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        CDN技術(shù)專利技術(shù)研究

        2022-11-21 22:02:21孫慧珠
        關(guān)鍵詞:存儲(chǔ)邊緣

        孫慧珠

        關(guān)鍵詞:內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò);存儲(chǔ);分發(fā);邊緣;源服務(wù)器

        1概述

        CDN的架構(gòu)包括邊緣服務(wù)器和源服務(wù)器,源服務(wù)器可以存儲(chǔ)或檢索內(nèi)容,并將內(nèi)容提供給邊緣服務(wù)器,邊緣服務(wù)器在接收源服務(wù)器提供的內(nèi)容后,進(jìn)行內(nèi)容的緩存并供后續(xù)內(nèi)容的分發(fā)。

        2CDN技術(shù)專利布局分析

        本文主要從CDN技術(shù)的申請(qǐng)量和申請(qǐng)人兩方面對(duì)CDN技術(shù)專利的申請(qǐng)情況進(jìn)行分析。

        圖1是CDN技術(shù)專利申請(qǐng)日時(shí)間分布圖,展示了每年關(guān)于CDN技術(shù)的專利申請(qǐng)案件的數(shù)量[2]。CDN技術(shù)在我國(guó)起步比較晚,在20世紀(jì)初期,才出現(xiàn)關(guān)于CDN技術(shù)的專利申請(qǐng)。但是,隨著科技飛速發(fā)展和人們對(duì)專利申請(qǐng)的重視度不斷提高,從2015年開始,關(guān)于CDN技術(shù)的專利申請(qǐng)量高速增長(zhǎng),由于具有延時(shí)性,2022年大部分專利申請(qǐng)未公開導(dǎo)致不能被統(tǒng)計(jì)。因此,2022年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)僅作為一個(gè)參考。如圖1所示,在2015年之前,每年關(guān)于CDN技術(shù)的專利申請(qǐng)量相對(duì)平緩,在2015年之后,每年關(guān)于CDN技術(shù)的專利申請(qǐng)數(shù)量大幅度增長(zhǎng),在2021年的申請(qǐng)量就達(dá)到6000多篇。

        圖2描述了CDN技術(shù)在華申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人分布情況,展示了不同申請(qǐng)人對(duì)CDN技術(shù)的專利申請(qǐng)的數(shù)量。作為云服務(wù)CDN供應(yīng)商的騰訊技術(shù)(深圳)有限公司的申請(qǐng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先其他申請(qǐng)人。

        3CDN重點(diǎn)技術(shù)分析

        CDN的主要技術(shù)包括CDN內(nèi)容存儲(chǔ)、CDN分發(fā)技術(shù)和CDN回源技術(shù)。而隨著前端優(yōu)化NVMe,P2P、動(dòng)態(tài)加速等技術(shù)的出現(xiàn),將CDN技術(shù)和這些新技術(shù)進(jìn)行融合來提升CDN服務(wù)的質(zhì)量,是一種新的CDN技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。本文以騰訊科技(深圳)有限公司、網(wǎng)宿科技股份有限公司為例進(jìn)行簡(jiǎn)單的技術(shù)分析。

        3.1CDN內(nèi)容存儲(chǔ)

        CDN內(nèi)容存儲(chǔ)主要考慮源服務(wù)器的存儲(chǔ)和邊緣服務(wù)器的存儲(chǔ)。CDN分發(fā)服務(wù)器獲取待存儲(chǔ)的資源內(nèi)容:分發(fā)服務(wù)器首先確定所需存儲(chǔ)的資源內(nèi)容的類型,所需存儲(chǔ)的資源的類型包括一般資源和熱點(diǎn)資源;考慮存儲(chǔ)壓力,獲取資源效率等因素,當(dāng)所需存儲(chǔ)的資源是一般資源時(shí),分發(fā)服務(wù)器將所需存儲(chǔ)資源存儲(chǔ)到源服務(wù)器:若待存儲(chǔ)的資源為熱點(diǎn)資源,分發(fā)服務(wù)器將所需存儲(chǔ)的資源同時(shí)存儲(chǔ)到源服務(wù)器和邊緣服務(wù)器。

        騰訊公司涉及CDN內(nèi)容存儲(chǔ)方向的申請(qǐng)量大約為1690件,占整個(gè)公司CDN領(lǐng)域申請(qǐng)量的約37%,其中已授權(quán)案件為540件,占31 .95%,未結(jié)案案件為1141件,占67 .5%,失效案件為9件,占0.53%。這些申請(qǐng)文件主要關(guān)注點(diǎn)在于提高網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度,用戶訪問命中率。主要涉及內(nèi)容的上傳,如根據(jù)路徑目錄進(jìn)行上傳:內(nèi)容的下載,如根據(jù)需要進(jìn)行并行下載;內(nèi)容的分享,如通過自定義剪報(bào)的信息流的形式進(jìn)行分享:內(nèi)容的分段存儲(chǔ),如多級(jí)存儲(chǔ)等方面,以實(shí)現(xiàn)降低網(wǎng)絡(luò)擁塞、提高效率的目的。

        網(wǎng)宿科技股份有限公司涉及CDN內(nèi)容存儲(chǔ)方向的申請(qǐng)量大約為145件,占整個(gè)公司CDN領(lǐng)域申請(qǐng)量的約31%,其中已授權(quán)案件為80件,占55. 75%,未結(jié)案案件為54件,占37. 5%,失效案件為13件,占8.75%。這些申請(qǐng)文件主要關(guān)注點(diǎn)在降低存儲(chǔ)成本,減輕服務(wù)器壓力。主要涉及采用分級(jí)存儲(chǔ)、分片存儲(chǔ)或結(jié)合CDN邊緣服務(wù)器和源服務(wù)器混合存儲(chǔ),來降低存儲(chǔ)成本、提高訪問效率。

        內(nèi)容存儲(chǔ)方面的行業(yè)發(fā)展新趨勢(shì):如通過“CDN+NVMe技術(shù)”,加速熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的訪問,提升系統(tǒng)帶寬、減少時(shí)延。針對(duì)非易失性存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)(NVMe),NVMeSSD具有極高的數(shù)據(jù)傳輸速度,是一種高性能的存儲(chǔ)器。通過在CDN服務(wù)中加入NVMe技術(shù)來對(duì)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù),可以降低時(shí)延、提升存儲(chǔ)速度、優(yōu)化CDN性能。例如,騰訊公司的申請(qǐng)CN202011024579.涉及CDN技術(shù)結(jié)合NVMe技術(shù),具有提升存儲(chǔ)性能的效果??梢姡S著數(shù)據(jù)的暴發(fā)式增長(zhǎng),利用“CDN+NVME”技術(shù),可以快速對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),向用戶提供更有價(jià)值的存儲(chǔ)服務(wù),提高系統(tǒng)可靠性。

        3.2CDN分發(fā)技術(shù)

        CDN分發(fā)技術(shù)是指將資源從源服務(wù)器發(fā)送到邊緣服務(wù)器的過程,主要考慮對(duì)資源的主動(dòng)推送和被動(dòng)拉取兩種情況。在內(nèi)容分發(fā)的過程中,若待分發(fā)的資源是熱點(diǎn)資源時(shí),CDN分發(fā)服務(wù)器通常采用主動(dòng)推送的方式發(fā)送資源數(shù)據(jù),即push機(jī)制。當(dāng)待分發(fā)的資源為一般資源時(shí),CDN分發(fā)服務(wù)器則會(huì)等待邊緣服務(wù)器發(fā)送的獲取請(qǐng)求,邊緣服務(wù)器采用被動(dòng)下載的方式獲取資源數(shù)據(jù),即pull機(jī)制[3-5]。

        騰訊公司關(guān)于CDN分發(fā)技術(shù)方向的申請(qǐng)量約為2811件,占整個(gè)公司CDN領(lǐng)域申請(qǐng)量的約53. 3%,其中已授權(quán)案件為1382件,占49. 16%,未結(jié)案案件為1406件,占50.02%,失效案件為23件,占0.82%。這些申請(qǐng)文件主要關(guān)注點(diǎn)在于降低內(nèi)容分發(fā)成本,提高用戶終端訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度.,主要涉及調(diào)度、內(nèi)容拉取,如從交互歷史記錄中進(jìn)行資源獲取等,以實(shí)現(xiàn)降低網(wǎng)絡(luò)擁塞、提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率的目的,降低分發(fā)過程中的成本。

        網(wǎng)宿科技股份有限公司涉及關(guān)于CDN分發(fā)技術(shù)方向的申請(qǐng)量約為97件,占整個(gè)公司CDN領(lǐng)域申請(qǐng)量的約21%,其中已授權(quán)案件為56件,占57. 7%,未結(jié)案案件為35件,占36%,失效案件為6件,占6.2%。這些申請(qǐng)文件主要關(guān)注點(diǎn)在于資源獲取速度、傳輸有效性、服務(wù)效率、帶寬利用率。主要涉及使用多源多通道的資源獲取形式,感知CDN服務(wù)器的質(zhì)量,改變分發(fā)策略,以提升帶寬利用率和資源獲取速度、設(shè)置調(diào)度中心和狀態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)制,在異常時(shí)不傳輸,提高時(shí)效性、降低資源浪費(fèi),邊緣服務(wù)器預(yù)先從源服務(wù)器獲取資源,以提高資源獲取速度,設(shè)置資源錯(cuò)峰獲取,以提高帶寬利用率。

        CDN分發(fā)技術(shù)行業(yè)發(fā)展新趨勢(shì):如通過“CDN+P2P流媒體技術(shù)”,可以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速度,降低源服務(wù)器壓力,提升分發(fā)質(zhì)量。對(duì)等網(wǎng)絡(luò)是對(duì)分布式概念的成功拓展,它將傳統(tǒng)方式下的服務(wù)器負(fù)擔(dān)分配到網(wǎng)絡(luò)中的每一節(jié)點(diǎn)上,不僅可以大大減輕服務(wù)器處理壓力,也能節(jié)省內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)大量的流量成本。CDN結(jié)合P2P技術(shù)形成的新的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可以解決CDN領(lǐng)域流媒體容量和用戶規(guī)模擴(kuò)展的問題。例如,騰訊公司的申請(qǐng)CN201210267074,提出了CDN節(jié)點(diǎn)之間執(zhí)行對(duì)等網(wǎng)絡(luò)P2P協(xié)議,采用CDN和P2P的混合形式,在內(nèi)容分發(fā)時(shí),CDN節(jié)點(diǎn)從源服務(wù)器或其他CDN節(jié)點(diǎn)獲取相應(yīng)的資源,達(dá)到降低源服務(wù)器壓力、減輕系統(tǒng)帶寬壓力、提高內(nèi)容分發(fā)的效率和質(zhì)量的目的。網(wǎng)宿科技股份有限公司的申請(qǐng)CN201811502123,提出了對(duì)熱點(diǎn)視頻流使用P2P直播,對(duì)非熱點(diǎn)視頻則使用CDN服務(wù)器進(jìn)行直播,達(dá)到節(jié)約成本、提高穩(wěn)定性的目的??梢?,在目前的流媒體時(shí)代,“P2P+CDN”的技術(shù)構(gòu)架提升了流媒體能力、降低CDN節(jié)點(diǎn)的壓力并可以提高傳輸效率和用戶體驗(yàn)度,該技術(shù)在未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中必將蓬勃發(fā)展[6-9].

        3.3CDN回源技術(shù)

        在CDN技術(shù)中,如果在客戶端或邊緣服務(wù)器中沒有發(fā)現(xiàn)所需要的資源,就會(huì)進(jìn)行CDN回源操作,向源服務(wù)器獲取資源。CDN回源技術(shù)可以分為動(dòng)態(tài)回源和靜態(tài)回源。其中,動(dòng)態(tài)回源為:在CDN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中設(shè)置調(diào)服服務(wù)器,在需要進(jìn)行回源操作時(shí),調(diào)度服務(wù)器更新相應(yīng)的設(shè)置,選取一個(gè)源服務(wù)器,用于指示回源到這個(gè)源服務(wù)器。靜態(tài)回源為:預(yù)先指定與源服務(wù)器的對(duì)應(yīng)關(guān)系,當(dāng)需要進(jìn)行回源操作時(shí),通過預(yù)先的配置,直接指示回源到對(duì)應(yīng)源服務(wù)器。

        騰訊公司關(guān)于CDN回源技術(shù)方向的申請(qǐng)量大約為50件,占整個(gè)公司CDN領(lǐng)域申請(qǐng)量較低。這些申請(qǐng)文件主要關(guān)注點(diǎn)在于回源成功率、頻次。主要涉及降低回源頻次,如在回源操作之前,先不向源服務(wù)器發(fā)起回源請(qǐng)求,而是先向周邊的其他邊緣服務(wù)器發(fā)送資源獲取請(qǐng)求,在周邊的服務(wù)器都沒有相應(yīng)資源之后,再向源服務(wù)器進(jìn)行回源請(qǐng)求操作,以增加回源時(shí)的選擇以及降低寬帶消耗。

        網(wǎng)宿科技股份有限公司涉及關(guān)于CDN回源技術(shù)方向的申請(qǐng)量大約為127件,占整個(gè)公司CDN領(lǐng)域申請(qǐng)量的約27%,其中已授權(quán)案件為74件,占58.27%,未結(jié)案案件為40件,占31.49%,失效案件為13件,占10.24%。這些申請(qǐng)文件主要關(guān)注點(diǎn)在降低壓力,節(jié)約成本。主要涉及通過對(duì)回源請(qǐng)求進(jìn)行排序,以實(shí)現(xiàn)有序回源,減少源服務(wù)器壓力,通過共享業(yè)務(wù)來降低回源次數(shù),以提高響應(yīng)效率,不同節(jié)點(diǎn)通過復(fù)用回源路徑,以減少回源路徑的數(shù)量,降低對(duì)同一目標(biāo)資源的訪問成本。

        回源技術(shù)行業(yè)發(fā)展新趨勢(shì):通過“CDN技術(shù)+P2P技術(shù)”,降低源服務(wù)器壓力。例如,網(wǎng)宿科技股份有限公司的申請(qǐng)CN201710152174.提出了利用邊緣服務(wù)器去源服務(wù)器進(jìn)行文件預(yù)取,進(jìn)而在進(jìn)行回源操作時(shí),可以從另外的邊緣服務(wù)器獲取資源,而不用去源服務(wù)器獲取,降低源服務(wù)器的壓力。通過“CDN+動(dòng)態(tài)加速技術(shù)”,可降低傳輸時(shí)延、減少網(wǎng)絡(luò)帶寬。例如,網(wǎng)宿科技股份有限公司的申請(qǐng)CN201610793091,提及為了降低回源節(jié)點(diǎn)和源服務(wù)器的長(zhǎng)連接數(shù)量,對(duì)相同動(dòng)態(tài)內(nèi)容回源節(jié)點(diǎn)恢復(fù)相同的動(dòng)態(tài)內(nèi)容給不同的請(qǐng)求用戶,以降低源服務(wù)器的帶寬。可見,“CDN+動(dòng)態(tài)加速”可以通過動(dòng)態(tài)路徑算法計(jì)算出最佳轉(zhuǎn)發(fā)路徑,從而將最優(yōu)路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)回源,提升傳輸速度,實(shí)現(xiàn)加速[10]。

        4結(jié)束語

        CDN作為一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),具有眾多優(yōu)點(diǎn),本文粗略地對(duì)CDN技術(shù)進(jìn)行初步的介紹,通過CDN技術(shù)在我國(guó)的申請(qǐng)量和主要申請(qǐng)人這兩方面來了解該技術(shù)在我國(guó)專利申請(qǐng)的基本情況,最后通過對(duì)CDN關(guān)鍵技術(shù)和新技術(shù)的介紹,使得我們進(jìn)一步了解CDN。CDN的發(fā)展遠(yuǎn)未止步,未來,CDN的發(fā)展將會(huì)出現(xiàn)以下趨勢(shì):(1)新的生態(tài)體系,即通過“CDN+云計(jì)算”“CDN+HTTP/2”“CDN+SDN”“CDN+P2P”等不同技術(shù)的融合,搭建出CDN全新的生態(tài)體系;(2)更低的價(jià)格,即在云計(jì)算廠商的價(jià)格戰(zhàn)下,CDN的價(jià)格會(huì)越來越低,傳統(tǒng)CDN廠商將面臨挑戰(zhàn);(3)邊緣計(jì)算,即在邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與安全防護(hù)等。

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