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5G CDN,适合千兆视频业务的CDN架构和技术探索

发布时间:2021-04-22  作者:中兴通讯 张宇  阅读量:

 目前移动数据流量约占全球IP流量的14%,到2022年,该占比将增长到20%,其中视频流量目前占所有移动数据流量的近2/3,并将于2022年底占移动数据总流量的82%。5G网络运营商在视频领域的竞争将愈演愈烈。

 未来几年,视频有望成为5G流量的最主要应用,其中短视频和直播应是最先从5G获益的行业之一。5G的优势是高带宽、低时延、大连接,这些优势使得短视频曾经的瓶颈(流量、速率、成本等)都不复存在。

 然而,在刺激5G连接数量和流量大幅增长的同时,视频业务加剧了运营商面临的用户规模剧增挑战,5G网络下移动流量快速增长面临以下挑战:

     - 随着5G的普及和发展,VR/AR及8K+超高清业务也进入快速发展期,对流量的需求越来越大;同时,移动用户对于体验的要求日益提升,带宽和延迟要求对于提升用户体验变得越来越迫切;

     - 突发事件、网红直播、热剧等热点场景以及体育场馆、地铁、高铁、机场、人口密集园区等热点区域,流量时效性强,往往来得快去得也快,导致流量潮汐效应明显。

 

传统CDN的劣势和用户痛点  

 传统CDN的架构已经无法适应5G网络的流量和用户要求。

 传统CDN使用分层架构为用户提供视频流服务。离用户最远的Origin Server有更大的存储容量来保障存储内容的完整性和可靠性,并对用户提供极小量的服务;离用户最近的边缘节点有更大的吞吐量,在本地缓存最热的内容,使得大多数服务请求可以直接在边缘节点终结。但当用户请求的内容在边缘节点未命中时,需要到区域节点或经区域节点再到中心节点或Origin Server去请求内容。这种瀑布式架构中的内容逐级下推模式,存在速度慢、回源流量高、backhaul和骨干流量超载等问题。

 其次,CDN边缘节点因为流量潮汐波动进行的弹性扩缩容,要求新的CDN设备扩容上线后能快速承担业务,在传统架构下需要数十个小时才能把内容逐级下推到新节点上,短时间发挥不了作用;而在流量高峰消失后,设备和网络轻载,又会形成资源浪费,无法应对流量突发的场景。

 第三,传统CDN的内容分布存储在不同的设备上,单台设备上的热点内容会导致节点内设备负载不均,少数设备负载过高,出现质差。

 

5G CDN ,适合5G网络的新架构 

 5G CDN打破了传统CDN的壁垒,通过智能分发系统实现内容的多层分发,更灵活地从各网络层来分发内容,显著提高CDN内容的传递效率(见图1)。

 移动运营商可以在5G网络外围部署轻量级CDN来补充传统的边缘节点。这些轻量级CDN具备非常高的缓存效率,借助核心调度层对于网络热点的实时分析,可以快速从周围任何一层的CDN节点中获取内容,从而高效为用户提供热点内容的缓存服务,降低边缘节点的流量。

                         图1   5G CDN架构

 

5G CDN关键技术  

 5G CDN产品采用了大数据分析和AI算法、容器化及性能优化、低延时技术等多种新技术,为CDN的热点分析预测、内容快速分发、用户智能调度、容器自动弹缩等提供了技术支撑5G CDN热点自动复制技术

 传统CDN中的内容通常均匀分布在设备上,当某个内容为热点时会造成大量用户集中访问一台设备,导致单台设备能力不足出现质差。

 中兴通讯5G CDN可以自动分析媒体内容访问的热点程度,热点内容到达热度阈值后,可以从不同层级的设备快速复制到其他设备上,使得所有设备均衡承担压力,用户服务请求也可以根据设备负载进行灵活调度。

 该技术使得节点内容得到了有效共享,极大地减少回源流量和回程网络的负载。在某些情况下,可以为运营商节省高达50%的回源流量。 

5G CDN 支持MEC和快速弹缩生效

 中兴通讯5G CDN支持vCDN的容器化部署,并集成MEC边缘计算平台,形成vCDN的统一资源分配和管理(图2)。

 核心调度层实时监测总体流量并可智能预测流量热区,在流量风暴来临之前通过vCDN自动弹缩技术快速部署轻量级CDN;该轻量级CDN通过Mesh CDN的多层分发技术从网络各层CDN节点中获取热点内容并迅速填满,确保在短时间内发挥出服务能力,有效解决潮汐效应问题。

              图2   CDN轻量级部署

 

5G CDN 的智能调度技术

 该技术可以将热点流量均衡分散到不同的节点上以及节点内不同的设备上。

 中兴通讯5G CDN核心调度层通过智能调度决策,支撑系统收集CDN运营的指标数据,引入AI技术进行热点决策和负载调度,解决调度服务中的关键问题,保证节点设备之间、节点和节点之间、地市之间、用户之间的负载均衡,避免出现单节点、单设备服务流量不均衡,服务压力过大,从而导致用户服务卡顿、服务质量降低等问题。同时将高等级用户负载到最优节点上服务,实现用户服务等级的分片。 

5G CDN 直播低时延

 中兴通讯5G CDN在对直播视频的支撑方面,采用行业领先的互联网直播低延时技术,在实现直播频道动态组播创建的同时,保障了用户的直播体验,实现了端到端2.5s以内的时延,满足赛事直播类对时延非常敏感的节目的低时延需求(见图3)。

          图3   CDN直播低延时

 

5G CDN 向边缘云的演进

 运营商有着丰富的基础网络资源、独有的边缘连接能力和云网融合能力以及储备良好的机房、硬件等设施,随着5G时代网络边缘计算能力的部署和增强,考虑到边缘云与CDN业务的相似性,部署位置匹配度高,为充分发挥资源能力,运营商正在加速MEC CDN的部署。

 目前,中兴通讯和中国移动已经开始分阶段进行边缘云与CDN资源的布局协同,逐步推动CDN云化并由边缘云基础资源承载,进逐步沉淀和丰富PaaS能力组件,实现平台能力协同共享。

 通过机房位置、设备资源、软件平台等几方面协同,中兴通讯对5G网络和MEC CDN服务平台进行了深度整合,使用业内领先技术持续优化用户观看体验(见图4)。

 

            图4  CDN的轻量级云化部署

总结 

 中兴通讯5G CDN解决方案专为移动应用场景设计,为昂贵的回程网络升级提供了一种可靠、经济高效的替代方案。轻量级CDN卸载70%左右的风暴流量,大大减轻骨干网和Backhaul的流量压力(解决5G下骨干网和backhaul的流量超载和质差痛点);资源编排软件使得容器化弹性扩容CDN在流量高峰前创建,流量降低后自动消除,降低对资源的浪费;内容热点的统计、预测、复制技术降低回源流量,解决了视频流量不断上升的趋势,提升用户体验。利用减少的上游流量和改进的延迟性能,运营商有一条清晰的发展道路,通过服务于激增的5G视频观众群,为每个消费者提供更好的观看体验。

      中兴通讯5G CDN的架构设计充分考虑了5G技术发展和业界标准,能够支持未来5G场景下的VR、AR、MR、XR等大带宽、低延时、交互性较强的新型多媒体业务,并能够精准地为不同的商业客户提供定制化的能力服务和质量保障;同时网络运营商则可以通过将网络能力和业务能力的融合,来完善和优化对于运营商核心网络资源和策略的设计,进一步提高其网络流量智能运营的能力。

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