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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,正在深刻地改變著人們的交流和思維方式。近年來中國的上網(wǎng)用戶數(shù)正在迅猛增長,根據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心(CNNIC)統(tǒng)計(jì)報(bào)告,截止到2003年12月31日,中國上網(wǎng)用戶總?cè)藬?shù)為7950萬人。其中寬帶上網(wǎng)用戶人數(shù)達(dá)到1740萬人,半年內(nèi)增加了760萬人,增長率為77.6%,和去年同期相比增長163.6%。在四種方式的上網(wǎng)用戶中,寬帶用戶增長速度最快。從CNNIC的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)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(yīng)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(zhèn)地區(qū)居民的消費(fèi)時(shí)尚,寬帶用戶數(shù)的不斷增加也直接導(dǎo)致更多的SP/CP從事寬帶內(nèi)容的經(jīng)營,網(wǎng)上寬帶的內(nèi)容和應(yīng)用精彩紛呈。
從寬帶開始,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(yùn)行的必經(jīng)途徑。根據(jù)CNNIC的調(diào)查顯示:休閑娛樂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(diào)查情況如圖1所示-詳圖請參見《中國多媒體視訊》第九期。
顯而易見,發(fā)展動(dòng)態(tài)的、可互動(dòng)的豐富媒體內(nèi)容和增值應(yīng)用是吸引用戶的重要手段。以寬帶為基礎(chǔ)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)的窄帶互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)有著本質(zhì)的區(qū)別,兩者具有截然不同的應(yīng)用前景和運(yùn)營模式:寬帶面對的是商業(yè)應(yīng)用、娛樂、消費(fèi)和家庭服務(wù),它需要豐富多彩的內(nèi)容為基礎(chǔ)。
二、打造寬帶多媒體應(yīng)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),提供各種能滿足用戶有效需求的增值服務(wù),讓用戶感覺寬帶收費(fèi)物有所值。成熟的寬帶多媒體業(yè)務(wù)至少應(yīng)該具備下面四個(gè)特點(diǎn):
(1)多媒體化:寬帶業(yè)務(wù)應(yīng)充分利用高帶寬的特點(diǎn),運(yùn)用圖像、聲音和動(dòng)畫等各種窄帶網(wǎng)絡(luò)所無法提供的傳媒手段向用戶提供豐富多彩的內(nèi)容。
(2)互動(dòng)性:隨著帶寬的增加,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(diào)動(dòng)起用戶消費(fèi)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(yàn)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(shù)字家庭、多媒體虛擬城市和社區(qū)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(yīng)是個(gè)性化的服務(wù)。對應(yīng)于不同的客戶群體,如不同行業(yè)、不同年齡層次,用戶都能根據(jù)其消費(fèi)習(xí)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)。
由滿足上述特點(diǎn)的業(yè)務(wù)衍生的寬帶增值應(yīng)用很多,如遠(yuǎn)程視訊會(huì)議、VOD視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)電視、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)游戲、數(shù)字家庭等,還有其他的像數(shù)字化圖書館、多媒體商城、數(shù)碼導(dǎo)游等等,這其中所蘊(yùn)涵的商機(jī)有可能是我們現(xiàn)在所無法估計(jì)的。
寬帶多媒體應(yīng)用需要營造一個(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(yīng)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(yīng)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(shè)備提供商、視訊服務(wù)提供商、行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)提供商、視訊增值服務(wù)提供商、視訊用戶等,在該產(chǎn)業(yè)鏈中,運(yùn)營商通常作為網(wǎng)絡(luò)提供商和視訊服務(wù)提供商出現(xiàn)。
寬帶多媒體業(yè)務(wù)產(chǎn)品要想成功獲得市場認(rèn)可,需要相關(guān)各方都有收益或獲得服務(wù)的機(jī)會(huì),需要有一個(gè)良好的業(yè)務(wù)運(yùn)營模式。符合市場游戲規(guī)則,各方都樂于接受的運(yùn)營模式,是寬帶業(yè)務(wù)得以順利發(fā)展的關(guān)鍵因素,應(yīng)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(yán)格按時(shí)間先后次序傳輸和播放的連續(xù)音/視數(shù)據(jù)流。流媒體具有三個(gè)特點(diǎn):連續(xù)性(continuous)、實(shí)時(shí)性(real-time)、時(shí)序性(time-ordered),即有嚴(yán)格的前后時(shí)序關(guān)系。與傳統(tǒng)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(nèi)容緩存后,流媒體數(shù)據(jù)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)用戶可觀看在線媒體,在給定時(shí)刻,用戶只能觀看已下載的那部分,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(jù)用戶連接的速度做調(diào)整。由于標(biāo)準(zhǔn)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)觀看到。實(shí)時(shí)流與HTTP流式傳輸不同,它需要專用的流媒體服務(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(xiàn)場事件,也支持隨機(jī)訪問,用戶可快進(jìn)或后退以觀看前面或后面的內(nèi)容。
順序流式傳輸比較簡單,更接近于傳統(tǒng)的下載觀看方式,其適應(yīng)性較差,也不能支持交互,其應(yīng)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(shù)據(jù)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(yīng)能力也較強(qiáng),它需要專門的流媒體服務(wù)器,相關(guān)的控制協(xié)議,需要更為穩(wěn)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?shù)膶?shí)現(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。通常不采用TCP傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),因?yàn)門CP的每包確認(rèn)的機(jī)制需要較多的開銷,而且TCP基于窗口的擁塞控制技術(shù)不能很好地支持穩(wěn)定速率的流媒體傳送。其次,TCP對丟包比較敏感,它的重傳機(jī)制對實(shí)時(shí)流也是沒有必要的。所以在實(shí)時(shí)流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方案中,一般采用HTTP/TCP來傳輸控制信息,而用RTP/UDP來傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息。
流媒體技術(shù)能夠廣泛應(yīng)用于多媒體新聞發(fā)布、在線直播、網(wǎng)絡(luò)廣告、電子商務(wù)、視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)電臺、實(shí)時(shí)視頻會(huì)議等,它豐富了傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的表現(xiàn)形式,賦予寬帶應(yīng)用更多的娛樂性和互動(dòng)性。流媒體技術(shù)必將成為未來寬帶網(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于許多其他的控制,如流量控制、擁塞控制等。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)資源變化時(shí),還必須能夠適應(yīng)這種變化并做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。另外,有效的音頻和視頻編碼方式不但能夠減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,還能夠有效地減少因數(shù)據(jù)丟失帶來的質(zhì)量降級(結(jié)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(yīng)用質(zhì)量的重要技術(shù)。
四、流媒體內(nèi)容的傳遞需要CDN的支撐
以視頻點(diǎn)播等影視節(jié)目為主的流媒體業(yè)務(wù)的引入,給網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營帶來了很大沖擊,傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型和業(yè)務(wù)模型難以滿足流媒體業(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(xiàn)在如下幾個(gè)方面:
(1)高帶寬需求。一般影視節(jié)目帶寬需高達(dá)500kbit/s~1Mbit/s,而且要求穩(wěn)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(yán)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/對稱流需求。對于視頻點(diǎn)播節(jié)目,一般是雙向不對稱的服務(wù)。
(4)點(diǎn)對多點(diǎn)的廣播流需求。對于IPTV、直播類業(yè)務(wù),需要支持從單點(diǎn)(廣播源)到多個(gè)接受點(diǎn)(用戶終端)的流傳輸。
(5)并發(fā)服務(wù)/業(yè)務(wù)數(shù)是個(gè)瓶頸。流媒體類業(yè)務(wù)一般是服務(wù)器—客戶端或客戶端—客戶端的業(yè)務(wù)服務(wù)架構(gòu),視音頻編解碼是服務(wù)器和客戶端的重要功能之一,視音頻編解碼需要耗費(fèi)大量的服務(wù)器/客戶端軟件和硬件資源,因此目前的服務(wù)器或客戶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以內(nèi)的并發(fā)影視媒體流訪問。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(shè)計(jì)的,因此直接在當(dāng)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(xiàn),不但耗費(fèi)大量的骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬,而且對源點(diǎn)也構(gòu)成極大的壓力。
(3)一旦流媒體業(yè)務(wù)用戶量和業(yè)務(wù)量加大,對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的流量流向模型造成很大的沖擊,甚至?xí)沟矛F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)難以滿足常規(guī)業(yè)務(wù)的開展。
(4)SP的接入是個(gè)瓶頸,會(huì)影響業(yè)務(wù)的正在開展,接入帶寬、業(yè)務(wù)訪問能力描述。
上述問題在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)框架下是難以解決的,引入內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN)正是為了解決上述問題。其好處是:
(1)通過CDN的引入,可以將用戶業(yè)務(wù)服務(wù)點(diǎn)更靠近用戶,可以放在省網(wǎng)、本地網(wǎng),甚至放在小區(qū)里,可以將目前尚未解決的帶寬保證和QoS保證問題的距離縮短,從而可以有效地“解決”此問題。
(2)通過CDN的引入,可以將大量流媒體內(nèi)容預(yù)先分發(fā)到省網(wǎng)、本地網(wǎng)范圍內(nèi),同時(shí)可以通過本地自動(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CDN的引入,可以實(shí)現(xiàn)廣播流的樹型分發(fā)和服務(wù),實(shí)現(xiàn)“應(yīng)用層”多播。
(4)通過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)的開展
內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN,Content Distribution Network),有時(shí)也可以稱作內(nèi)容傳遞網(wǎng)絡(luò)(Content
Delivery Network)。CDN的核心思想是將內(nèi)容從中心推到邊緣靠近用戶的地方,這樣,不但有效地提高了用戶訪問內(nèi)容的服務(wù)質(zhì)量,而且還能減輕中心設(shè)備和骨干網(wǎng)絡(luò)的壓力。通過CDN,可以將內(nèi)容服務(wù)從原來的單一中心服務(wù)結(jié)構(gòu)變?yōu)榉植际椒?wù)結(jié)構(gòu)。
在寬帶流媒體應(yīng)用的推動(dòng)下,近年來,CDN在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展,流媒體內(nèi)容取代Web內(nèi)容成為CDN主要承載的對象。
總體上,CDN通常由三個(gè)部分構(gòu)成:內(nèi)容管理平臺、內(nèi)容路由系統(tǒng)、Cache節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。其中,內(nèi)容管理平臺主要負(fù)責(zé)整個(gè)CDN系統(tǒng)的管理,特別是內(nèi)容管理,如內(nèi)容的注入和發(fā)布、內(nèi)容的分發(fā)、內(nèi)容的審核、內(nèi)容的服務(wù)等。內(nèi)容路由系統(tǒng)負(fù)責(zé)將用戶的請求調(diào)度到適當(dāng)?shù)脑O(shè)備上,內(nèi)容路由通常通過負(fù)載均衡系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。Cache節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)是CDN的業(yè)務(wù)提供點(diǎn),是面向最終用戶的內(nèi)容提供設(shè)備。從功能平面的角度,這三個(gè)部分分別構(gòu)成了CDN的管理平面、控制平面和數(shù)據(jù)平面。
此外,從完整的CDN內(nèi)容提供的角度,CDN還應(yīng)包括內(nèi)容源(媒體資源庫)和用戶終端(媒體播放器)。從CDN運(yùn)營的角度,CDN還應(yīng)考慮SP接口和管理、用戶認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)(AAA)、內(nèi)容版權(quán)管理(DRM)等相關(guān)功能。
從CDN設(shè)備的角度,CDN的實(shí)現(xiàn)有兩種方式:基于專用設(shè)備的硬件實(shí)現(xiàn)方式和基于通用系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)方式?;趯S迷O(shè)備的硬件實(shí)現(xiàn)方式一般采用專用的操作系統(tǒng),專門開發(fā)的媒體服務(wù)系統(tǒng),專用的硬件設(shè)備(機(jī)架式)。基于通用軟件的實(shí)現(xiàn)方式一般采用通用的操作系統(tǒng),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,并通過附加CDN軟件的方式實(shí)現(xiàn)相關(guān)的CDN功能。
目前,CDN技術(shù)已經(jīng)比較成熟,市場上有許多廠商提供CDN設(shè)備和集成的解決方案。從運(yùn)營的角度,CDN的運(yùn)營商主要分為兩類,一類是傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商建設(shè)CDN并運(yùn)營,如AT&T、德國電信、中國電信和中國網(wǎng)通;另一類是純粹的CDN運(yùn)營商,如國外的Akamai、國內(nèi)的ChinaCache。
隨著CDN技術(shù)的不斷發(fā)展,從組網(wǎng)應(yīng)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(xiàn)方式的融合,例如,硬件廠商在不斷降低成本,軟件廠商在不斷提高單臺設(shè)備的性能,支持更多的功能,引入一些硬件設(shè)備設(shè)計(jì)思路。
其次是流媒體在CDN中日益成為主流,因此,CDN的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)越來越多地考慮到流媒體內(nèi)容分發(fā)和服務(wù)的需求。
最后是CDN的可運(yùn)營性和可管理性方面的功能得到不斷的增強(qiáng),由于運(yùn)營商建設(shè)CDN越來越普遍,因此,可運(yùn)營可管理的需求越來越高,CDN設(shè)備提供商和CDN集成商普遍在解決方案中增強(qiáng)了系統(tǒng)的可運(yùn)營、可管理的能力。
六、結(jié)束語
從整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)寬帶應(yīng)用的角度看,流媒體和CDN只是其中支撐業(yè)務(wù)和應(yīng)用的技術(shù)環(huán)節(jié),需要包括內(nèi)容等在內(nèi)的整個(gè)價(jià)值鏈條各相關(guān)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)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。