融合CDN在接入机房的应用探讨

CDN技术的现状和挑战

经过几十年的高速发展，互联网已深入到了人们生活、工作的方方面面，但内容获取始终是其最主要的功能之一。随着互联网内容类型的不断拓展、视频码率的不断提升、终端类型的不断丰富，内容流量增长迅猛，核心网络的瓶颈问题越加明显，用户体验质量难以得到保证。为了提升用户体验质量、减少骨干网络流量、合理引导内容流量分布，诞生了内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）技术。内容分发网络通过内容分发、服务调度，把用户请求导向合适的服务节点提供分布式内容服务。

CDN按其承载内容的专业性可分为专业CDN和融合CDN。专业CDN专用于某类内容的分发，如专用于IPTV视频内容分发的IPTV CDN。融合CDN可以分发多种内容，能够支持多种终端类型，是运营商CDN建设的主流。

目前，运营商的融合CDN一般以省为单位经营，采用如图1所示的省级中心节点加地市级边缘节点的两级架构。少量大的地市，针对热点区县，边缘节点已经下沉到BNG/SR(业务路由器)层面，构成三级CDN架构。

这种架构优点主要包括：可以有效减少省骨干网的流量和长途（地市到省会）传输成本；两级节点都可以成规模建设，而且建设方案比较成熟；可与边缘DC和区域DC同址建设，有利于共享计算存储基础设施资源。

这种架构的缺点也很明显：首先，边缘节点位置较高，导致业务路径跳数较多，用户体验质量难以保证，故障定位和排除复杂；其次，随着业务流量快速增长，OLT到BNG、BNG到BR（汇聚路由器）的网段容易成为瓶颈；最后，这种架构没有充分发挥价格低廉、带宽充裕的光接入网络优势，尤其是随着4K/8K、AR/VR视频内容的普及，这种缺陷会越来越明显。

伴随边缘计算的兴起、SDN&NFV技术的引入，接入机房引入计算存储NFVI基础设施已成为趋势，如果能充分利用接入机房的NFVI基础设施，就近部署融合CDN业务，构建三级CDN架构，则可以避免上述两级CDN架构的缺陷。本文就此展开初步的探讨，介绍基于中兴通讯TITAN平台的新型融合CDN解决方案，以期为运营商在接入机房部署融合CDN提供有益的思路和建议。

引入A-CDN，构成三级架构的融合CDN

在接入机房引入CDN服务节点（即Access CDN：A-CDN），与已有的边缘节点和中心节点构成三级CDN架构，如图2所示。

基于PON技术的光纤接入网络，用户接入带宽完全可以支撑4K、8K、AR、VR等大流量业务。如表1所示，以1:64分光比FTTH为例，并发率40%计，GPON基本可以支撑4K电视，10G PON可以支撑8K和AR/VR商用部署。

但OLT到BNG的上联带宽却存在瓶颈。OLT到BNG的光纤资源是有限的，一般单个OLT的上联光纤不超过4对，且通常为10GE，即单台OLT上联带宽只有40GE。单台OLT带5000~8000个宽带用户，忙时户均流量3Mbps左右，总流量达到15~20Gbps，上连带宽按70%利用率计可承载28Gbps流量，这样上联带宽即将面临瓶颈。

解决OLT上联瓶颈有扩展上联带宽和下沉CDN两种思路。扩展OLT上联带宽，又分成升级上联端口和OTN下沉接入机房两种方式。如果把上联端口从10GE升级成100GE，需要OLT和BNG都支持，成本高，周期长，而且需要上游设备同步升级扩容；OTN下沉接入机房工程量更大，成本更高。通过CDN下沉方式，可以快速、灵活、低成本地解决这个问题。

IT技术一直遵循摩尔定律发展，其成本下降速度远高于网络设备的成本下降速度。CPU处理能力大幅提升，内存容量和硬盘性能快速发展，一台普通的服务器已经可以支撑几十G的CDN处理性能，使得用计算存储来换网络带宽具备了根本上的经济可行性。同时，由于光进铜退的网络建设，接入设备的端口密度不断提升，使得接入机房的机框机架空间得以释放，采用内置于接入设备的刀片服务器方式，可以按需快速灵活构建A-CDN服务节点，而无需改造接入机房。

在OLT上内置CDN功能，实现内置方式的A-CDN，由于不能配置大规模的内容存储，对CDN内容调度算法提出了优化要求。即在内容调度上，要求A-CDN存储当前最热门的节目，从而提高内容命中率；在服务调度上，按用户所处的网络位置就近提供服务。

中兴通讯A-CDN解决方案

中兴通讯在新一代OLT平台TITAN上规划研发了内置刀片以提供A-CDN解决方案。

硬件设计上，刀片采用SOC至强CPU、NVMe SSD硬盘、万兆网口，占用两个OLT业务线卡槽位，可插于TITAN的任何槽位。软件方面，内置刀片运行中兴通讯自研的CDN软件，经评估和验证可支持20Gbps的融合CDN服务能力，可以提供同一接入机房内2万用户70%的CDN服务，大幅减少OLT之上的汇聚网络带宽和城域网络带宽，延缓网络连锁升级需求。针对A-CDN场景，中兴通讯自研的CDN软件系统在以下几方面进行了优化。

● A-CDN存储优化：主要存储点播率高的三方面内容，包括3小时直播频道的时移电视内容、一周内的TVOD内容和当期点播率最高的5000部影片；总的存储容量小于16Tbps，但可覆盖70%的视频点播服务。

● A-CDN内容更新优化：通过区域热点以及热点衰减模型的大数据分析优化，及时准确更新和调度缓存内容。

同时，为了避免对网络Vlan、IP规划和BNG用户管理功能产生影响，TITAN实现了内置分流功能。对访问A-CDN的流量，通过侦听和学习，按目的IP进行分流处理，前置实现PPPoE-IPoE的协议网关功能，其他流量不受影响。该机制对BNG/SR、STB和A-CDN完全透明，从而方便工程部署实施。

随着以视频为代表的内容流量的迅猛增长，CDN对于保障用户体验的重要性日益凸显。A-CDN架构和关键技术，实现了在OLT上内置CDN功能，为运营商提供了一种低成本、灵活、快速实现大视频升级扩容的部署方案，助运营商迎接未来流量挑战。