CDN系统

发布时间: 2022-06-28 10:48:19

CDN系统用于存储节目内容和响应用户的点播请求，提供流媒体服务。CDN采用独特的媒体内容分段技术和流媒体分发技术，极大地改善了用户体验，为 IPTV系统提供服务提供了有力的支撑。提供的功能包括内容导入、内容存储、内容管理、内容分发、点播记录等。

CDN部署一般釆用三层分布式结构，如图4-4所示。

图4-4 CDN分布式部署

从逻辑上，分布式结构的三层分别如下所述。

（1）中央媒体平台（Central Media Station,CMS）层

CMS层位于服务商的数据中心，主要功能有：

• 数据中心（数据库）；

• 网络管理；

• 媒体资产管理：

• 媒体内容存储；

• 分发媒体内容至HMSo

（2）归属媒体平台（HomeMediaStation,HMS）层

HMS层位于区域网络的交换局，主要功能有：

• 媒体内容存储；

• 分发媒体内容至EMS；

• 为用户提供视频流服务。

（3）边缘媒体平台（EdgeMediaStation,EMS）层

EMS层位于分布式网络边缘侧，主要功能有：

• 媒体内容存储；

• 为用户提供视频流服务。

在大规模部署情况下，CMS部署一套，位于数据中心，存储所有（100%）媒体内容，不对外提供流服务。HMS部署数套，位于区域网络的交换局，存储大部分（70%〜100%）媒体内容，对部分用户提供流服务。EMS大量部署，位于网络边缘，存储部分（30%〜50%）媒体内容，对小范围区域用户提供流服务。

一、CDN系统架构

CDN系统架构如图4-5所示。

CDN功能具体由MD（Media Director,媒体调度器）、ME（Media Engine,媒体引擎）、CEC（Content Engine Controller,内容引擎控制器）、CE（Content Engine.内容引擎）、CMMaster（Content Manage Master）、LoadService、MLR（Media Location Register,媒体数据位置注册服务器）、MCM（Media Content Manager,媒体内容管理）、NMS等共同实现，其中，

• 媒体内容通过CMMaster和LoadService导入，存储在MD/ME中。

• 对媒体内容的管理由MCM操纵MLR完成。

图4-5 CDN系统架构

• MD/ME由GSLB（GlobalServiceLoadBalance,全局负载均衡）向用户提供媒体点播服务。

• CEC/CE向用户提供直播服务。

• MD/ME：存储用户媒体内容，提供用户流媒体服务。MD/ME基于HMFS文件系统，在50毫秒内响应流媒体服务请求。多备份机制使得多个ME可以同时为用户提供同一内容的流服务。MD/ME独立于视频格式，可以播放任何类型的视频内容。

• CEC/CE：向用户提供直播电视服务。CE采用组播方式向用户提供直播电视服务，同一个CE最多支持10路电视节目直播，节目源由前端编码器提供。MD/ME同时存储CE播放的节目内容，从而向用户提供回看和时移服务。在用户网路不支持组播情况下，由MD/ME提供基于单播方式的直播电视服务。

• CMMaster：是CDN的媒体内容接入网关。CMMaster接受CTMS（属于业务运营系统）的内容注入请求，分析请求工单，调度LoadService进行内容注入操作。内容注入完毕后，CMMaster通知MLR进行相应的媒体位置记录，反馈操作结果给CTMS。

• LoadService:响应CMMaster的内容注入请求，将媒体内容从指定位置注入到中央媒体平台（CMS）的MD/ME存储，注入完毕后，反馈结果给CMMaster。

• MCM：用于管理CDN系统所有媒体内容，主要功能包括查看所有CMS、HMS、EMS的媒体信息：将媒体内容从一个节点复制至其他节点；将媒体内容从CMS推送到HMS；在MS删除一个或多个节目；设置时移电视的时移范围等。

• MLR：记录媒体内容在所有CMS、HMS、EMS的媒体信息。

• GSLB：按照网管配置下发的网络拓扑结构，调度用户至规划指定的HMS/EMS节点，由该节点的EPG和MD/ME为用户提供EPG服务和视频流服务。

二、CDN工作机制

(1)媒体存储和分发机制

媒体内容由CMMaster和LoadService注入CDN。LoadService模块在CMMaster的管理下将内容提供商的媒体内容注入至CMS节点，MLR模块根据网管NMS配置的BMDP(BroadbandMediaDistributionProtocol.宽带媒体分发协议)拓扑关系控制实现媒体在CMS/HMS/EMS节点之间的复制。

媒体存储与分发关系如图4-6所示。

图4-6 媒体存储与分发关系

LoadService将媒体内容注入CMS节点后，MLR根据网管NMS制定的分发策略，驱动不同层的媒体平台节点从CMS复制内容。为了保证系统的用户响应速率，同时节省存储空间，节目按照热门程度进行分级。级别高的节目（也就是热片）会进行100%的推送，从而保证系统能够快速响应用户的请求；级别低的节目（也就是冷片）因很长时间没有被点播，为节省空间，只在CMS或HMS节点存储全部内容，而在EMS节点只存储节目的开始部分。用户在点播此类节目时，系统一边为用户提供服务，一边从上层节点获取节目的剩余部分。

为了实现节点间灵活的内容复制，CDN系统提供媒体内容管理（MCM）模块，该模块与MLR模块交互实现各个节点媒体内容管理。

MCM主要功能有：

• 查看任意节点的媒体内容；

• 查看节点的剩余存储空间；

• 校验节点的完整性；

• 在任意节点之间进行媒体内容复制；

• 删除媒体内容；

• 定义媒体内容复制策略。

（2）独特的分段存储技术

为实现快速、高效的内容复制及传送，CDN将每个节目分成若干容易管理的小片段。节点通过BMDP协议，在不同的ME板卡智能存储节目片段。这种智能内容传送机制使得服务商能够做到在边缘节点EMS上只存储节目的起始片段，并在开始观看节目的时候从上层节点传送剩余的片段，而且不会对用户正常观看造成任何影响和感知。这样，一方面缩短应答时间，另•方面可减少对边缘节点EMS的存储空间需求。

分段存储机制同时对媒体存储进行有效的冗余。如图4-7所示，每个片段在不同ME板卡存储有两个（或以上）的备份。当一块ME板卡出现故障时，保存相同片段的其他ME板卡能不间断地为用户继续提供服务。当点播该节目的用户数上升时，能同时做到两块（或以上）的ME板卡为用户提供服务，有效地提高系统负载均衡服务能力。

媒体存储分段负载均衡方法与传统基于文件的负载均衡方法之间存在差异，如图4-8所示。

媒体存储分段负载均衡策略能确保在普通存储硬件设备上实现稳定的媒体存储。与传统的存储方案相比，该存储方案有良好的可扩展性，更具成本效益。

CDN输出能力如图4-9所示。