【杜百川·研究报告】深度解读广电大规模建设CDN的时机尚不成熟

 3月30日，2015亚太CDN峰会在北京隆重拉开帷幕。会上，新闻出版广电总局科技委副主任杜百川先生将其近几年对CDN的研究成果毫无保留地与大家分享。2014年，杜总对广电建CDN提出了6大建议；2015年，杜总突然提出广电大规模建设CDN的时机尚不成熟。其中原因究竟为何？杜百川先生用99张PPT详细解读了此中纠结。

 

图为：新闻出版广电总局科技委副主任杜百川先生

 一、背景分析，全球、中国互联网/移动互联网在快速发展

据杜总介绍，目前全球拥有72.1亿人口，其中活跃的互联网用户拥有30.1亿，活动社交媒体账户有20.78亿，移动用户36.49亿，活动移动社交账户有16.85亿。

杜总表示，经过十余年间的发展，中国网民普及率由2005年的8.5%提升到了2014年的47.9%；网民每周上网时长由由2010年的18.3提升到了26.1小时。

据杜总介绍，2015年宽带中国主要引导目标有四个：

第一，宽带网络能力持续增强，新增FTTH覆盖家庭8000万户，推动一批城市率先成为“全光网城市”新建4G基站超过60万个，4G网络覆盖县城和发达乡镇；

第二，新增1.4万个行政村通宽带。新增光纤到户宽带用户4000万户，新增4G用户超过2亿户；

第三，使用8Mbps及以上接入速率的宽带用户占比达到55%，用户上网体验持续提升；

第四，提升支撑100家规模以上工业企业积极探索智能工厂、智能装备和智能服务新模式、新业态，支撑1000家工业及生产服务企业的高带宽专线服务，新增M2M终端1000万个，促进工业互联网发展。

会上，杜总还提出了广电和电信用户发展的情况。国家新闻出版广电总局最新公布有线电视用户2.29亿，数字用户1.72亿，双向覆盖用户9500万，开通2850万，宽带用户700万，直播卫星用户3200万，户户通1309万，村村通1909万；工信部最新公布宽带用户超过7.8亿，固定宽带接入用户突破2亿户，其中8M以上用户占比突破40.9%。三家基础电信企业IPTV用户达到3340万户，2014新增FTTH用户达7000万。手机用户达12.81亿，移动宽带用户达5.83亿，占移动电话用户的45.3%，4G用户达9728万，2015年目标达到2.5亿；每月每用户平均移动互联网接入流量达到186.5M，同比增长48.8%，手机占移动互联网流量86.8%。我国2014三季度智能手机出货量达到9050.9万部，第四季度苹果手机在中国销售将达到7150万部，首次超过美国本土。

随着采用流媒体将互联网视频传输到电视和其他终端的日益普遍，CDN成为提供此类内容的占统计地位的方法，到2018年全球互联网全部流量的55%将通过CDN提供，而2018年全球全部视频流量的67%将由CDN提供！

但是在美国，互联网企业支持改变宽带定义。流媒体视频业务收入从2010年的$18.6亿上升到2013年的$51.2亿，增长了175%，互联网协会主席MichaelBeckerman认为改变宽带定义，从4/1改变为25/3 Mbps绝对有助于持续的经济增长，互联网协会成员包括Amazon，Google，Netflix Yahoo等 。全美有线和通信协会则马上表示反对，认为是随意和反复无常，而且根本没有必要。但在线视频播放观众不同意该观点，对高质量OTT需求的持续增长意味着需要足够的带宽，特别是HD和4KUHD，Netflix和Amazon已经开始有限的4K流媒体业务。Vimeo等也有4K视频下载，将来也有流媒体业务的计划。Netflix CEO Reed Hastings认为4KUHD流媒体至少要25 Mbps，另外现代家庭视频会议在线游戏和家庭监视等业务，25 Mbps对未来5年是基本要求。更深层次的原因与FCC网络中性的建议有关，FCC认为加大宽带的定义将减少ISP提供商对宽带业务的潜在干预。

二、CDN亟需标准化

1、内容提供模型种类比较多

杜总认为，CDN需要标准化。目前内容提供模型种类比较多。ETSI 2010年到2013年发布了有关媒体内容递送的十多个报告，包括：MCD 框架共9个部分，有关注范围概括，内容提供方的看法与需求，监管社会和政策，收视评价，内容递送基础设施等；还包括节目信息分配，字幕信息分配，3D游戏图形递送等相关部分。在第一部分中对不同标准组织ITU, TISPAN NGN/IPTV; ITU-T Y.1910; Joint EBU/CENELEC/ETSI TC; Open IPTV Forum; ATIS 的内容信息模型进行了比较分析，提出了媒体内容递送要关注的主要问题。

媒体内容递送要关注的主要问题：

1）、监管、社会需求和政策；

2）、业务等级, QoS/ QoE, 区域性业务和地理范围限制, 递送监控, 家长控制,会员等用户条件；

3）、随着MCD业务的增加以及媒体和通信市场的分割，导致跨内容提供方和最终用户间接口和平台数量增加(通常采用不同的技术)，每一种系统和接口都是对标准化潜在的损害，定义互操作准则对指导如何向用户提供相应的QoS非常重要。

4）、安全和内容保护：内容拥有方特别强调在携带内容时如何确保数字版权保护，这一问题马上又转换成跨越不同平台的互操作性，因为多数内容保护系统不兼容。广播业者在跨节目组和跨网络分配平台时通常使用DVB同密，但在宽带还没有统一的标准，仍在使用不兼容的DRM系统。

5）、收视评价：用来评估广播业务收视效果的传统的收视调查流程设计已经很成熟了，一些IPTV运营商也已经在一定数量的机顶盒实时记录观看的频道建立了相应收视调查机制，但还不能覆盖传统流程的所有项目，如观看人数，社交特性等。

6）、随着IPTV和移动用户的剧增，广告业内原来使用的评价方法和指数已经不能适应新的情况，传统频道中的交互业务也必须考虑在内，应该重新定义将多种分配网络数据组合的新的评价方法。

7）、安全，计费和用户数据权利保护：经常会有利用用户信息投放精准广告的需求，同时在网络业务认证也需要用户准确信息，因此确保用户数据权利必须考虑在内。

在内容流动方式和内容门户方面：

内容流动方式，建议的4种到用户的内容流动方式是：直接由互联网(Iu)；通过互联网CDN (Ii)；通过运营商CDN (Ic)；通过运营商的互联网CDN；一般来说，尽管C内容提供方关注QoS的问题，但不希望负担额外的费用，希望将其包括在互联网CDN合同中，有些可能会和运营商签订另外的话题确保内容传输质量，额外的费用将分摊在用户身上，但在某些国家，这种安排是不合法的，违反了网络中立原则。

内容门户：内容门户是内容提供非常重要的部分，一些CP选择提供自己开发和/或掌握其内容门户，另一些CP则依靠所选的通信运营商的基础设施。开发自己的portal对机顶盒来说要求可能是非常高的，因为没有标准的中间件，标准的API来从网络运营商设备流媒体内容。但CP要求电信运营商在呈现其内容方面拥有更大的自由，宁愿要求控制内容门户，国际性公司已经趋向在自己国家采用自己的portal，而在国外由当地分销商决定。

内容反馈的报告流流向不同的CDN，内容提供商希望详细记录用户数据，当然也可以作为基本的用户调查工具。一些内容提供商希望这些数据可以制衡通常占垄断地位的用户调查架构。但应注意，由于有些CDN的报告太慢，有些内容提供商使用内容人口的记录来得到相关信息，这也是为什么控制入口的重要性。

互联网收视数据也不应被忽略，某内容提供商的经验，对某些节目互联网收视数和整个收视数是1比4的关系，从而内容提供商可以从互联网收视情况快速推断可靠的收视数据，而这些数据对吸引广告商而言是非常重要的。

一些CP说观众有一定的时间粒度，这样节目可以被动态修改已最大化观众数量，目前直播节目的粒度在5分钟到15分钟，但实际数据要一天以后。

点播节目对报告的需求较少，大多数情况下月报就可以，包括每个节目的观看人数，不同观众的观看人数，每个观众平均观看数据等，对于热门内容，或广告支持的VoD，可能需要日报，包括同时观看的峰值，某些CDN在拉模式下提供查询方式，得到观众确定的时间。

有时CDN也会提供用户行为跟踪功能， 用来建议类似内容观看，有些CP会要求未加工数据(会晤开始和结束)并和自己的收视调查合并。

CDN/用户设备接口是最常用的接口，大多数内容拥有者首要考虑的是如何保护内容。用户设备接口主要规定使用的传输协议和视音频编解码标准和格式。内容保护方面，运营商的互联网CDN管理了指定的机顶盒群，通常使用与广播类似的CA，流媒体通常使用OMA DRM。

逐步下载方式和直播流媒体对CDN要求不同，逐步下载方式更适应网络有拥塞的情况，但一些内容拥有方禁止采用逐步下载方式，以防止内容被存储在用户，更鼓励预缓冲方式来避免拥塞，这时需要DRM。

对有管理的网络，运营商使用与IPTV相同的技术: 对于P2P方式，CDN的作用有所不同. 由于缺少对内容分配的控制，而且没有用户反馈，用户并不愿采用，一些内容提供商则要求要采用与盗版网站不同的协议和软件。

对交互内容，传统的方式需要中间件，从专有的中间件到MHEG5，DVB-MHP和HTML5，同时考虑了不同的传送打包方式，如允许交互内容嵌入TS流，嵌入应用可以屏蔽视频引入家长控制或用于交互或目标广告。有人希望中间件从机顶盒向显示转移，结束DSL和有线运营商专用机顶盒方式。

CDN通常会提供媒体文件如何编码和上载的规范细节，上载本身可以采用标准的互联网协议，如FTP，SFTP (FTP over SSH-安全连接), HTTP或HTTPS，随后进行规定的处理，不同的CDN会有所不同，但通常会包括自动检测，加扰(特别是运营商的CDN), 转码 transcoding (如用于预览的码流), 标引并拷贝到流媒体平台。一些内容提供商强烈要求控制转码过程，但CDN可能会不同意。

元数据可分技术元数据和商业元数据两大类，两类文件通常都是XML格式，或更简单的text文件。商业元数据只用于内容提供商之间内容交换和门户，商业信息包括价格，可得的窗口，编辑类信息 (标题，演员，梗概等)；技术元数据用于CDN对媒体文件的规定处理，通常与媒体文件相同的方式存放，信息包括PID, 音轨, 字幕, 编解码, 码率, 图像格式(SD/HD)等。目前元数据没有交换标准，大多数内容提供商要和每一个CDN对接。

流的格式比文件格式更混乱，从广播SDI，TS到MMS格式都有，有些要求目标格式，有些要求统一码率MPEG-2@8 Mbi/s再转码，只有足够大的媒体有自己的选择权。伴随的元数据就是EPG信息，IPTV运营商不支持DVBSI扩展，只支持HTTP-only EPG，以节省带宽，没办法在带内发送元数据。

互联网CDN必须定时报告内容消费情况，每天通过e-mail发送，依赖于签订的协议，web服务器的原始记录可以在任何时候从FTP/SFTP服务器下载，某些CDN还提供有先进统计工具的互联网门户。但记录和报告都不是标准化的，每个互联网CDN都有自己的格式，通常内容提供方只与一个互联网CDN签合同，所以没有太大问题。互联网CDN并不希望标准化，内容提供商更容易离开，但这样会妨碍这一领域的竞争。

运营方CDN情况几乎相同，通常每个月底产生正式报告文件并放在FTP/SFTP服务器，或通过网络业务送达; 该文件作为运营方和内容提供方计费的基础，内容提供方可通过门户和原始记录核对，并不是不经常发现有不一致的地方，因此有时需要审计。

2、现有CDN互联架构评估
 

 

图为：ITU-T Y.2019内容分配架构细节
 

杜总表示，现场CDN互联架构许多外部接口看来符合CDI需求 (值得注意的是传送接口Uc/Ud MC/Md, 包括 C2), 然而有些也可能会违反某些要求:S1 是基于IMS 的一个变形，引入与 IMS 子系统的联结可能会违反网络架构中立的要求； E4 引入了对外部误码恢复机制的依赖；A2 和 C1 引入内容准备和CDN功能之间的联结，这种内部结构违背了需求RN04；尽管该架构具备CDN各部分的分层关系，但没有明确考虑不同运营方之间CDN互联需求，这看来是防止CDN各部分的CDN互联不符合ITU-T Y.2019。然而有可能需要规定一个Y.1910子集，来补充混合CDN的互联，该子集的精力应集中在外部接口，而省略内部机制和参考点的规范，因为ITU-T Y.2019大多数规定都与内部协调机制和协议有关，较少考虑到相应CDI互联时CDI的外部接口。 

 

图为：TS 182 019 CDN架构- TISPAN IPTV 架构互联

图为：TISPAN CDN 总体架构

杜总表示，TISPAN CDN 总体架构许多外部接口看来符合CDI需求，然而有些也可能会违反某些要求:C4包含有内容加密功能，违背CDI需求和内容格式中性的要求； S1包含有内容位置功能内部结构违反了需求RN04。总的来说，CDN看起来考虑了与IPTV系统紧密集成 ，使得实现起来更受限制，也很难在更中立的架构系统上现实；没有明确规定CDN互联；尽管框图中提到，但没有规定内容获取接口可以作为混合CDN互联架构的子集， 更集中在外部接口，而省略内部机制和参考点的规范，应去除对外部接口的不同解释。

 

图为：OIPF 总体架构

杜总表示，OpenIPTVForum中的CDN类似于IMS的“认证和会晤管理”部分，只服务于规定运营方VOD业务的扩展管理(Extended Managed Profile)，这意味着OIPF 规范OIPF Volume 1 - Overview, release 2和OIPF Services and functions for Release 2 可能不支持简化互联网接口客户端的实现 (因为包含在OIPF Open Internet Profile，或甚至会包含在Baseline Managed Profile)，这与CDI的需求与目标相违背。

杜总认为，目前存在多种新概念影响CDN的标准化。去年欧洲发布了DVB业务在IP网传送标准ETSI TS 102 034 V1.5.1 (2014-12) DVB Transport of MPEG-2 TS Based DVB Services over IP Based Networks)，主要是电视业务如何通过IP网络最终在家庭网络终端得到实现，利用IP网络及其网络基础设施扩展原有的广播业务！

另外，ETSI正在制定的伴随屏幕和码流标准。目前欧洲标准组织ETSI正在制定伴随屏幕和码流标准，目前设置了3个部分。第一部分：概念，作用和总体架构；第二部分：内容识别和媒体同步；第三部分发现。终端设备、网络和通道的多屏业务融合，不是简单的显示连接，而是多屏幕不同通道在不同终端的融合业务实现，同时将广播业务扩大到其他屏幕！在这里，杜总呼吁，CDN亟需标准化。

三、软件定义的网络SDN架构和CDN的关系

杜总表示，CDN cache节点物理设备通常是标准的专用软硬件，但不同地方由于不同的目的有所不同，这样的架构有几大缺点：

设备容量需要按峰值设计，通常是周末晚，在平常时间专用硬件和CDN业务都闲置；

不能响应未计划的扩容需求，像突然事件直播，扩容需要事前准备；

专用CDN节点或从不同合作方CDN的平均峰值利用和弹性比估计的低。如果虚拟设备的硬件资源在同一NFVI可以共享。

不同合作方专用物理设备及业务使运营商网络复杂化并增加运营成本；

内容递送受变化很快的市场驱动，新的内容格式、协议、设备类型、内容保护需求等变化都很快，专用硬件对变化缺乏应有的灵活性；

内容递送发展也意味着相应增值业务的发展，如安全、性能最佳化等，对网络运营商来说，从合作方外购比自己解决更合算。

NFV CDN虚拟化目标：

CDN主要由CDN节点和CDN控制器组成，CDN控制器是中性化配置，而CDN cache是分布式配置。CDN虚拟化会涉及所有的部分，但首先是影响cache节点的可达到的并可接受的性能，如通过能力，延时等。

将CDN在一个标准化环境下转化为虚拟设备要克服如下问题：

在工作日和不繁忙的情况下，资源可用于其它应用；总容量可以被所有内容递送设备共享；不同当事人对资源的操作过程不会出现冲突；如果只是软件，那么内容递送有新需求是应容易被更新或增加；如果有标准化的方式开展和运行第三方CDN节点，就可以以超越共处环境的可控方式在运营方自己的基础设施上运行虚拟CDN节点，并可以向CDN提供方和拥有私有CDN的大的内容提供商开展新型批发业务。

四、CDN与家庭网络和设备的虚拟化

在没有虚拟化的家庭环境，每个家庭都配备机顶盒或家庭网关，所有业务由家庭网关接收，在转换成家庭中的私有IP地址，递送给相应的家庭设备。家庭网关通过PPPoE隧道或IPoE与宽带网关连接提供互联网连接或数据中心的连接，而IPTV和VoIP不通过宽带网关到户。

NFV技术将业务和功能虚拟化并将其从家庭设备转移到NFV云，虚拟网络功能将原家庭设备进行虚拟复制，即家庭网关复制成虚拟家庭网关，机顶盒复制成虚拟机顶盒，以便尽量保持到虚拟设备的用来的接口。

家庭虚拟化将改变CDN和家庭设备的关系。目前网络运营商提供家庭业务通常使用放在用户家中的专用设备，该设备代表运营商出现在家庭或成为家庭网络的一部分，如用于互联网和VOIP的家庭网关(RGW)，支持电视和PVR的机顶盒或家庭网关等。

由于高带宽接入越来越普遍和NFV技术的完善，家庭环境虚拟化很容易实现，家中只需要物理连接的简单低价免维护设备即可。这种新的架构需要增加家庭到网络的带宽。

运营商和用户获得一系列的好处：机顶盒和家庭网关的CAPEX减少，少维护免升级减少OPEX，增加对所有内容和服务的接入以及支持多屏和移动改善QoE，新UI和新业务的引入不需要改变家庭设备和入户调试。

五、CDN和云

根据被授权使用云计算资源的不同实体来区分不同类型的云，根据是封闭的一群人，一定范围的一群人，公共人群，或上述的混合分别称为私有云、社群云、公共云和混合云。

业务模式可以分为软件作为服务、平台作为服务和基础设施作为服务等类型。杜总表示，CDN和云是两个不同世界的融合。CDN是更近的将内容送给用户，而Cloud: 在网络中进行计算。

CDN和云融合的基础是 云计算业务也需要移近用户以提高响应速度；CDN和云融合的需求是用户交互支持和其他计算的内容。

最后，杜总表示，由于互联网技术与传统广播通信技术的融合加速，内容传播递送技术正在快速更新，CDN传统架构正在发生变化，甚至CDN概念本身也正受到挑战，而广电原来并不是传统CDN架构，因此广电目前全面转向CDN架构或大规模新建CDN的时机尚不成熟！