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流媒體與CDN承載技術(shù)

時(shí)間:2006-04-16 00:12:00

一、寬帶接入帶動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展
      互聯(lián)網(wǎng)作為一種新的信息流動(dòng)承載平臺,正在深刻地改變著(zhù)人們的交流和思維方式。近年來(lái)中國的上網(wǎng)用戶(hù)數正在迅猛增長(cháng),根據中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )信息中心(CNNIC)統計報告,截止到2003年12月31日,中國上網(wǎng)用戶(hù)總人數為7950萬(wàn)人。其中寬帶上網(wǎng)用戶(hù)人數達到1740萬(wàn)人,半年內增加了760萬(wàn)人,增長(cháng)率為77.6%,和去年同期相比增長(cháng)163.6%。在四種方式的上網(wǎng)用戶(hù)中,寬帶用戶(hù)增長(cháng)速度最快。從CNNIC的統計數據可以看出,目前,中國互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入業(yè)務(wù)正處于高速發(fā)展階段。
      寬帶網(wǎng)絡(luò )和寬帶接入問(wèn)題基本上解決以后,業(yè)務(wù)就成了關(guān)鍵。目前,中國互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入和應用業(yè)務(wù)正處于良性互動(dòng)的高速發(fā)展階段,寬帶上網(wǎng)已經(jīng)逐漸成為城鎮地區居民的消費時(shí)尚,寬帶用戶(hù)數的不斷增加也直接導致更多的SP/CP從事寬帶內容的經(jīng)營(yíng),網(wǎng)上寬帶的內容和應用精彩紛呈。
      從寬帶開(kāi)始,互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值正在超越提供單純的IP連接性、瀏覽靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)和支持文本方式的電子郵件交換,真正成為人們生活工作、企事業(yè)運行的必經(jīng)途徑。根據CNNIC的調查顯示:休閑娛樂(lè )成為繼獲取信息之后的第二大主要目的,并且其所占比例呈遞增趨勢。調查情況如圖1所示-詳圖請參見(jiàn)《中國多媒體視訊》第九期。
      顯而易見(jiàn),發(fā)展動(dòng)態(tài)的、可互動(dòng)的豐富媒體內容和增值應用是吸引用戶(hù)的重要手段。以寬帶為基礎構成的網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)業(yè)與傳統的窄帶互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)有著(zhù)本質(zhì)的區別,兩者具有截然不同的應用前景和運營(yíng)模式:寬帶面對的是商業(yè)應用、娛樂(lè )、消費和家庭服務(wù),它需要豐富多彩的內容為基礎。


二、打造寬帶多媒體應用是關(guān)鍵
      寬帶多媒體業(yè)務(wù)充分利用高帶寬和交互性的優(yōu)點(diǎn),提供各種能滿(mǎn)足用戶(hù)有效需求的增值服務(wù),讓用戶(hù)感覺(jué)寬帶收費物有所值。成熟的寬帶多媒體業(yè)務(wù)至少應該具備下面四個(gè)特點(diǎn):
(1)多媒體化:寬帶業(yè)務(wù)應充分利用高帶寬的特點(diǎn),運用圖像、聲音和動(dòng)畫(huà)等各種窄帶網(wǎng)絡(luò )所無(wú)法提供的傳媒手段向用戶(hù)提供豐富多彩的內容。
(2)互動(dòng)性:隨著(zhù)帶寬的增加,制約互動(dòng)性發(fā)揮的瓶頸將基本消除,以互動(dòng)為核心的各種服務(wù)也將成為互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的主流。寬帶業(yè)務(wù)只有具備了互動(dòng)性,才能夠調動(dòng)起用戶(hù)消費的積極性。
(3)人性化:網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的成熟,網(wǎng)絡(luò )服務(wù)經(jīng)驗的積累,再加上帶寬的增加,為網(wǎng)絡(luò )人性化服務(wù)提供了條件。以數字家庭、多媒體虛擬城市和社區為基本服務(wù)空間,以擬人化的互動(dòng)為基本服務(wù)形式的寬帶網(wǎng)絡(luò )服務(wù)正在逐步形成。
(4)個(gè)性化:寬帶業(yè)務(wù)應是個(gè)性化的服務(wù)。對應于不同的客戶(hù)群體,如不同行業(yè)、不同年齡層次,用戶(hù)都能根據其消費習慣和實(shí)際使用情況,自由選擇和定制具體的寬帶增值服務(wù)。
      由滿(mǎn)足上述特點(diǎn)的業(yè)務(wù)衍生的寬帶增值應用很多,如遠程視訊會(huì )議、VOD視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò )電視、遠程教學(xué)、遠程醫療、互動(dòng)網(wǎng)絡(luò )游戲、數字家庭等,還有其他的像數字化圖書(shū)館、多媒體商城、數碼導游等等,這其中所蘊涵的商機有可能是我們現在所無(wú)法估計的。
      寬帶多媒體應用需要營(yíng)造一個(gè)完善的產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈環(huán)境,這個(gè)鏈條涉及多個(gè)產(chǎn)業(yè)實(shí)體,每個(gè)應用涉及的產(chǎn)業(yè)實(shí)體又不一樣,即便是同一個(gè)產(chǎn)業(yè)實(shí)體,在不同的應用中關(guān)注點(diǎn)又會(huì )有所不同。以視頻通信業(yè)務(wù)為例,其產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中的成員可能包括:網(wǎng)絡(luò )提供商、視訊設備提供商、視訊服務(wù)提供商、行業(yè)應用系統提供商、視訊增值服務(wù)提供商、視訊用戶(hù)等,在該產(chǎn)業(yè)鏈中,運營(yíng)商通常作為網(wǎng)絡(luò )提供商和視訊服務(wù)提供商出現。
      寬帶多媒體業(yè)務(wù)產(chǎn)品要想成功獲得市場(chǎng)認可,需要相關(guān)各方都有收益或獲得服務(wù)的機會(huì ),需要有一個(gè)良好的業(yè)務(wù)運營(yíng)模式。符合市場(chǎng)游戲規則,各方都樂(lè )于接受的運營(yíng)模式,是寬帶業(yè)務(wù)得以順利發(fā)展的關(guān)鍵因素,應該引起各方足夠的重視。


三、流媒體是寬帶多媒體中的一個(gè)重要分支 
      流媒體技術(shù)和業(yè)務(wù)是寬帶多媒體技術(shù)和業(yè)務(wù)中的一個(gè)重要分支。流媒體指在Internet/Intranet中嚴格按時(shí)間先后次序傳輸和播放的連續音/視數據流。流媒體具有三個(gè)特點(diǎn):連續性(continuous)、實(shí)時(shí)性(real-time)、時(shí)序性(time-ordered),即有嚴格的前后時(shí)序關(guān)系。與傳統的多媒體文件下載后播放的方式不同,流媒體在播放前并不下載整個(gè)文件,只將部分內容緩存后,流媒體數據流隨時(shí)傳送隨時(shí)播放。
      流的傳輸可以分為兩種,一種是順序流式傳輸(progressive streaming),一種是實(shí)時(shí)流式傳輸(real-time streaming)。順序流式傳輸是順序下載,在下載文件的同時(shí)用戶(hù)可觀(guān)看在線(xiàn)媒體,在給定時(shí)刻,用戶(hù)只能觀(guān)看已下載的那部分,而不能跳到還未下載的前頭部分。順序流式傳輸不像實(shí)時(shí)流式傳輸能在傳輸期間根據用戶(hù)連接的速度做調整。由于標準的HTTP服務(wù)器可發(fā)送這種形式的文件,也不需要其他特殊協(xié)議,它經(jīng)常被稱(chēng)作HTTP流式傳輸。實(shí)時(shí)流式傳輸指保證媒體信號帶寬與網(wǎng)絡(luò )連接匹配,使媒體可被實(shí)時(shí)觀(guān)看到。實(shí)時(shí)流與HTTP流式傳輸不同,它需要專(zhuān)用的流媒體服務(wù)器與傳輸協(xié)議。實(shí)時(shí)流式傳輸總是實(shí)時(shí)傳送,特別適合現場(chǎng)事件,也支持隨機訪(fǎng)問(wèn),用戶(hù)可快進(jìn)或后退以觀(guān)看前面或后面的內容。
      順序流式傳輸比較簡(jiǎn)單,更接近于傳統的下載觀(guān)看方式,其適應性較差,也不能支持交互,其應用范圍有限,但是由于它對時(shí)延要求低,因此可以支持高質(zhì)量的流媒體數據傳送。實(shí)時(shí)流媒體則具有更為靈活的功能,對網(wǎng)絡(luò )的適應能力也較強,它需要專(zhuān)門(mén)的流媒體服務(wù)器,相關(guān)的控制協(xié)議,需要更為穩定的網(wǎng)絡(luò )傳輸條件。目前的流媒體技術(shù)主要集中于對這種實(shí)時(shí)流傳輸提供支持。
      實(shí)時(shí)流式傳輸的實(shí)現需要合適的傳輸協(xié)議。通常不采用TCP傳輸實(shí)時(shí)數據,因為T(mén)CP的每包確認的機制需要較多的開(kāi)銷(xiāo),而且TCP基于窗口的擁塞控制技術(shù)不能很好地支持穩定速率的流媒體傳送。其次,TCP對丟包比較敏感,它的重傳機制對實(shí)時(shí)流也是沒(méi)有必要的。所以在實(shí)時(shí)流式傳輸的實(shí)現方案中,一般采用HTTP/TCP來(lái)傳輸控制信息,而用RTP/UDP來(lái)傳輸實(shí)時(shí)數據信息。
      流媒體技術(shù)能夠廣泛應用于多媒體新聞發(fā)布、在線(xiàn)直播、網(wǎng)絡(luò )廣告、電子商務(wù)、視頻點(diǎn)播、遠程教育、遠程醫療、網(wǎng)絡(luò )電臺、實(shí)時(shí)視頻會(huì )議等,它豐富了傳統互聯(lián)網(wǎng)內容的表現形式,賦予寬帶應用更多的娛樂(lè )性和互動(dòng)性。流媒體技術(shù)必將成為未來(lái)寬帶網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)的主流技術(shù)。實(shí)時(shí)性和質(zhì)量是流媒體的關(guān)鍵問(wèn)題。為了保證時(shí)延和質(zhì)量,網(wǎng)絡(luò )必須提供足夠的帶寬資源,而資源的保證又依賴(lài)于許多其他的控制,如流量控制、擁塞控制等。當網(wǎng)絡(luò )資源變化時(shí),還必須能夠適應這種變化并做出相應的調節。另外,有效的音頻和視頻編碼方式不但能夠減少傳輸的數據量,還能夠有效地減少因數據丟失帶來(lái)的質(zhì)量降級(結合一定的傳輸控制協(xié)議),因此,編碼方式也是保證流媒體應用質(zhì)量的重要技術(shù)。


四、流媒體內容的傳遞需要CDN的支撐
      以視頻點(diǎn)播等影視節目為主的流媒體業(yè)務(wù)的引入,給網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)帶來(lái)了很大沖擊,傳統的網(wǎng)絡(luò )模型和業(yè)務(wù)模型難以滿(mǎn)足流媒體業(yè)務(wù)的需要。從上面的論述中,可以歸納出流媒體業(yè)務(wù)的屬性主要體現在如下幾個(gè)方面:
(1)高帶寬需求。一般影視節目帶寬需高達500kbit/s~1Mbit/s,而且要求穩定的帶寬保證。
(2)高QoS保證需求。流媒體業(yè)務(wù)對QoS提出了嚴格的要求,如750kbit/s的MMS/TCP媒體流要求端到端丟包率小于2%,雙向時(shí)延小于140ms。
(3)雙向不對稱(chēng)/對稱(chēng)流需求。對于視頻點(diǎn)播節目,一般是雙向不對稱(chēng)的服務(wù)。
(4)點(diǎn)對多點(diǎn)的廣播流需求。對于IPTV、直播類(lèi)業(yè)務(wù),需要支持從單點(diǎn)(廣播源)到多個(gè)接受點(diǎn)(用戶(hù)終端)的流傳輸。
(5)并發(fā)服務(wù)/業(yè)務(wù)數是個(gè)瓶頸。流媒體類(lèi)業(yè)務(wù)一般是服務(wù)器—客戶(hù)端或客戶(hù)端—客戶(hù)端的業(yè)務(wù)服務(wù)架構,視音頻編解碼是服務(wù)器和客戶(hù)端的重要功能之一,視音頻編解碼需要耗費大量的服務(wù)器/客戶(hù)端軟件和硬件資源,因此目前的服務(wù)器或客戶(hù)端難以承受大的并發(fā)服務(wù)/業(yè)務(wù)請求,一般服務(wù)器只能支持1000以?xún)鹊牟l(fā)影視媒體流訪(fǎng)問(wèn)。正是由于流媒體業(yè)務(wù)具有上述屬性,而目前基于包交換的IP網(wǎng)不是為上述業(yè)務(wù)屬性設計的,因此直接在當前的IP網(wǎng)上承載具有上述屬性的流媒體業(yè)務(wù)會(huì )產(chǎn)生如下問(wèn)題:
(1)端到端帶寬和QoS難以保證。
(2)網(wǎng)絡(luò )通常不支持多播,廣播型業(yè)務(wù)需要采用多個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)傳輸實(shí)現,不但耗費大量的骨干網(wǎng)絡(luò )帶寬,而且對源點(diǎn)也構成極大的壓力。
(3)一旦流媒體業(yè)務(wù)用戶(hù)量和業(yè)務(wù)量加大,對現有網(wǎng)絡(luò )的流量流向模型造成很大的沖擊,甚至會(huì )使得現有網(wǎng)絡(luò )難以滿(mǎn)足常規業(yè)務(wù)的開(kāi)展。
(4)SP的接入是個(gè)瓶頸,會(huì )影響業(yè)務(wù)的正在開(kāi)展,接入帶寬、業(yè)務(wù)訪(fǎng)問(wèn)能力描述。
      上述問(wèn)題在現有網(wǎng)絡(luò )框架下是難以解決的,引入內容分發(fā)網(wǎng)絡(luò )(CDN)正是為了解決上述問(wèn)題。其好處是:
(1)通過(guò)CDN的引入,可以將用戶(hù)業(yè)務(wù)服務(wù)點(diǎn)更靠近用戶(hù),可以放在省網(wǎng)、本地網(wǎng),甚至放在小區里,可以將目前尚未解決的帶寬保證和QoS保證問(wèn)題的距離縮短,從而可以有效地“解決”此問(wèn)題。
(2)通過(guò)CDN的引入,可以將大量流媒體內容預先分發(fā)到省網(wǎng)、本地網(wǎng)范圍內,同時(shí)可以通過(guò)本地自動(dòng)緩存操作,大大緩解流媒體業(yè)務(wù)對骨干網(wǎng)流量流向的沖擊。
(3)通過(guò)CDN的引入,可以實(shí)現廣播流的樹(shù)型分發(fā)和服務(wù),實(shí)現“應用層”多播。
(4)通過(guò)CDN的引入,將流媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器分散和下放,可以有效緩解對SP接入的壓力。


五、CDN技術(shù)將促進(jìn)流媒體業(yè)務(wù)的開(kāi)展
      內容分發(fā)網(wǎng)絡(luò )(CDN,Content Distribution Network),有時(shí)也可以稱(chēng)作內容傳遞網(wǎng)絡(luò )(Content
Delivery Network)。CDN的核心思想是將內容從中心推到邊緣靠近用戶(hù)的地方,這樣,不但有效地提高了用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)內容的服務(wù)質(zhì)量,而且還能減輕中心設備和骨干網(wǎng)絡(luò )的壓力。通過(guò)CDN,可以將內容服務(wù)從原來(lái)的單一中心服務(wù)結構變?yōu)榉植际椒?wù)結構。
      在寬帶流媒體應用的推動(dòng)下,近年來(lái),CDN在國內外得到迅速發(fā)展,流媒體內容取代Web內容成為CDN主要承載的對象。
      總體上,CDN通常由三個(gè)部分構成:內容管理平臺、內容路由系統、Cache節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )。其中,內容管理平臺主要負責整個(gè)CDN系統的管理,特別是內容管理,如內容的注入和發(fā)布、內容的分發(fā)、內容的審核、內容的服務(wù)等。內容路由系統負責將用戶(hù)的請求調度到適當的設備上,內容路由通常通過(guò)負載均衡系統來(lái)實(shí)現。Cache節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )是CDN的業(yè)務(wù)提供點(diǎn),是面向最終用戶(hù)的內容提供設備。從功能平面的角度,這三個(gè)部分分別構成了CDN的管理平面、控制平面和數據平面。
      此外,從完整的CDN內容提供的角度,CDN還應包括內容源(媒體資源庫)和用戶(hù)終端(媒體播放器)。從CDN運營(yíng)的角度,CDN還應考慮SP接口和管理、用戶(hù)認證、授權和計費(AAA)、內容版權管理(DRM)等相關(guān)功能。
      從CDN設備的角度,CDN的實(shí)現有兩種方式:基于專(zhuān)用設備的硬件實(shí)現方式和基于通用系統的軟件實(shí)現方式?;趯?zhuān)用設備的硬件實(shí)現方式一般采用專(zhuān)用的操作系統,專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的媒體服務(wù)系統,專(zhuān)用的硬件設備(機架式)?;谕ㄓ密浖膶?shí)現方式一般采用通用的操作系統,如Windows或Linux,直接采用通用媒體服務(wù)器作為播放服務(wù)器,如Windows Media Server和Real Server,并通過(guò)附加CDN軟件的方式實(shí)現相關(guān)的CDN功能。
      目前,CDN技術(shù)已經(jīng)比較成熟,市場(chǎng)上有許多廠(chǎng)商提供CDN設備和集成的解決方案。從運營(yíng)的角度,CDN的運營(yíng)商主要分為兩類(lèi),一類(lèi)是傳統的網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商建設CDN并運營(yíng),如AT&T、德國電信、中國電信和中國網(wǎng)通;另一類(lèi)是純粹的CDN運營(yíng)商,如國外的Akamai、國內的ChinaCache。
      隨著(zhù)CDN技術(shù)的不斷發(fā)展,從組網(wǎng)應用的角度看,CDN的發(fā)展趨勢有以下幾個(gè)方面:
      首先是不同CDN實(shí)現方式的融合,例如,硬件廠(chǎng)商在不斷降低成本,軟件廠(chǎng)商在不斷提高單臺設備的性能,支持更多的功能,引入一些硬件設備設計思路。 
      其次是流媒體在CDN中日益成為主流,因此,CDN的設計和實(shí)現越來(lái)越多地考慮到流媒體內容分發(fā)和服務(wù)的需求。
      最后是CDN的可運營(yíng)性和可管理性方面的功能得到不斷的增強,由于運營(yíng)商建設CDN越來(lái)越普遍,因此,可運營(yíng)可管理的需求越來(lái)越高,CDN設備提供商和CDN集成商普遍在解決方案中增強了系統的可運營(yíng)、可管理的能力。


六、結束語(yǔ)
      從整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)寬帶應用的角度看,流媒體和CDN只是其中支撐業(yè)務(wù)和應用的技術(shù)環(huán)節,需要包括內容等在內的整個(gè)價(jià)值鏈條各相關(guān)環(huán)節的協(xié)調發(fā)展,才能真正帶動(dòng)流媒體技術(shù)的CDN技術(shù)的健康發(fā)展。

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