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新兴的CPE Cache系统(三):组网模式及相关比较

1、组网架构
 
如图1所示,CPE Cache系统主要由两大部分组成:CPE Cache控制器(部署于通信服务提供商前端系统)、CPE Cache(分布式地部署于每个用户驻地网络)。其中,CPE Cache用于存储热门内容或者用户感兴趣的内容(依据一定的策略),并通过LAN(局域网络)为各种相关的客户端设备提供服务。每个CPE Cache的行为均是由CPE Cache控制器管理的:后者前者发出操作指令(比如:需要对哪些内容进行高速缓存?何时开始缓存?)。此外,通信服务提供商还可以为其他第三方(比如:内容服务提供商)开放CPE Cache控制器的API(应用编程接口)。


 
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图1  CPE Cache系统的网络架构


 
图1中还显示了CPE Cache系统内部的互联方式以及整个系统在运营商网络之中的部署方式。其中,客户端设备是通过局域网络接入用户驻地网 CPE Cache的笔记本电脑、智能手机、平板电脑、智能电视机与智能电视机顶盒等。这些终端设备通过相应的交互式APP应用与内容服务提供商通信,获得观看视频内容的授权。如果用户驻地网未部署CPE Cache,或者CPE Cache之中未缓存用户想要观看的视频内容,内容服务提供商的CDN(内容分发网络)就会为用户提供视频内容流媒体服务。如果CPE Cache之中缓存有用户想要观看的视频内容,终端设备就会直接从CPE Cache进行提取。
 
此外,当整个网络处于相对空闲的状态时,CPE Cache就通过内容服务提供商的CDN对视频内容进行高速缓存。而在此过程中,CPE Cache还会与CPE Cache控制器进行通信。最后,内容服务提供商还会向CPE Cache控制器发出指令,要求其预先向CPE Cache注入特定的视频内容。
 
下文将具体讨论上述CPE Cache系统于设计方面需要着重考虑的问题以及所面临的一些挑战性问题,以达到“优化接入网络下行链路峰值传输速率”的总体目标。
 
2、“透明缓存”模式与“服务提供商互联”模式的比较
 
“透明缓存”模式即:在客户端设备与内容服务提供商CDN网络之间的某段网络链路中部署透明缓存代理服务器。透明缓存代理服务器对用户视频内容下载的网络协议(比如:超文本传输协议HTTP)进行分析,而且还可以处理一些高层协议(比如:用于高质量传输单条内容流的自适应流媒体协议)。例如,采取HTTP协议以及HLS(HTTP Live Streaming,HTTP实时流媒体)协议的透明缓存代理服务器可与HLS播放清单进行互联互通,并读取元数据。当各个视频分块陆续地下载到透明缓存代理之中时,透明缓存代理就可以作为一个视频内容分发服务器,为CPE Cache系统提供服务。
 
“服务提供商互联”模式即:CPE Cache系统与内容服务提供商进行互操作——通过CPE Cache控制器对外开放的应用编程接口API进行,比如,内容服务提供商请求API提供这样的信息:哪些用户在其之地网络之中部署有CPE Cache设备。此外,内容服务提供商还可以根据CPE Cache系统所提供的控制型API接口,向相关的CPE Cache设备预先推送用户可能感兴趣的内容进行高速缓存。
 
而在实际部署中,为了达到减小接入网络下行链路峰值容量的目标,CPE Cache系统可能会混合采取“透明缓存”模式与“服务提供商互联”模式,实现二者的优势互补:以“服务提供商互联”模式,让广大的第三方内容服务提供商直接、主动地参与到CPE Cache系统;而“透明缓存”模式则无需内容服务提供商的主动参与。
 
此外,在上述两种模式之中,每一种均可采取“参与式内容缓存”或者“主动式内容缓存”,或者同时部署这两种技术。因此,相关组合就有2×2=4种。表1所示为每种组合方式下,视频内容的高速缓存策略。


 
表1

模式组合
透明代理缓存
“服务提供商互联”模式
主动式内容缓存
CPE Cache控制器对需要预先缓存的内容主动进行选择。
由内容服务提供商决定需要CPE Cache预先缓存哪些内容,并向CPE Cache控制器发出请求指令。
参与式内容缓存
通信服务提供商通过独立的web站点或者移动APP应用,对CPE Cache控制器进行编程,设置需要下载的视频文件。
用户通过内容服务提供商的web站点或者移动APP应用主动选择需要CPE Cache预先缓存哪些内容,然后,内容服务提供商向CPE Cache控制器发出请求指令。

 
为了实施“透明缓存”模式,CPE Cache控制器必须具有选择预先存储哪些视频内容的能力。这就与传统的透明高速缓存技术(比如Squid)有着加大的不同之处——这是因为:后者的工作模式为:A用户要求缓存某条视频内容,待其观看完之后,系统不会删除所存储的内容,而是继续保留以用于后续其他用户的观看;而对于前者,CPE Cache控制器对CPE Cache所需要预先缓存的视频内容进行次序安排,形成一份表单,并将其发送给CPE Cache。
 
为此,CPE Cache就必须位于网络数据流量的流经途径上。例如,CPE Cache可以是部署并运行于CPE路由器之上的相关软件,或者也可以是一个部署于CPE路由器与家庭Internet接入网关(比如调制/解调器)之间的独立的物理设备。
 
客户端设备以HTTP连接向透明缓存代理服务器发出相关请求,后者对此进行分析,以确认相关视频内容是否存储于本地。如果是,就直接从本地存储中提供相关的分发服务,此时,这一过程对于终端设备而言是不可视的;而如果不是,透明缓存代理服务器就会将用户的相关请求转发至源服务器,并将反馈发送给终端设备。
 
此外,“服务提供商互联”模式的关键在于:CPE Cache控制器对外开放其应用编程接口API。为此,IETF(因特网工程任务组)的CDNi(Content Delivery Networks Interconnection,内容分发网络互联互通)工作组已经对相关的API接口进行了标准化定义。在相关标准之中,CPE Cache控制器是下行CDN,而第三方内容服务提供商则是上行CDN。如果仅采取“服务提供商互联”模式,而不采取透明缓存代理模式,CPE Cache的技术实现就会非常简单:其需要接入缓存、永远在线,而且在局域网络上是可寻址的,但是无需部署于网络数据流量的直连链路之上——内容服务提供商的后台系统会发出指令,让客户端设备直接连接至CPE Cache。
 
 
参考文献:
 
[1] Scot Loach. CPE CACHING – USING NETWORK INEFFICIENCY TO DELIVER BETTER INTERNET STREAMING[C]. 2015 Spring Technical Forum Proceedings. NY:NCTA, 2015-05-05.

本文作者为上海情报服务平台兼职情报分析员


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