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