CDN技术专利技术研究

孙慧珠

关键词：内容分发网络；存储；分发；边缘；源服务器

1概述

CDN的架构包括边缘服务器和源服务器，源服务器可以存储或检索内容，并将内容提供给边缘服务器，边缘服务器在接收源服务器提供的内容后，进行内容的缓存并供后续内容的分发。

2CDN技术专利布局分析

本文主要从CDN技术的申请量和申请人两方面对CDN技术专利的申请情况进行分析。

图1是CDN技术专利申请日时间分布图，展示了每年关于CDN技术的专利申请案件的数量[2]。CDN技术在我国起步比较晚，在20世纪初期，才出现关于CDN技术的专利申请。但是，随着科技飞速发展和人们对专利申请的重视度不断提高，从2015年开始，关于CDN技術的专利申请量高速增长，由于具有延时性，2022年大部分专利申请未公开导致不能被统计。因此，2022年的统计数据仅作为一个参考。如图1所示，在2015年之前，每年关于CDN技术的专利申请量相对平缓，在2015年之后，每年关于CDN技术的专利申请数量大幅度增长，在2021年的申请量就达到6000多篇。

图2描述了CDN技术在华申请的主要申请人分布情况，展示了不同申请人对CDN技术的专利申请的数量。作为云服务CDN供应商的腾讯技术（深圳）有限公司的申请量远远领先其他申请人。

3CDN重点技术分析

CDN的主要技术包括CDN内容存储、CDN分发技术和CDN回源技术。而随着前端优化NVMe，P2P、动态加速等技术的出现，将CDN技术和这些新技术进行融合来提升CDN服务的质量，是一种新的CDN技术发展趋势。本文以腾讯科技（深圳）有限公司、网宿科技股份有限公司为例进行简单的技术分析。

3.1CDN内容存储

CDN内容存储主要考虑源服务器的存储和边缘服务器的存储。CDN分发服务器获取待存储的资源内容：分发服务器首先确定所需存储的资源内容的类型，所需存储的资源的类型包括一般资源和热点资源；考虑存储压力，获取资源效率等因素，当所需存储的资源是一般资源时，分发服务器将所需存储资源存储到源服务器：若待存储的资源为热点资源，分发服务器将所需存储的资源同时存储到源服务器和边缘服务器。

腾讯公司涉及CDN内容存储方向的申请量大约为1690件，占整个公司CDN领域申请量的约37%，其中已授权案件为540件，占31 .95％，未结案案件为1141件，占67 .5％，失效案件为9件，占0.53％。这些申请文件主要关注点在于提高网络响应速度，用户访问命中率。主要涉及内容的上传，如根据路径目录进行上传：内容的下载，如根据需要进行并行下载；内容的分享，如通过自定义剪报的信息流的形式进行分享：内容的分段存储，如多级存储等方面，以实现降低网络拥塞、提高效率的目的。

网宿科技股份有限公司涉及CDN内容存储方向的申请量大约为145件，占整个公司CDN领域申请量的约31%，其中已授权案件为80件，占55. 75%，未结案案件为54件，占37. 5％，失效案件为13件，占8．75%。这些申请文件主要关注点在降低存储成本，减轻服务器压力。主要涉及采用分级存储、分片存储或结合CDN边缘服务器和源服务器混合存储，来降低存储成本、提高访问效率。

内容存储方面的行业发展新趋势：如通过“CDN+NVMe技术”，加速热点数据的访问，提升系统带宽、减少时延。针对非易失性存储器标准（NVMe），NVMeSSD具有极高的数据传输速度，是一种高性能的存储器。通过在CDN服务中加入NVMe技术来对热点数据进行存储数据，可以降低时延、提升存储速度、优化CDN性能。例如，腾讯公司的申请CN202011024579．涉及CDN技术结合NVMe技术，具有提升存储性能的效果。可见，随着数据的暴发式增长，利用“CDN+NVME”技术，可以快速对数据进行存储，向用户提供更有价值的存储服务，提高系统可靠性。

3.2CDN分发技术

CDN分发技术是指将资源从源服务器发送到边缘服务器的过程，主要考虑对资源的主动推送和被动拉取两种情况。在内容分发的过程中，若待分发的资源是热点资源时，CDN分发服务器通常采用主动推送的方式发送资源数据，即push机制。当待分发的资源为一般资源时，CDN分发服务器则会等待边缘服务器发送的获取请求，边缘服务器采用被动下载的方式获取资源数据，即pull机制[3-5]。

腾讯公司关于CDN分发技术方向的申请量约为2811件，占整个公司CDN领域申请量的约53. 3％，其中已授权案件为1382件，占49. 16％，未结案案件为1406件，占50.02％，失效案件为23件，占0.82％。这些申请文件主要关注点在于降低内容分发成本，提高用户终端访问网站的响应速度．，主要涉及调度、内容拉取，如从交互历史记录中进行资源获取等，以实现降低网络拥塞、提高网络资源利用率的目的，降低分发过程中的成本。

网宿科技股份有限公司涉及关于CDN分发技术方向的申请量约为97件，占整个公司CDN领域申请量的约21%，其中已授权案件为56件，占57. 7％，未结案案件为35件，占36％，失效案件为6件，占6.2％。这些申请文件主要关注点在于资源获取速度、传输有效性、服务效率、带宽利用率。主要涉及使用多源多通道的资源获取形式，感知CDN服务器的质量，改变分发策略，以提升带宽利用率和资源获取速度、设置调度中心和状态监测机制，在异常时不传输，提高时效性、降低资源浪费，边缘服务器预先从源服务器获取资源，以提高资源获取速度，设置资源错峰获取，以提高带宽利用率。

CDN分发技术行业发展新趋势：如通过“CDN+P2P流媒体技术”，可以提高网络传输速度，降低源服务器压力，提升分发质量。对等网络是对分布式概念的成功拓展，它将传统方式下的服务器负担分配到网络中的每一节点上，不仅可以大大减轻服务器处理压力，也能节省内容分发网络大量的流量成本。CDN结合P2P技术形成的新的混合网络结构，可以解决CDN领域流媒体容量和用户规模扩展的问题。例如，腾讯公司的申请CN201210267074，提出了CDN节点之间执行对等网络P2P协议，采用CDN和P2P的混合形式，在内容分发时，CDN节点从源服务器或其他CDN节点获取相应的资源，达到降低源服务器压力、减轻系统带宽压力、提高内容分发的效率和质量的目的。网宿科技股份有限公司的申请CN201811502123，提出了对热点视频流使用P2P直播，对非热点视频则使用CDN服务器进行直播，达到节约成本、提高稳定性的目的。可见，在目前的流媒体时代，“P2P+CDN”的技术构架提升了流媒体能力、降低CDN节点的压力并可以提高传输效率和用户体验度，该技术在未来网络架构中必将蓬勃发展[6-9]．

3.3CDN回源技术

在CDN技术中，如果在客户端或边缘服务器中没有发现所需要的资源，就会进行CDN回源操作，向源服务器获取资源。CDN回源技术可以分为动态回源和静态回源。其中，动态回源为：在CDN网络构架中设置调服服务器，在需要进行回源操作时，调度服务器更新相应的设置，选取一个源服务器，用于指示回源到这个源服务器。静态回源为：预先指定与源服务器的对应关系，当需要进行回源操作时，通过预先的配置，直接指示回源到对应源服务器。

腾讯公司关于CDN回源技术方向的申请量大约为50件，占整个公司CDN领域申请量较低。这些申请文件主要关注点在于回源成功率、频次。主要涉及降低回源频次，如在回源操作之前，先不向源服务器发起回源请求，而是先向周边的其他边缘服务器发送资源获取请求，在周边的服務器都没有相应资源之后，再向源服务器进行回源请求操作，以增加回源时的选择以及降低宽带消耗。

网宿科技股份有限公司涉及关于CDN回源技术方向的申请量大约为127件，占整个公司CDN领域申请量的约27%，其中已授权案件为74件，占58.27％，未结案案件为40件，占31.49％，失效案件为13件，占10.24％。这些申请文件主要关注点在降低压力，节约成本。主要涉及通过对回源请求进行排序，以实现有序回源，减少源服务器压力，通过共享业务来降低回源次数，以提高响应效率，不同节点通过复用回源路径，以减少回源路径的数量，降低对同一目标资源的访问成本。

回源技术行业发展新趋势：通过“CDN技术+P2P技术”，降低源服务器压力。例如，网宿科技股份有限公司的申请CN201710152174．提出了利用边缘服务器去源服务器进行文件预取，进而在进行回源操作时，可以从另外的边缘服务器获取资源，而不用去源服务器获取，降低源服务器的压力。通过“CDN+动态加速技术”，可降低传输时延、减少网络带宽。例如，网宿科技股份有限公司的申请CN201610793091，提及为了降低回源节点和源服务器的长连接数量，对相同动态内容回源节点恢复相同的动态内容给不同的请求用户，以降低源服务器的带宽。可见，“CDN+动态加速”可以通过动态路径算法计算出最佳转发路径，从而将最优路径进行数据转发回源，提升传输速度，实现加速[10]。

4结束语

CDN作为一种新型网络架构，具有众多优点，本文粗略地对CDN技术进行初步的介绍，通过CDN技术在我国的申请量和主要申请人这两方面来了解该技术在我国专利申请的基本情况，最后通过对CDN关键技术和新技术的介绍，使得我们进一步了解CDN。CDN的发展远未止步，未来，CDN的发展将会出现以下趋势：（1）新的生态体系，即通过“CDN+云计算”“CDN+HTTP/2”“CDN+SDN”“CDN+P2P”等不同技术的融合，搭建出CDN全新的生态体系；（2）更低的价格，即在云计算厂商的价格战下，CDN的价格会越来越低，传统CDN厂商将面临挑战；（3）边缘计算，即在边缘节点进行数据处理与安全防护等。