洪一帆

运营商CDN系统视频内容存储调度策略探讨

洪一帆

（中移（杭州）信息技术有限公司，浙江 杭州 311114）

为了提升网络视频业务的体验度，各大运营商建立了内容分发网络系统，提供了电视视频服务。由于视频内容和用户数量的日益增加，相应扩大了视频建设需求。内容分发网络系统边缘节点比较多，且不同节点的存储能力差异大，必须精细化管理边缘节点内容的存储和调度。基于内容管理，探讨分析了内容分发网络系统视频内容的存储策略，以期全面提升边缘节点调度频率和服务优质性。

运营商；内容分发网络系统；视频内容；存储调度

在互联网技术快速发展的过程中，视频业务的网络流量持续增长，在新型视频业务发展的同时，运营商数据流量明显增长，视频流量已经成为互联网流量激增的主要原因。当前，随着宽带网络接入普及率提升，硬件计算性能得以优化，相应提升了用户对网络服务质量的要求。用户希望在短时间内通过互联网获得内容服务，视频服务的大流量导致服务存在质量安全问题。

为了改善互联网服务质量，需要合理应用内容分发网络技术，优化配置宽带流媒体内容，促使用户能够就近访问所需内容，从根本上提升网络效应速度。

1 CDN系统网络架构及内容存储需求

在电信运营中，内容分发网络系统是承载网络，既可以承载多种业务，还需要对终端用户提供服务。借助于城域网，将视频内容分发服务提供给宽带用户。现阶段，宽带业务城域网结构包括业务接入控制层、核心层。部分大型城域网还包含汇聚层路由器，不同城域网核心路由器直接连接骨干网路由器。

视频内容分发网络系统能够提升组网灵活性，立足于网络实况，联合用户发展，建设多层次化的组网架构。当前，电信运营商的内容分发网络系统多以省级为单位，为用户提供优质的视频服务。通过该系统，可以实时管理和控制各类设备，并且在中心层建立内容副本。中心层主要是为用户提供服务。当网络系统规模持续扩大，边缘节点会将内容服务请求下发给省级单位，相应增加了省级的压力。在中心层、边缘节点之间设置区域中心，以此管理和控制区域。同时存储内容副本，确保边缘层能够直接访问。

1.1 省中心节点

该节点是内容源中心，隶属于省内业务，能够为内容提供商、运营商提供平台支持，还能够接收省内业务，存储业务内容源。如果内容分发网络能够支持定向调度，中心节点需要面向用户提供服务；如果内容分发网络系统只能够支持中继调度方式，则不能向用户提供服务。

1.2 区域中心节点

其具备内容存储与分发功能，并可为区域提供服务，确保热点内容存储的安全性。同时，还能够为用户提供业务服务，通过内容分发至边缘节点实现。当用户边缘访问不成功时，如果内容分发网络系统支持定向的方式，则由区域中心点直接将业务服务提供给用户；如果内容分发网络系统支持中继方式，会导致区域中心节点不断向省中心节点回源。

1.3 边缘节点

该节点面向用户，将业务服务节点提供给不同终端，例如下载服务、流业务服务。边缘节点只可以对热门内容进行存储，该业务服务方式是一种基于网络边缘的服务，因此，能提供推流服务、存储服务、点播业务。如果用户访问边缘不成功，且内容分发网络系统支持定向方式，则通过边缘节点向上级节点发送用户请求；当内容分发网络系统支持中继方式，则边缘节点会向上一级节点回源。

在对节点所在位置、功能特点进行分析后，电信运营商可以指令省级中心电存储两份以上实体文件，深入分析存储容量问题。省级中心节点主要是进行全量内容存储，边缘节点主要是对高热度点播内容、时移内容、全量内容进行存储。对于提供视频业务的地区，则应当布设省级中心；针对存在内容分发网络系统系统需求的地区，应当布设区域中心节点，确保点播请求命中率可以达到100%。如果进行边缘节点部署，则必须将点播请求命中率提升到80%，此时就会出现大量边缘节点。为了确保在边缘节点服务器上满足用户的服务请求，应提升命中率，确保用户视频业务体验度不断提升。同时，边缘节点还能够集约化处理存储能力，降低了边缘节点的投资成本。为了实现以上功能要求，必须根据视频内容热度，对中心节点全量内容存储进行分析和研究。基于不同特征分布、更新频率、内容规模，应当对边缘节点存储容量进行深入研究，通过各项有效措施提升命中率，实现内容存储替换，对视频内容进行科学化管理和调度。

2 内容精细化存储调度策略研究

2.1 存储策略的因素分析

视频媒体具备延时性、敏感性、交互性等特点，内容数据流量比较大。内容分发系统主要借助于边缘节点，不断提升用户的优质服务体验。但针对视频内容增长速度，还应当处理好边缘节点内容存储问题，这对边缘节点服务器的缓存内容和空间要求比较高。内容存储策略的有效性会直接影响用户体验度以及节目投资力度。内容存储策略可以有效处理存储空间和内容问题，充分考虑到视频内容流行性问题。如果多次请求同一个视频内容，则应当将该视频放入边缘节点当中。如果某一个视频内容长期未被请求，则边缘节点不再缓存该内容。用户访问次数和请求时间间隔等行为会直接影响视频内容的请求程度。

2.2 Zipf分布

分析用户视频内容的请求历史数据能够看出，其占据视频总数量的比例比较低。当大量用户请求同一个视频时，就会使其成为热门内容，相应降低其他片源请求率。对于热播片源来说，当片源请求度降低时，就不再属于热播片源，此时新的片源会跻身热播视频内容行列。片源热度=单部片源请求次数/总点播次数。根据计算与分析能够看出，片源热度满足Zipf分布规律。

2.3 内容精细化存储调度策略

Zipf分布中的二八原则属于理想化状况，在大样本数量下进行推演，然而由于受到多种因素的影响，无法有效实现该目标。此时，就需要不断探索节点边缘的精细化内容，按照用户请求进行优化调整。在应用具体的存储策略时，必须全面考虑到片源点播热度问题。

对于单部片源来说，新片上映会通过视频系统推荐和广告宣传提升曝光率，相应增加用户请求量和关注度，不断增加影片的热度。用户在观看过影片之后就会相应降低关注度，片源点播热度也会趋于平衡。不同影片均具有不同的热度变化过程，所以在TV视频业务当中应当按照影片热度变化情况及时调节边缘节点的存储。

对于视频内容调度管理策略，则应当考虑到片源特点和用户行为习惯，注重用户点击率和关注度。如果根据传统方式将排名前20%的片源纳入到边缘节点服务器当中，这会导致多数视频内容已经被用户所观看，极易出现回放和点播行为，相应降低了片源的播放率和点击率，从而影响了点击率分布的均匀性。所以，在应用此种存储服务时，虽然可以提升边缘命中率，但是却无法有效控制边缘节点的存储空间，极易出现存储空间浪费问题，无法充分规划和应用边缘节点存储空间，只可以通过固定缓存片源前缀对存储空间进行合理规划。然而，一部影片当中常常具有多个高潮点，为了将高潮点合理存储到边缘节点服务器中，必须合理应用片源自身特性、用户访问行为的媒体分段方法。

对于片源热度，在收看高热度片源、低热度片源期间，用户在观看开头片段时，两者的欢迎程度上具备一致性，主要是在中间段落和结尾段落出现不同的观看分布情况。所以，在精细化运营期间，需要针对该项问题进行探究，按照命中率计算公式“边缘节点命中内容长度÷用户请求长度”计算。所以，对于热度比较低的片源来说，所应用的存储策略为存储影片开头段落，尽管能缩短播放启动时间，但这却无法提升命中率。针对热度比较高的片源，用户可能不会完整观看整个影片。当片源热度比较低时，也不能确保用户不观看到整个影片，所以需要对片源进行切片存储处理。按照用户访问习惯，对不同热度的片源进行调整，将最佳切片存储在边缘节点。建立用户请求模型，在运营期间对视频内容切片进行动态化删减，还应对存储策略进行优化，全面提升边缘节点的命中率，而非只对边缘节点存储容量进行扩充。

3 结束语

综上所述，运营商在提供视频内容服务时，可以应用内容分发网络系统实现，将系统片源存储于中心节点服务器。对于边缘节点服务器来说，其功能在于存储区域内的用户请求、片源副本。由于中心节点服务器、边缘节点服务器的存储职能不一致，通过应用中心节点服务器可以明确存储量，通过应用边缘节点服务器则无法明确存储量。边缘节点服务器存储容量会对地区用户体验度造成影响，还会决定系统投资建设的力度。此次研究详细介绍了视频内容分发网络系统的组网模式，明确了不同节点所处的位置和功能，提出在制订边缘节点存储策略时需要考虑的各项因素、合理有效的内容调度方法，充分考虑了片源特性和用户行为习惯因素。通过分析用户行为习惯，需要建立高热度、低热度片源的不同存储策略，并不断提升边缘节点存储空间的利用率，以此降低系统建设成本，从根本上提升服务命中率。

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TP393.02

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.059

2095－6835（2020）01－0145－02

〔编辑：张思楠〕