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1、,视频应用及其解决方案,徐建锋思科中国 运营商事业部首席架构师,内容提纲,互联网视频成为互联网发展的主要驱动力无穷无尽内容，2013年超过90%的网络流量,终端：PC终端、互联网电视、平板电脑、智能手机等等质量：由256K-512K SD向1-2Mbps HD迈进内容：用户自产生UGC，相机、摄像机、手机等视频制作和共享挑战：带宽需求、智能CDN、质量保证,Web 2.0,Personal,Social,富媒体,Broadcast&More,更加交互化、个性化和社区化Interactive Personal Social,IPTV和三屏融合成为运营商的主要发展方向之一但是IPTV发展遇到互联网
2、视频的巨大挑战,高清视频通信身临其境的、传神的面对面体验,质量：480P、720P和1080P带宽：动态自适应，双向对称2-5Mbps服务：客户自服务开通、网络支付挑战：对称带宽需求，端到端质量保证,第三方内容,互联网视频和IPTV相关的技术范围,内容分发技术CDN,主流互联网视频/IPTV视频技术,近期视频领域的热点（1）Flash、H.264和WebM的背后：行业话语权之争,Adobe和苹果的Flash之争苹果不允许Flash在iPhone和iPad中运行。苹果的解释是，这会影响性能。苹果反对在iPhone中使用Flash CS5等开发工具，因为这些工具最终是由Adobe一家公司控制的。A
3、pple坚持用H.2642010年5月，Google推出WebM，放弃H.264理由：H.264封闭，并且要专利费WebM开源并且免费。WebM：WebM由Google提出，是一个开放、免费的媒体文件格式。WebM 以 MKV容器格式为基础的新容器格式，里面包括了 VP8 影片轨和 Ogg Vorbis 音轨,近期视频领域的热点（2）HTTP/Flash快速增长与RTSP/RTP的衰退,近期视频领域的热点（3）CDN的稳定增长与P2P的衰退,Move Simulcode Master Server,Video File,Live Feed,Raw 2 Second Streamlets,160
4、0 kbps,1400 kbps,1130 kbps,900 kbps,750 kbps,570 kbps,440 kbps,330 kbps,220 kbps,164 kbps,2500 kbps,2000 kbps,1800 kbps,1600 kbps,1400 kbps,1130 kbps,900 kbps,750 kbps,570 kbps,440 kbps,330 kbps,220 kbps,164 kbps,HD,SD,OriginServer,Move Networks Player,2-second QSS filesper profile(media),QMX metada
5、ta/index,VOD/Pre-Encoded,5-second QMXmetadata/Index,Live/Real-Time Encoded,Persistent HTTP Multiple TCP Connections 3 Byte-Range Reqs/Streamlet Periodic refresh of QMX(Live),MoveDirector,CDN,CDN,Communicates with Move Director for CDN selection Software Decode Decode Performance Monitor TCP Connecti
6、on Monitor Upshift/downshift Decisions,2-second QSS filesper profile(media),Codecs supported:On2 VP7H.264(Future),近期视频领域的热点（4）ABR（Adaptive Bit Rate）编码技术应用适应网络的QOS解决方案,内容提纲,挑战：一个业务一个CDN，导致投资大、维护成本高、利用率低下CDN体系封闭，缺乏有力的市场竞争，导致技术进步慢CDN分发和调度技术无法适应海量视频年代的需求CDN架构无法同时承载多种视频应用趋势：标准化和开放化应用无关化，实现传送透明化，从而实现多业务承载
7、CDN网络架构重构存储与网络的协同,全球运营商IPTV/CDN的困难和发展趋势,Next Generation On Demand（NGOD 2.0）Architectural building block for CDN,Next Generation On Demand（NGOD 2.0）Concept architecture,Next Generation On Demand（NGOD 2.0）Supported content formats by CDN,中国电信IPTV2.0标准化平台系统架构,CMS,IPTV BSS,CDN/EPG,VAS,CT融合CDN部署架构（级联部署逻辑
8、图接口定义）,CDN与承载网络的协同发展，获得最佳投入产出三要素分析：存储、带宽和并发数,19,省中心节点内容库,区域中心2,区域中心X,边缘N+M,边缘流媒体服务器,边缘Y,边缘N+M+1,城域骨干,城域骨干,省内长途,文广内容管理CMS,并发数,投资计算依据：带宽价格：5万/GE存储价格：4000/T（SAS 15000转）,存储与带宽投资拐点计算方法,20,边缘节点存储节省的投资=区域节点到边缘节点增加的带宽投资参考计算：五万小时内容，5000并发用户,存储与带宽投资拐点（5000/10000并发）,21,5000并发数,10000并发数,存储与带宽投资拐点（15000/20000并发）
9、,22,15000并发数,20000并发数,带宽与存储投资小结,第一：在相同并发数下，内容越多，拐点越低，也就是边缘存储比例越低。第二：在相同内容下，并发用户数越多，拐点位置越高，也就是边缘存储比例越高。第三：现在IPTV典型节点是：5000并发数/节点，5-10万小时数有如下结论：边缘存储配置10%就可以满足要求。,为什么不采用低价的硬盘？或者外置存储？,问题：SATA硬盘的价格是SAS的30%，IO能力是40%，可以增加SATA的数量，增加容量，同时增加IO能力。为什么不行呢？答案：内置存储。受到服务器硬盘槽位数量的限制。服务器最大是24个，如果采用SATA硬盘，IO的能力将下降60%，支
10、持的并发流数量下降60%。间接浪费了服务器CPU、内存、网卡等能力的60%。存储的成本只占整个服务器的约1/3，所以很不划算。外置存储。采用SAN或者NAS，网络IO的能力限制。比如FC的IO能力一般是8G，实际只有6G的有效传送。也只能3000个2M码流。由于增加了8G的FC网络和网卡，成本也增加了很多，所以还是不划算。这也就是为什么大家采用内置硬盘的方式。,内容提纲,中国电信典型IPTV 三级部署方案 省中心、区域中心、边缘节点,26,省中心节点内容库,区域中心1,边缘节点1,区域中心2,区域中心,区域中心X,深边缘节点N,A、省中心：一个省一个，全部内容库，维护管理，认证计费B、区域中心
11、：全部内容库，中小型城域网一个，大型/特大型城域网2-4个，大约15-20万用户/区域中心C、边缘节点：BRAS/SR边，大约1-3万用户/边缘节点,边缘N+M,边缘N+1,边缘Y,边缘N+M+1,城域骨干,城域骨干,城域骨干,省内长途,文广内容管理CMS,挑战1：边缘存储模式不可持续发展内容的不断增加，用户的有限增长，存储成本无法承受,27,注：300万用户规模，约30个区域中心，150个边缘节点，意味着一个内容，需要保存1+30+150=181份.某城域网10万小时IPTV扩容18万流，扩容了2700 T 的存储！如果是50万小时内容呢？用户数不再增加。,省中心节点内容库,区域中心1,边缘
12、节点1,区域中心2,区域中心,区域中心X,深边缘节点N,边缘N+M,边缘N+1,边缘Y,边缘N+M+1,城域骨干,城域骨干,城域骨干,省内长途,文广内容管理CMS,存储与内容成正比，内容是无限的，而用户数是有限内容的无限增长导致每个用户的成本在无限增长,挑战2：基于RTP/RTSP的多节点服务架构，服务质量无法保证，网络规划难度增加，统一承载不可能,28,注：为了降低存储成本，边缘节点只保存30%的内容，服务70-80%请求。20-30%的请求由区域中心和省中心服务。,省中心节点内容库,区域中心1,边缘节点1,区域中心2,区域中心,区域中心X,深边缘节点N,边缘N+M,边缘N+1,边缘Y,边缘
13、N+M+1,城域骨干,城域骨干,城域骨干,省内长途,文广内容管理CMS,端到端稳定2M无法保证,端到端稳定2M可以保证,热点由管理员确定，Push到边缘，导致边缘命中率低下，降低了客户体验，浪费了存储空间,挑战3：主动Push模式无法适应长尾消费行为,挑战4：设备性能低，集成度低，空间和能耗居高不下,30,内容提纲,思科融合视频平台逻辑架构图在思科VVI架构上，实现了电信CDN1.0和IPTV2.0规范,IP Network,中心存储Vault,缓存Cache,虚拟视频基础设施VVI,PC/MobileStreamer,C2接口机,业务管理系统Backoffice,TV Streamer,流服
14、务系统Streamer,内容管理系统CMS内容管理内容注入内容转码时移文件版权管理数字版权,VVI管理系统VVIM,STB,客户端Client,S4,C2Plus,D1.1,M4,P4,流媒体服务器管理系统CDSM,EPG,门户,C2PLus,C2Plus,思科优势（1）：基于标准的分发与服务分离的融合理念,骨干IP 网络,Vault Group A,Vault Group B,Cache group A,Cache group B,区域IP 网络,区域EPG,SR,中心EPG,中心 Portal,重定向服务器,授权DNS,网元管理系统CDSM,业务管理系统,IPTV 服务,PC/手机服务,省
15、缓存DNS,VVI,基于HTTP的 C2/D1.1接口,思科优势（2）：大容量，高性能，低功耗，小空间,高度：4RU200频道/600MBps同时注入32G 内存24*1T SATA存储8*GE+2*GE支持1：1的备份，容量可以无限制扩大,中心存储 CDE420-4A,区域缓存 CDE420-4G,边缘流媒体服务 CDE250,高度：4RU支持2400个3.75M并发流支持4500个2M并发流支持2250个 8M HD并发流9G吞吐量24*450G SAS存储12*GE+2*GE最大10台/Group,高度：2RU功耗：450W支持8000个3.75M SD并发流支持大于1万个2M SD并发
16、流30G吞吐量24*680G SAS存储48G内存4*10GE端口最大6台/Group,5000个2M流/RU，超过现在主流设备的10倍0.045W/2M流：小于现在主流设备的1/20,性能的决性因素：硬盘选择,800元,2500元,5000元,5年来硬盘容量增加了几十倍，但是IO性能只有少量的优化磁盘的价格与IO的能力成比例，而不是容量。视频是大吞吐量的应用，IO性能是关键。,性能的决定因素：文件系统,存储IO的能力基本与磁盘数量成比例任意读取时，SAS是SATA性能的3倍任意读取的性能只有顺序读取的几分之一到几十分之一SSD的任意读取性能是SAS和SATA的10倍文件系统是IO性能的关键,
17、思科采用24块高性能的SSD和SAS硬盘思科自主研发的操作系统内核，包括文件系统、内存管理、IO驱动等等,Fullmesh TCPAVSDB,思科理念（3）：采用集群技术，实现高可靠，基于内容调度，减少内容重复存储，提供缓存效率,Set up/Control server Virtual IP:10.10.1.10/24,Setup/control primary Mgmt IP:10.10.1.1/24物理端口 IP：172.18.1.1-6/24 172.19.1.1-6/24,Play Server CMgmt IP:10.10.1.3/24物理端口 IP：172.18.3.1-12/2
18、4,Play Server DMgmt IP:10.10.1.4/24物理端口 IP：172.18.4.1-6/24,Setup/control BackupMgmt IP:10.10.1.2/24物理端口 IP：172.18.2.1-12/24,Vault、Cache Node和Streamer都采用集群技术集群内部采用统一的数据库,确保设备负载内容在线服务故障等信息同步集群内部实现负载分担和容灾备份集群内部，实现基于内容的调度,思科优势4：实时Pull模式，适应长尾模型，提高命中率,骨干IP 网络,Vault Group A,Vault Group B,Cache group A,Cach
19、e group B,区域IP 网络,VVI,最热点内容，最小的存储，最大的命中率,次热点内容,永久内容库冷片,边缘未命中：Delay 180ms,区域未命中：delay 550ms,热点由用户消费行为决定，只有用户看的内容，才会分发到边缘，才会占用存储，这样边缘节点存储不存在浪费,思科优势（5）：内容分片，提高缓存效率，提高命中率 IPTV平均时长约75分钟，很大部分请求只看1-3分钟,骨干IP 网络,Vault Group A,Vault Group B,Cache group A,Cache group B,区域IP 网络,Service group,VVI,传送并缓存了整个影片内容,传送
20、并缓存影片的热点片断,思科优势6：根据内容流行度，智能调度、缓存和删除,写入硬盘,自动删除,留在内存,视频业务的特点是大流量，体现在CDN设备上的瓶颈就是磁盘、网络、内存的IO能力。磁盘的写是最耗时的，并且对磁盘损坏最大的。所以减少磁盘的写是提升性能的关键之一,时代华纳的实际运行数据,采用Pull、内容调度、热度调度和内容分片等技术，极大提高了缓存命中率，减少了存储的需求,0,0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5,4,4.5,10:00:00 PM,2:00:00 AM,6:00:00 AM,10:00:00 AM,2:00:00 PM,6:00:00 PM,10:00:00 PM,St
21、ream Cache Miss Rate(%),采用思科CDE220（1.5T存储），1万小时内容，边缘存储约10%的配置下，边缘命中率最小高达95%。,思科优势（7）:中心内容录制，极大减少边缘存储和投资,骨干IP 网络,Vault Group A,Vault Group B,Cache group A,Cache group B,区域IP 网络,VVI,存储需求：144*7*24+41*3*24*4=36000小时36000*(2.5/8*3600)=40.5T存储40.5*0.4万=16.2万增加32.4元/用户（5000并发/节点）,某省案例：第一、144路提供7天回看；第二：41路高
22、清 3天回看，高清频道码率10Mbps,思科采用中心录制，减少了至少2/3边缘存储，减少了约22元/Stream,思科方案投资分析和对比：节省投资60-70%,根据去年一个典型大型城域网的IPTV建设需求：20万小时标清VOD，码率2.5Mbps；2万小时高清VOD，码率10Mbps；240个标清频道，其中155路标清频道提供4个小时时移，144路提供7天回看；60个高清频道，其中41路提供4小时时移、3天回看一个省中心，4个区域中心，30个边缘节点20万流时:思科价格大约是现在建设成本的70%。40万流时:思科价格大约是现在建设成本的60%。,思科CDN优势和特点总结,开放的、可扩展的融合架构高性能、低功耗高智能、高效率低成本、高效益高可靠、少维护,
