基于5G大视频业务的运营商智能CDN网络建设探讨

1 概述

运营商CDN网络依靠部署在运营商基础网络之上的边缘服务器，通过集中的中心平台实现负载均衡、调度和内容分发等功能，使用户能快速获取所需要的服务，缓解网络的拥塞情况，提高用户访问资源的响应速度、改善用户业务体验，已经成为运营商网络基础设施中不可缺少的重要组成部分。CDN主要功能就是让在不同地点的网络用户，无需等待或者卡顿就可以迅速访问所需要的内容。作为构建在传统网络上的智能网络,内容分发网络实现用户端与服务端之间数据的高效传输。

随着5G时代的到来，信息视频化和视频超高清化已经成为信息产业发展的大趋势。5G网络初期主要以eMBB场景为主，而移动视频业务是eMBB场景中的典型业务，移动视频业务在移动互联网业务中所占的比重越来越高,移动网络数据流量将进一步爆发，从增长情况和规模来看,据相关发布的数据显示，2016年至2021年，6年时间全球视频流量以31%年复合增长率增长，视频流量将是一个庞大的数字；从技术演进来看，随着5G终端的普及、基站的覆盖以及相关技术的成熟，视频已经从标清/高清进入4K/8K超高清、VR/AR时代，视频流量的快速增长对网络延迟、数据传输速率提出了更高的要求，给现有运营商CDN网络带来了巨大挑战，需要改造现网来满足低时延、大带宽、多样化以及高质量视频服务，以便为用户提供更优的服务质量体验。

1.1 CDN网络架构

运营商CDN网络采用3层架构：内容管理层、调度分发层、边缘服务层，承载了互联网浏览、下载、OTT视频及IPTV等各类业务，构建网内统一调度分发能力，各层包含系统及主要功能如下。

（1）内容管理层：是网页视频等内容的分析、展示平台，主要实现呈现内容视图、评估资源质量和统计分析等功能，包括内容管理平台。

（2）调度分发层：包括CDN调度控制中心、CDN内容中心和Cache统一溯源池：

调度控制中心：对CDN网络全局调度和运营管理、Cache统一调度和管理等等，主要提供访问调度控制服务、统一运营管理功能。

CDN内容中心：为CDN网络边缘节点提供内容分发、回源等服务，负责同ICP系统签约和内容注入。

Cache统一溯源池：负责出网热点内容的缓存，并为各省Cache系统提供出网访问时的统一回源服务。

（3）边缘服务层：负责相关内容在网络边缘处的存储，并面向用户提供分发服务，边缘服务节点在地市全覆盖的基础上，进一步向区县下沉，网络架构如图1所示。

图1 CDN网络架构图

1.2 CDN网络存在问题

相比互联网企业，运营商CDN网络具有很多优势，例如用户资源、接入资源和IDC资源等，但是也存在以下的问题。

（1）以省为单位部署CDN，部分省建设统建CDN和OTT CDN，各省之间未能形成全程全网的架构，难以服务于全国用户。统建CDN和OTT CDN形成竖井式结构，通用性和扩展性较差。

（2）运营商CDN 网络采用传统的通用X86服务+软件方式，地市间存在资源不平衡情况，设备的利用率不够高，资源调动不够灵活，网络潜力有待进一步深挖。

（3）CDN网络主要是为固定宽带接入用户和IPTV业务服务，缺乏面向移动和政企用户的产品。

（4）省内多个厂商协调复杂，设备部署在地市或者区县，不能满足业务灵活、快速部署的要求。

（5）4K/8K/VR/AR等视频业务带来流量爆发式增长，通过大量部署服务器方式扩容，机房空间、电源等配套资源受到挑战。

2 基于5G大视频业务智能CDN网络建设思路

随着5G网络的商用，超高清视频、云计算、SDN和NFV等新技术的发展和运用，运营商网络进入一个全新的发展阶段，现有CDN网络架构已经无法满足5G时代的新型视频等应用的需求。CDN网络的发展应吸收新的技术、新的思想，探索将新的技术与CDN网络有机结合起来，发挥各自优势，取长补短，不断提升CDN服务能力及服务质量。

2.1 CDN与边缘云结合

CDN提供内容分发能力，云计算提供存储及计算能力，CDN与云计算的融合能形成能力的互补。通过云计算的分布式平台、内容智能感知、节点资源池化、业务存储分离、分级缓存等关键技术，可以将流量较大的，如内容中心和CDN视频服务器放置在边缘云上，将大大地提高CDN的节点存储能力与利用率，提供总流量的智能调度及分发，并提升CDN服务资源弹性伸缩的能力，既满足国庆、春节等用户访问高峰时期的资源需求，又能避免部署大量服务器造成资源浪费，大大缓解传统网络的压力，并且提升用户的业务体验。

为此，运营商应将自建的CDN网络整合到云服务中，提升云服务的用户体验，将原来的CDN服务整合为“云CDN”服务，向“云服务提供商”转型。CDN+边缘云的新发展，应用于4K、8K、AR/VR、3D全息等场景，能降低用户眩晕感觉和数据传输延迟卡顿，快速响应用户需求，并实现服务能力、服务状态和服务质量的更加透明，提高用户体验；对本地化+热点内容频繁请求的场景同样适用，对本地区内多次请求热点内容均可从本地节点分发，提高命中率，降低响应时延，提升QoS指标。

2.2 CDN与SDN/NFV结合

SDN/NFV技术同传统CDN网络相结合，能够提高网络的弹性配置和资源管理效率。NFV技术的引入能大幅提升硬件设备能力的利用率，物理资源虚拟化后可以被认为是一个统一的整体，任何一个新功能只需要向虚拟化的网络提出资源的需求，运营商通过将CDN虚拟化为vCDN（virtual Content Delivery Network，虚拟内容分发网络）并下沉到边缘云中，NFV技术将缓存、计算和存储从专属硬件中剥离出来，快速部署到更靠近用户的边缘云中。SDN采用集中式的架构，主要分为应用层、管理控制层和基础设施层，通过采用集中式的路由控制，实现全网资源的高效调度,经SDN 控制器统一编排后，从资源池中按需划拨资源以供使用。这种软硬件解耦、能力按需求分配的机制能够提升网络的智能化程度以及更能加速传统CDN网络架构的调整。场景如图2所示。

3 小结

目前，随着5G网络的商用，新型视频等业务是5G时代的重要的流量增长点，传统内容分发网络架构受到极大的局限，在5G网络中将CDN、SDN/NFV、边缘云相结合，形成技术优势的互补，视频CDN在移动网络边缘的部署，将会降低迅速增长的数据流量给运营商骨干传送网和核心网络带来的冲击，提高数据传输能力，改善移动视频业务体验。移动通信网络发展过程中，需要关注新型业务和技术，这是未来移动通信网络研究的主要方向。

图2 基于边缘云的vCDN实现场景