一种视频分发调度方法和系统技术交底书

一种视频CDN上可持续优化的内容调度方法和系统

作者：郑叔亮

版本：v1.0

文档创建日期：2013年6月21日

最后修改日期：2013年6月25日

1．本发明要解决的技术问题是什么？

视频内容分发网络（简称VCDN）是视频服务提供商交付大规模内容的核心基础设施。通过建立强大的源服务中心和分布于各地的边缘服务节点，以及中间的多级协调节点，大型的VCDN系统已经可以覆盖上亿规模的用户并能够提供上千万的并发服务能力。可服务的终端覆盖机顶盒、PC、手机、平板电脑等。交付的内容也包括各种码率的视频，并支持直播、点播、时移、回看、nPVR等业务。

具有一定规模的VCDN系统所面临的一个重要且复杂的问题就是内容分发的调度问题。这一问题之所以重要是基于如下原因：

1.随着系统规模的扩大，成本控制越来越困难。运营商不能一味地依靠增加节点和服

务器来保障服务质量，否则系统采购和运维成本将增长得很快，这对于视频交付系

统尤其明显，进而运营商就会面临亏损的风险。因此需要通过合理的内容调度来避

免不必要的硬件投资。

2.虽然CDN系统都带有比较强大的负载均衡能力，但均是一些被动的负载均衡方式，

比如DNS、LVS等。内容本身在CDN系统上的分布会在很大程度上决定负载的分

布。因此，主动地调度内容可以很好地增强系统资源利用的效果，从而进一步保障

服务质量。

3.运营商会依据其市场营销策略，适时地推广一些内容吸引用户收看，以尽快将广告

投入和版权投入变现。因此，为了能够支持这些灵活的运营策略，就要求VCDN

系统具备高效的内容分发调度的能力，把最合适的内容推送给距离目标用户最近的

边缘节点，以便他们能够流畅地观看这些最热门的视频。

而分发调度问题的复杂性也恰好体现在以上三个方面（成本、服务质量、营销策略）之间天然的矛盾关系：

首先，以控制成本为核心的运营方式必然会面临服务质量下降的挑战。在投入受限的情况下还要尽量保障服务质量是一个重大的挑战。

其次，如果以保障服务质量为第一要务，那么如何规划增加节点或服务器，增加多少，在哪里部署，又或者是否租用第三方的服务等问题都直接关系到运营成本。

第三，这种对热门内容的推广实质上是一种人工的内容调度方式。人工的方案很可能会对自动化的策略产生干扰和负影响。

总之，视频内容调度的难点并不在于数据传输技术（或者说可以由网络协议的研究者来

改进），而是在于能够很好地调和上述三方面矛盾的调度系统和策略。从目前商业和技术发展的状况来看，VCDN系统本身的架构在一段时间之内不会发生重大的变革。因此，如何基于这一类模式的系统结构，给出一套能够持续优化的调度系统的架构模式和策略设计方法，并且能够很自然地融合自动化和人工策略，是本方案要解决的核心问题。

2．详细介绍技术背景，并描述已有的与本发明最相近似的技术方案

视频内容分发调度是指按照既定的策略，将内容从一个节点分发到另一个或几个节点。分发的方式主要有用户侧主动拉取和服务侧主动推送。不论哪种方式都是将内容分发到离用户更近的地方，以提升用户服务质量。目前已经有诸多内容分发调度相关的技术方案，主要分为如下几类：

1.以单纯的用户侧内容拉取方式为主的调度方法，即边缘节点按需缓存。这样的系统

架构相对简单，系统整体运行效率易于保障。

2.在第一类方案的基础上结合人工主动分发的调度方法。系统架构相对第一类方案稍

显复杂，但基本还是比较简单和高效。

3.以保障用户服务质量为主要目标，设计服务质量数据采集和分析系统，指导内容分

发策略的制定。

4.在以租用公共CDN服务为主的运营模式下（主要是一些自己不自建CDN的增值服

务提供商），分析不同CDN服务的计费方式和服务质量保障能力，构建计费分析模

型，可给出总成本最低的内容分布策略。

5.以P2P技术以依托的边缘节点之间、终端之间和边缘节点和终端之间的自动分发。

这样的方案能够有效节约带宽成本，并且在某些场景下提升服务质量（比如对热门

内容的集中观看）。

3．以因果关系推理的方式推导出现有技术的缺点是什么？

下面分别对上面提到的五类方案分析各自的不足：

1.虽然架构简单且系统性能易于保障，但最大的问题就是服务质量难以管理和有效保

障，尤其是在针对特定用户或特定内容进行服务质量保障的时候。这种方案在保障

服务质量方面的唯一措施就是增加服务节点或服务器，属于粗狂的运营方式，因此

运营成本难以控制。

2.本质上和第一类方案相同，只不过可以在一定程度上人工干预内容的分布。这对于

视频内容消费行为比较稳定的用户群来说比较适用，但依然没有从根本上解决第一

类方案在成本可控的情况下保障服务质量的问题。

3.第三类方案已经将重点转到了服务质量，但更多地强调是把各种技术融合到VCDN

系统中，所导致的结果就是忽略对成本的控制。做出的系统在技术上虽然先进，但

成本高昂。

4.这一类方案是限定在一种特定的运营模式下而产生的。这些服务提供商基本都是以

OTT的方式运营视频服务。他们更加关注的是成本，因此才会有这样的方案。这

种情况下，服务质量难以保障，或者要想保障高质量的服务，就不得不投入大成本。

虽然他们能在一定范围内优化成本，但不可能从根本上控制成本，因为他们都是租

用第三方的CDN服务。

5.P2P虽然能够帮助节省带宽，但服务质量不可控。理想条件下（即80%的用户收看

的是20%的内容）P2P技术能够达到较好的效果，但由于市场环境和用户行为的不

断变化（比如用户对于长尾内容的需求量增大），这种方案的灵活性不够，难以适

应其它大多数条件，反而会造成资源的浪费。

4．本发明技术方案的详细阐述，应该结合流程图、原理图、电路图、时序图进行说明

4.1 VCDN系统的架构

CDN系统经过多年的发展，其架构已经趋于稳定。VCDN系统同样如此。图4.1所示是VCDN系统的典型架构，记为架构1。图中实线表示数据流，虚线表示请求调用。

图4.1 架构1：VCDN系统的典型架构

架构1包含3类模块：

●M1. 源服务器：存储从内容源（一般是视频编码打包服务器）获取的视频内容，

并通过主动（即M1向M2推送）或被动（即M2从M1拉取）的方式分发内容到

M2。在具体部署的时候，M1一般是许多服务器组成的集群节点，可存储全部的视

频内容，作为视频运营的中心。

●M2. 边缘服务器：一般包括缓存服务器和推流服务器。缓存服务器缓存M1分发的

请求，以便推流服务器在接到用户请求的时候从缓存服务器直接获取内容来播出。

在具体部署的时候，M2一般是分散在各地的服务节点，每个节点包含少量的服务

器，以响应一定区域内的请求。

●M3. 路由服务器：将用户请求路由到具有最佳服务质量的M2，以便合理地利用全

网资源。