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新兴的CPE Cache系统(五):四大存储问题

1、对存储的考量
 
对于CPE Cache而言,“存储”是一个非常重要的方面。传统的高速缓存解决方案之中,昂贵的、大容量的存储阵列被部署于核心网络之中。而新兴的CPE Cache解决方案中,存储模块的部署呈现出高度分布式的状态(部署于各个用户驻地网络,而且一般就是在用户的家中),因此,就必须要考虑到各种不同的因素,以下就对此进行探讨。
 
(1)可用性与性能
 
对此,CPE Cache的存储模块必须永远在线,而且要能够做到随时可用,并必须要提供高速的数据输入及读取服务(这是由于,CPE Cache可能以高比特率同时为数个并行的会话提供服务)。
 
其中,如果采取“存储模块直接连接至运行CPE Cache功能的设备”这种组网模式,那么,存储模块就将会具有更佳、更为一致的性能(相比于网络附加存储NAS解决方案)。
 
(2)成本问题
 
此处的成本主要包括:存储设备本身的购买成本、存储设备的现网运营成本(比如用于电力提供及散热的成本等)。
 
CPE Cache系统需要具备一定的缓存效率,以对所需的存储空间进行优化。一般而言,对于具有典型成员规模的家庭用户,有一个最为基本的存储空间需求。此种情况之下,采取一个64 GB的USB硬盘就可以很好地对成本与存储容量进行平衡。目前,一个高端的64 GB USB硬盘的零售价大致为30美元,可以直接用USB接口对其供电——从而,在以满负荷状态工作状态下,功耗为两瓦特(笔者注:即持续满负荷运行500小时才消耗1度电),而在闲暇时段则具有更小的功耗。
 
由于无需进行独立供电,这一解决方案就易于安装与运维管理。而且一旦出现故障,就可以不用额外花费部署内置存储模块的设备,而是直接替换USB硬盘。
 
(3)可靠性
 
由于CPE Caches将会高度分布式地部署于用户家中,如果故障率很高,成本开销就会较大,而且会造成终端用户的不便。USB硬盘解决方案的质量存在很大的变数。相比于采取低端的、基于TLC(Trinary-LevelCell,三层单元)内存的外置硬盘,基于SLC(Single-Level Cell,单层单元)或者MLC(Multi-Level Cell,多层单元)内存的CPE Cache设备更为昂贵,但是,可靠性更高、使用寿命更长。
 
2、存储管理
 
CPE Cache的存储容量是一种有限的、宝贵的资源。因此,对于存储资源的管理,要取得技术目标(把存储效率最大化)与商业目标(使得不同的内容服务提供商能够最大程度地分发其内容)之间的平衡。因此,CPE Cache系统的角色之一就是为不同的内容服务提供商分配存储空间,同时实现存储效率的最大化。
 
3、内容盗版与加密
 
对于CPE Cache而言,需要考虑解决视频内容的盗版问题。在未部署任何缓存设备时,视频用户的观看历史被存储于第三方内容服务提供商的后台系统之中,而且在未获得用户的明确授权时,服务提供商不得对外泄漏这些信息。通过网络传送的媒体文件并不包含可被用于映射至特定内容元数据(比如视频节目的名称)的任何信息。CPE Cache系统应该要确保这种安全性。开放给内容服务提供商们的应用编程接口APIs应该基于不能被映射回视频节目名称的模糊数据(比如模糊标识符)。
 
如果CPE Cache运行于透明模式(在不进行运营商自治域互联互通的情况之下),就需要在没有内容元数据(比如节目名称)的情况下对内容进行分析,并以此来预测用户接下来可能会观看的视频内容。如果透明Cache与用户进行交互(比如采取“参与式内容缓存”模式),就可能会产生以网站或者移动APP的形式向用户提供视频名称信息的需求。在这种情况下,CPE Cache系统必须要确保用户隐私信息不会外泄,尽最大可能严格保存用户的视频内容观看历史、每隔一段时间就自动地清楚历史数据、不与其他任何第三方共享相关信息等。
 
大多数的第三方内容服务提供商都对承载用户认证信息、使用信息(比如观看历史以及视频推荐内容)、用户控制信息(比如发起流媒体服务会话的能力)进行加密处理,而且均是通过普通的HTTP协议(而未采用HTTPS协议)来传输/分发经过DRM(数字内容版权管理)处理的视频内容。这主要是由于,所传输的内容已经经过了加密处理,往往有着大量的视频内容需要视频服务器的CPU(中央处理单元)提供加密计算能力,而且用户的视听终端设备可能不具备除播放之外、额外进行内容解密的能力。不对内容会话进行加密的另一大原因是“部署透明缓存(其曾被基础网络运营商规模部署,用以提高网络效率,并降低网络穿透成本)的需求”。
 
少数的第三方内容服务提供商(尤其是YouTube)也同时对流媒体服务的会话进行了加密。可以预计的是,随着视频服务器CPU能力以及专用加密硬件能力的持续提高,在将来,更多的网络视频将会以加密会话的形式予以提供。
 
而对于采取第三方内容服务提供商互联模式的CPE Cache系统,“对会话进行加密”并不存在技术上的障碍,这是由于,第三方内容服务提供商直接指导用户视听终端设备连接至本地的CPE Cache。但是,对于“透明缓存”这种模式,目前还没有出现对会话进行端到端加密的标准运行模式。对此,一些具有联盟性质的行业组织(比如Streaming Video Alliance)正在制定open caching(开放式缓存)以及content delivery(内容分发)方面的标准,相关活动将有望促进CPE Cache“透明缓存”模式中对会话内容进行加密的进程。
 
4、CPE Cache系统中,视频内容的分发存储模式
 
CPE Cache技术的基本原理是:从内容提供商处下载视频内容到用户驻地网络并进行临时存储。相关下载是在网络数据流量非峰值时间段进行的。该系统之中,CPE Cache控制器为CPE Cache提供行为指导,包括:需要下载哪些内容?何时开始下载?采取哪种下载模式?
 
对于内容的预先存储,需要考虑的是应该采取单播技术还是组播/多播技术。普通的在线视频服务一般采取单播技术——这是由于,对于此类视频内容,很少有用户同时观看相同内容的情况出现。然而,对于内容的预先存储,CPE Cache系统就可以利用组播/多播技术与广播技术的优势,将热门视频内容批量地推送至处于同一个接入网络段的所有CPE Cache。这种模式对于空闲时段网络容量的利用效率更高,但是相比于单播技术的实现复杂度更大,这是由于,CPE Cache系统需要解决由丢包等造成的视频内容重传问题。
 
在以单播技术进行视频内容预先缓存的模式之中,通常采取HTTP协议把内容下载到CPE Cache之中。CPE Cache控制器将视频内容的URLs分发给各个CPE Cache,然后,CPE Cache就使用这些URLs通过CDN(内容分发网络)下载所需的视频内容。
 
CDN所存储的内容通常是地理上分布的。为了获得最好的性能,CPE Cache应该从地理位置最靠近的CDN边缘节点服务器下载视频内容。而如果使用“服务提供商互联”模式,第三方内容提供商将要为应用编程接口API提供URL配置。内容提供商知道用户所处的地理位置,并对相关的目标服务器进行锁定操作。而如果使用“透明缓存”模式,CPE Cache控制器会负责对相关的视频服务器进行选择——这就意味着,CPE Cache控制器必须要清楚CPE Cache所处的地理位置以及可能存储有某条/某些视频内容的服务器的IP地址。
 
另一种可行的方式为,综合采取CPE Cache系统与部署于核心网络的传统网络缓存系统(缓存模块的叠加)。在此种情况之下,每一个缓存层均为其下一层缓存提供“upstream CDN(上级内容分发网络)”服务,因此,每个CPE Cache的上级CDN就是一个网络高速缓存。这种组网架构具有多个优点。CPE Cache系统无需考虑流媒体视频服务器的地理位置问题,而是直接从网络高速缓存模块之中获取相关的视频内容,而网络高速缓存模块则从上级CDN网络中获取相关的视频内容。从而,这种模式可对穿透容量进行更为高效的使用。网络高速缓存模块将以标准接口连接至CPE Cache(无论内容服务提供商是哪家)——而如果没有这个标准接口,CPE Cache就需要采取特殊的逻辑方式接入到某些第三方内容服务提供商。此外,当CPE Cache仅仅分布式地部署于部分用户的驻地网络中时,总体用户还是可以从网络高速缓存系统的效率与质量中获益。
 
 
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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