至模式5的4%，效果显著。

（3）第三种技术效果：降低用户请求的响应时延，提高用户观看感知。在本技术方案中，用户请求由分布式CDN调度系统中距离用户最近的调度节点接收并响应，网络距离的降低也带来整体用户请求及响应的时延下降。

4 结束语

综上所述，采用基于Anycast的分布式互联网电视CDN调度方法可以解决当前集中部署的CDN调度中心安全性低、负荷重、出现故障后影响面积大等问题，提高了分布式CDN调度系统的安全性、稳定性和负荷能力，同时有效的降低了用户请求的时延，提高了用户的观看感知，同时在很大程度上提升了用户满意度。