Kiến trúc mạng CDN của ZTE
Hệ thống CDN BIV của ZTE gồm một nút trung tâm và một số nút biên, có thể chia thành hai hoặc ba mức tùy theo quy mô mạng. Bằng cách khai thác hệ thống kiến trúc phân phối có thể quản lý việc danh mục và phân phối nội dung trong các cụm. Mỗi nút gồm một bộ quản lý hoặc tác nhân CDN, một số máy chủ cung cấp Video theo yêu cầu VoD (Video of demand) và các ma trận đĩa (Hình 1.10).
Các máy chủ VoD và ma trận đĩa có thể được bổ sung vào mỗi nút mạng một cách linh động để đáp ứng các yêu cầu về dung lượng lưu trữ ngày càng tăng.
Hệ thống gồm nhiều cụm (các nút) máy chủ video. Các máy chủ VoD (Video of Demand) lưu các tệp video, xử lý các luồng video và phân phối các luồng này theo yêu cầu của các hoạt động máy ghi hình VCR trong quá trình xử lý VoD. Nó cũng có nhiệm vụ phân phối các dịch vụ truyền thông như: xem TV trực tuyến, NVoD (Near Video on Demand), TV chuyển theo thời gian và NPVR (Network Personal Video Recording). Khoảng cách của dãy đĩa cũng được chia sẻ giữa các máy chủ VoD trong cùng một cụm VoD. Máy chủ quản lý trong nút trung tâm được gọi là bộ quản lý CDN và máy chủ quản lý trong nút biên gọi là tác nhân CDN. Bộ quản lý CDN phổ biến tất cả các nội dung và kiểm soát cân bằng tải giữa các nút biên. Tác nhân CDN có nhiệm vụ chuyển giao nội dung, quản lý trong một nút biên và cân bằng tải của các máy chủ.
Hình 1.11 : Kiến trúc hệ thống CDN của ZTE
Máy chủ quản lý CDN gồm một bộ quản lý và một tác nhân nhân các yêu cầu VoD từ NSD, sau đó truyền danh mục nội dung và quản lý các máy chủ VoD theo chính sách cân bằng tải. Các chương trình được ghi lại được lưu trong các đĩa cục bộ hoặc ở xa. Trong các mạng viễn thông quy mô lớn, mối quan hệ ràng buộc đối xứng hai chiều có thể được sử dụng để lập bảng nội dung giữa các nút liên quan hoặc được cấu hình cho chế độ làm việc dự phòng/tích cực đối với lập nội dung của toàn bộ mạng.
Các công nghệ chính trong mạng phân phối video ZXBIV
Mạng phân phối video VDN (Video Distribution Network) là hệ thống phân phối và quản lý video phân tán được tích hợp trong mạng dữ liệu. Dựa trên kiến trúc biên trung tâm (central-edge), có thể đưa nội dung video đến các nút biên trong khi sử dụng các công nghệ chuyển hướng ứng dụng và cân bằng tải toàn bộ để bảo đảm NSD cuối có thể xem chương trình đã yêu cầu mà không có trễ.
Các phương pháp phân phối video
Hệ thống CDN ZXBIV tối đa hóa hiệu quả mạng trong việc chuyển giao nội dung qua ba kỹ thuật chính gồm đẩy (push), kéo (pull) và phản ánh (mirror). Push nghĩa là hệ thống có thể đẩy chương trình từ một nút tới nút khác theo các quy luật phân phối định sẵn. Quá trình này cũng có thể được thực hiện bằng tay. Pull được chấp nhận khi nút A không thể đáp ứng yêu cầu VoD của một thuê bao nào đó. Nút A sẽ kéo nội dung tương ứng từ nút trung tâm để phục vụ thuê bao.
Mirror cung cấp chức năng phản ánh nội dung và đồng bộ hóa bằng cách thiết lập mối quan hệ phản ánh giữa máy chủ VoD nguồn và máy chủ VoD đích.
Kỹ thuật lập lịch nội dung
Hệ thống CDN ZXBIV hỗ trợ hai kỹ thuật lập lịch nội dung chương trình cho các nhà khai thác và kỹ thuật lập lịch đối xứng hai chiều giữa các nút CDN. Trong hệ thống lập lịch đối xứng hai chiều, mỗi nhóm máy chủ video có thể đẩy nội dung tới các nhóm máy chủ video khác hoặc ngược lại nhận nội dung từ các nhóm máy chủ video khác. Kỹ thuật đẩy hai chiều giữa các nút CDN và các nút trung tâm đảm bảo sự lưu hành hợp lý của nội dung.
9 Chính sách phân phối theo yêu cầu: Những nội dung liên quan được phân bổ theo các nhà khai thác, các ứng dụng và hoàn cảnh mua.
9 Chính sách phân bổ theo thời gian: Các kế hoạch định sẵn theo thời gian phân bổ 9 Chính sách phân bổ tự động: Tự động thu thập các thống kê liên quan đến nội
dung và phân bổ theo tính phổ biến của nội dung.
9 Chính sách phân bổ theo phân loại: Thiết lập những tần số phân bổ khác nhau dựa vào nội dung.
9 Chính sách phân bổ phân cấp (Hierarchical): Thiết lập các tấn số phân bổ cho các đối tượng khác nhau theo các phân cấp khác nhau của nội dung.
9 Chính sách phân bổ và mua chương trình: Các nhà khai thác có thể mua các chương trình từ nhà cung cấp chương trình người mà có thể xây dựng các chính sách phân bổ theo ký kết mua hàng.
9 Chính sách ưu tiên: Các nhà khai thác khác nhau có những ưu tiên về phân bổ khác nhau về nội dung và tần số phân bổ.
Kỹ thuật cân bằng toàn bộ
Hệ thống CDN ZXBIV với mục tiêu cân bằng tải nhiều mức có thể tự động cấp phát và thực hiện cân bằng tải giữa các nút VoD được phân bổ mà không cần sử dụng chuyển mạch lớp 4, máy chủ DNS và thiết bị của đối tác thứ ba khác. Trong lớp logic, kỹ thuật cân bằng có thể chia thành cân bằng tải toàn bộ và cân bằng tải đặc biệt bên trong các nút CDN. Hai kỹ thuật này bổ sung cho nhau để cung cấp các dịch vụ chất lượng cao khi người sử dụng IPTV. Có một bộ quản lý CDN ở trung tâm CDN và một tác nhân CDN trong mỗi nút CDN biên. Bộ quản lý CDN có thể sắp xếp các dịch vụ linh hoạt theo lưu lượng trong nút và vị trí thuê bao để cân bằng tải của toàn bộ mạng và đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS. Các quy tắc cấp phát gồm:
9 Cấp phát dựa trên quy mô mạng: Thiết bị có thể lựa chọn tác nhân CDN gần nhất để gửi một yêu cầu. Việc lựa chọn có thể là cấp phát tĩnh dựa trên địa chỉ IP của NSD hoặc cấp phát động bằng cách tự động kiểm tra tốc độ kết nối của mạng từ NSD đến tác nhân CDN.
9 Cấp phát dựa trên nhóm NSD: Một nhóm NSD có thể được ghép với một tác nhân CDN, các yêu cầu VoD từ nhóm này sẽ được chuyển tới tác nhân CDN
tương ứng. Tác nhân CDN có thể cấu hình linh động các quy tắc xử lý ưu tiên khác nhau đối với các yêu cầu VoD. Các yêu cầu mà không được xử lý sẽ được chuyển hướng tới tác nhân dịch vụ video kế tiếp.
Ưu tiên dịch vụ dựa trên thứ tự: Các yêu cầu VoD được xử lý dựa trên cơ sở ”đến trước, được phục vụ trước”. Ưu tiên dịch vụ dựa trên vị trí: Các yêu cầu từ những NSD nội hạt có mức ưu tiên cao hơn.
Cân bằng trong cụm máy chủ VoD
Sau khi một yêu cầu VoD được gửi tới một tác nhân CDN, tác nhân sẽ cân bằng tải giữa các máy chủ trong một nhóm máy chủ video. Máy chủ phù hợp nhất được chọn theo vị trí lưu trữ chương trình, lưu lượng luồng video song song, số các luồng song song và việc tiêu dùng tài nguyên máy chủ.
Công nghệ tiếp sóng và chuyển tiếp
Đối với các ứng dụng xem video trực tiếp, chế độ multicast (điểm - đa điểm) là phương thức hiệu quả nhất để bảo tồn băng thông. Tuy nhiên, nó phải dựa vào tất cả các bộ định tuyến và chuyển mạch lớp 3 trong đường đi trên mạng mà hỗ trợ các giao thức multicast liên quan như giao thức quản lý nhóm Internet IGMP (Internet Group Management Protocol). Multicast hoạt động bằng cách gửi các gói tin UDP (User Datagram Protocol) trong chế độ multicast.
Nếu mất gói xảy ra trong mạng đường trục, gói thu được được gửi lại, làm cho chất lượng phân phối video kém. Để loại bỏ vấn đề này, hệ thống CDN ZXBIV cung cấp các chức năng chuyển tiếp và tiếp sóng trực tiếp kết hợp multicast và unicast (Hình 1.12), do đó làm giảm tác động đến mạng đường trục và phân phối video chất lượng tốt.
Hình1.22: Chức năng chuyển tiếp và tiếp sóng
Máy chủ ban đầu gửi luồng thực đến máy chủ CDN của nút trung tâm trong phương thức unicast hoặc multicast. Máy chủ CDN của nút trung tâm sẽ đẩy chương trình tới máy của CDN của mỗi nút biên trong chế độ multicast. Máy chủ CDN của nút biên gửi chương trình đến người sử dụng (NSD) trong chế độ multicast. Quá trình này làm giảm sự phụ thuộc vào thiết bị mạng và bảo tồn băng thông cũng như tài nguyên hệ thống.
Khả năng xử lý với hiệu suất cao: Nền tảng của phần cứng máy chủ có nhiều tấm mỏng cho phép máy chủ VoD trong ZXBIV xử lý đồng thời một số lượng lớn NSD. Một tấm mỏng hỗ trợ một luồng 1Gbit/s. Đối với một nút đơn, có thể bổ sung thêm các máy chủ VoD để mở rộng dung lượng…
Chia sẻ hiệu quả không gian lưu trữ: Đối với các lưu trữ thêm vào, máy chủ VoD của ZXBIV có thể kết nối với một bộ lưu trữ nhờ một kênh quang. Trong cùng cụm VoD, các máy chủ VoD dựa trên blade chia sẻ một dãy đĩa quang nhằm tạo ra khoảng lưu trữ lớn hơn và chi phí lưu trữ thấp hơn. Ngoài ra, phụ thuộc vào các đĩa cứng quang mà được cấu hình cho dãy đĩa quang, khoảng lưu trữ của các máy chủ VoD trong một nút đơn được dễ dàng mở rộng theo yêu cầu.
Tuy nhiên chi phí cho việc xây dựng hệ thống server này không hề nhỏ, và khi mở rộng mạng thì chi phí tăng tỉ lệ thuận với số người sử dụng.