移动高清智享加速技术探索

导读

中国移动高清拥有亿级的高清电视用户，随着互联网视频中4k、8k视频及VR等大流量应用的普及，为了提供高质量、低延迟的用户体验，解决传输过程中出现的卡顿等问题，各省移动公司大力发展OTTCDN，运营商建设成本与内容服务商带宽成本逐年急剧上升。为解决以上问题，立足运营商资源禀赋，研究综合利用云、边、端上午资源，在满足家庭用户优质内容访问服务体验需求的同时，进一步降低网络建设成本，实现降本增效，对于移动高清的快速发展有重要意义。

高清体验与内容分发成本矛盾

中国移动移动高清用户已经突破2亿，同时4K高清电视已经开始全面普及，据统计2021年出货量4568万台，同时高清视频内容生产及丰富度不断提升，涉及影视、体育、教育等多个领域。随着高清视频产业端到端综合体系逐渐完善，未来在各产业链环节的协同作用下，高清视频产业的发展将明显提速，相应的分辨率及码率一般情况下将增长2-5倍，为保证高清视频的分发质量，目前运营商主要通过扩大OTTCDN的建设规模的方式满足用户体验的需求，带来巨大的建设成本压力。

图1  高清视频分辨率与码率

通过研究近几年OTTCDN整体运行情况，发现OTTCDN呈现“平闲节忙”的特点，大成本进行容量建设，只在节假日发挥功效，平时处于轻载状态，无法将CDN资源最大化利用，同时因为各地区建设规模不均，在节假日用户观看集中情况下，CMNET处于高负荷状态，会造成跨地市流量加大，影响业务体验。

图2  OTTCDN资源利用率

综上，现有的移动高清OTTCDN内容分发模式下，存在以下问题：

1. 伴随超高清视频普及和推广，带宽成本很难有效控制。
2. 大成本的建设规模主要应对节假日的峰值，无法实现资源最大化利用；

为提升算网综合利用水平，集团于2021年底发布《算力网络白皮书》，提出以算为中心、网为根基的算力网络发展愿景，本文探索通过云、边、端算网资源协同的模式，提升资源利用水平，满足移动高清低时延、高带宽的用户体验需求。中国移动在端侧资源上具备先天优势，考虑立足亿级家庭泛终端，聚合终端闲散算力，与CDN协同互补，助力移动高清业务高品质发展。

移动高清智享加速技术方案

   传统的移动高清内容网络分发采用OTTCDN（Over-The-Top Content Delivery Network）技术，基于CDN技术的视频点直播服务架构，通过结合OTT服务提供商的应用层功能和CDN网络的分布式高速缓存技术，为移动高清客户提供更快，更可靠的视频内容传输。

图3  OTTCDN业务流程

OTT服务提供商通过业务平台向CDN网络中心节点上传视频内容，并向CDN集群中的内容中心推送该视频。当机顶盒请求该视频时，CDN会根据用户的位置和网络状况确定最近的缓存节点并将视频内容传输到用户设备上。

移动高清智享加速针对直播与点播场景，引入家庭泛终端资源资源加入内容分发流程，通过OTTCDN的LTC调度，通过LTC调度将用户请求切换到城域网内部，通过家庭泛终端提供分发内容，打通BRAS内部的数据分享通道，利用家庭上行带宽进行分享，从对等点获取视频内容。

（1）直播场景

播放器的播放请求后，LTC调度重定向至本地直播供流，其中起播阶段直播供流APK回源CDN拉取视频分片以保证首播时延，后续直播优先从其他分享网络节点拉取分享视频切片，降低CDN回源流量。

图4  移动高清智享加速直播流程

（2）点播场景

系统平台动态筛选近期热点内容，并在非高峰时段提前下发。点播高峰时段，各请求终端优先从智享加速网络中的热点内容缓存资源下载，减少上层网络带宽资源占用。

图5  移动高清智享加速点播流程

为支撑高质量的移动高清内容传输，移动高清智享加速采用云、边、端融合的技术架构，云侧负责海量端侧设备管控及融合业务调度；边侧通过调度策略及CDN边缘节点提供用户请求的兜底质量保证；端侧基于自适应分享算法、智能组网调度、多路内容聚合等关键技术提升分享水平，技术架构如图所示。

图6  移动高清智享加速系统架构

1. 终端服务：基于客户端APK代理播放器请求，根据播放器缓存时间、最长等待时间、重组分片等因素，确认数据获取来源及方式，获取内容后响应播放器请求并提供播放内容；
2. 网络穿透：基于STUN（简单穿越UDP协议）协议实现通过互联网连接两个处于不同NAT（Network Address Translation）网络的设备，实现对等点间网络建连。
3. 信令服务：负责建立和维护 WebRTC 会话环境，实现端点之间传递消息以建立连接，完成对等点之间的数据传输。
4. 组网编排：基于频道内容信息、终端实时状态、终端基础信息等实现海量服务终端感知、内容获取节点编排、内容存储节点编排等服务，为提升对等点间数据分享水平，采用网状结构，节点按需向周围节点请求。
5. 融合调度：融合OTT LTC调度与P2P 智享网络调度，通过海量节点算力感知、热点资源智能分发、异构节点协同调度等关键技术，结合不同场景及需求，将客户端请求调度到最优节点，实现成本、质量的最佳控制。
6. 控制中心：提供精细化管理功能，实现关键业务指标展示、节点管控、频道管控及监控告警等功能，并提供基于管控分离策略的节点安全管理。

展望

    移动高清智享加速系统响应集团算力网络ABCDNETS深度融合的新型基础设施理念，立足自主可控家庭泛终端资源，通过云边端资源协同与调度，有效分摊峰值业务流量，提升省公司OTTCDN业务投资成效比，促进移动高清业务的高质量发展。