中国联通研究院陈杲，庞冉，何涛，曹畅

内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）是一种分布式服务器的系统，它可以根据用户的地理位置、内容传递服务器的状态和IP网络连接等预设的标准，向用户传递内容（如网页、文件、视频、音频）^[1]。5G时代，互联网网络更加扁平化，而且随着终端设备指数级增长和AV/VR、云游戏、沉浸式通信和AIGC等对带宽、时延和计算要求极高的新视频业务的涌现，传统CDN已无法支撑这些业务所需要的数据处理需求^[2]：首先传统CDN的PoP（Pointof Present）节点大部分仍然部署在核心路由器（Core Router，CR）、业务路由器（Service Router，SR）附近，即CDN PoP节点的部署位置在网络上属于偏上位置，直接导致用户请求的内容传输时延较大，一般适用于站点加速、直播、点播等实时性要求不高的传统视频应用。其次传统CDN系统由于存在存储、计算及网络资源的业务隔离要求，在实际部署应用时一般只为一种业务对象（例如网页、流媒体视频等）提供加速分发服务，而不是同时提供混合业务服务。为满足互联网企业多元化业务的发展需求，实际上需要配置多个平行的CDN为不同业务对象提供服务，显然这种模式导致CDN系统建设成本增加，而且节点的服务效率和资源利用率低下。5G网络的大规模商用已经促使CDN架构发生改变，例如CDN节点将会从CR、SR向网络边缘下沉迁移。新视频业务也催化技术融合，例如CDN通过融合云计算、边缘计算、5G/5G-A、算力网络和AI等新技术，显著提高了CDN的服务效率和服务能力，传统CDN网络向CDN算力网络快速演进^[3]。

边缘计算（Multi-access Edge Computing，MEC）是实现CDN节点进一步下沉的关键，例如CDN节点作为第三方应用部署到MEC平台，利用MEC平台为高带宽、低时延类视频业务提供高质量的内容分发服务、内容存储和缓存、局部负载均衡与调度等^[4]。MEC CDN节点与传统CDN PoP节点的区别在于，MEC CDN可以解决传统CDN网络中PoP节点无法下沉到移动网络中的痛点，并在移动网络边缘提供强大的计算能力，为CDN业务及相关应用的发展注入新的活力，例如目前中国移动已经将CDN作为移动网络基础设施进行规划建设，有效推动了5G网络高质量发展^[3]。MEC CDN的关键实现技术是虚拟内容分发网络（Virtual Content Delivery Network，vCDN），同时基于MEC平台来部署vCDN，不仅能实现vCDN PoP节点的下沉部署，而且能实现CDN的虚拟化资源在MEC平台进行统一管控和灵活调度，实现计算和网络资源的最大化利用，提升CDN服务容量与服务质量。下面本文将对vCDN和MEC vCDN进行详细分析和说明。

1  虚拟化CDN（vCDN）

传统CDN受限于各种物理资源的隔离导致无法满足多元化业务的加速需求，而且无法按需对资源实现弹性扩缩容，而vCDN技术很好地解决了上述问题。

1.1　vCDN实现模式

vCDN是一种使用虚拟化技术的内容交付网络，能够根据业务需求以动态和可扩展的方式分配虚拟存储、虚拟机和网络资源，可作为第三方虚拟应用程序部署在任何数据中心的服务器或任何支持网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV）或软件定义网络（Software Defined Network，SDN）功能的设备上。在CDN节点上应用虚拟化技术，实现资源虚拟化，可以根据业务需求动态地分配计算、存储和网络资源^[5]。vCDN可以采用虚拟机或容器两种实现模式，如图1所示。

图1 虚拟机和容器部署方式对比

（1）虚拟机模式：CDN服务应用是在虚拟服务器上运行，虚拟机为CDN服务应用提供完整的类似于物理服务器的运行环境。基于虚拟机的虚拟化方式，每台虚拟机拥有独立的操作系统，相对应地就有独立的内核，会占用物理主机的大量系统资源，且迁移运行在虚拟机上的应用程序时，还需要迁移操作系统。相对容器模式，虚拟机隔离性更好，但是创建或启动等操作更加消耗资源^[6]。由于本地公共主机提供的软硬件资源无法被不同的vCDN应用程序共享，所以vCDN的性能也会受到一定的限制。

（2）容器模式：CDN应用程序被封装到容器（如Docker），而不是虚拟机中运行。基于容器的虚拟化方式是指一台物理服务机上的多个容器共享物理机的系统资源和操作系统。由于不是运行在独立的操作系统上，所以基于容器，可以更快速、有效地部署应用程序。相比于虚拟机模式，容器模式下的vCDN应用可以共享本地主机的硬件和软件资源，具有快速启动、轻量级部署、动态伸缩等优点。

一般来说，虚拟机和容器模式各有优劣及特点，所以在实际的vCDN部署场景中，需要根据具体的应用场景合理选择部署方案。随着云计算技术的发展，尤其是云原生技术的逐渐成熟，容器模式目前成为vCDN的主要部署模式，本文搭建的MEC CDN原型系统也是采用容器模式。

1.2　基于MEC的vCDN

为了满足新视频业务发展需求，CDN需要基于MEC平台进行部署，不仅可以实现CDN PoP节点的进一步下沉，而且可以依托MEC实现vCDN PoP节点的编排与调度，形成vCDN PoP节点资源池，对资源进行统一管理和灵活分配，如图2所示。

图2 基于MEC平台部署vCDN

业界对于MEC和CDN的节点融合实现方案主要分为两大类：

一类是电信运营商方案，特点是为了充分利用电信运营商网络能力，将vCDN作为一项应用程序部署在MEC平台上。电信运营商的MEC平台可作为边缘网络出口，也可部署在无线网络内部，具备移动通信网络能力开放能力，所以将CDN虚拟化部署在MEC平台，可以更好地利用网络能力，内容更加靠近用户，能够更快速地响应用户业务请求。如图3所示，中国联通在深圳进行了基于MEC的vCDN边缘加速试点验证，通过MEC边缘云与部署在云端的DNS、CDN及移动客户端联动，借助MEC平台将移动vCDN下沉到运营商的边缘数据中心^[7]。

图3 中国联通基于MEC的CDN边缘加速方案

中国电信北京研究院在杭州开展了基于MEC+CDN边缘加速性能技术验证工作，设计了MEC+CDN边缘加速方案，并与互联网方案进行对比：MEC边缘云平台部署在基带处理单元（Base Band Unit，BBU）端，包括了流量卸载（Traffic Offload，TOF）模块和vCDN边缘服务。与互联网方案中将流量传输到CDN二级节点进行内容获取或处理的相比较，本方案是通过MEC TOF模块分流至vCDN，然后再由vCDN提供UHD-VR直播/点播业务的边缘服务^[8]。

另一类是互联网厂商方案，包括两个主要的方向：一是自建MEC边缘节点或者利用电信运营商对外提供服务的MEC边缘节点，在MEC平台上提供包括vCDN服务。二是对现有CDN PoP节点进行边缘计算改造，以开放CDN PoP节点的缓存和网络能力。例如网宿科技CDNPro为用户提供可编程式CDN交互服务，将业务应用下沉至网络边缘侧，不仅集成了媒体处理服务，还提供边缘计算能力，同时也包含内容管理、安全交付等功能^[9]。如图4所示，阿里云边缘节点服务（EdgeNodeService，ENS）基于电信运营商边缘节点和网络构建，一站式提供“融合、开放、联动、弹性”的分布式算力资源，帮助用户将CDN在内的各项业务下沉到网络边缘^[10]。

图4 阿里云CDN边缘节点升级架构

总之，对于将CDN容器化并部署在MEC平台上，电信运营商和互联网厂商各有优势：对于电信运营商，CDN可以进一步下沉，例如MEC平台部署到5G基站之后。如何基于通信网络资源（如利用网络质量保障能力、提供边缘组网能力等），提供并管理CDN服务和边缘计算服务，是电信运营商在CDN系统发展上的一个重要关注点；互联网厂商的CDN的节点分布是全球化的，可以支持跨国业务，同时CDN服务和业务管理本身更加成熟。由于受限于CDN节点部署位置无法深入网络，所以互联网厂商更加关注如何利用现有CDN资源，为用户提供更加个性化的CDN服务，例如可编程CDN服务。

2　MEC vCDN的部署模式

如果MEC vCDN与传统CDN的部署模式一样，即不需要与已有的CDN系统对接，而是独立地为某个特定对象提供服务，那么MEC vCDN只是作为一套独立的CDN系统进行部署，不需要与已有的CDN交互和对接。反之，如果MEC vCDN部署后需要与已有的CDN系统进行对接，那么需要提前对MEC vCDN节点的角色和功能进行定义，包括与原有的CDN节点的逻辑关系需要明确。

2.1　ITU MEC CDN

针对上述情况，ITU SG16对于MEC CDN（MEC enabled CDN）与已有的CDN系统如何对接，从MEC CDN节点功能、接口、开放网络架构和QoS等方面进行了详细分析和功能标准化工作^[11-13]，其中ITU对于基于MEC的vCDN节点与传统已有的CDN关系如图5所示。

图5 ITU MEC CDN标准定义的联合部署方式示意图

由图5可以看到MEC CDN系统由上到下可分为以下三个级别^[11]：

（1）服务管理级

CDN中心节点与MEC MANO（Management and Orchestration）是互相连接的。MECMANO系统接收来自CDN管理系统的服务编排请求，以保留创建MEC CDN节点所需的资源。CDN管理系 统维护网络中运行的所有CDN节点，包括MEC CDN节点。此外，已有CDN的GSLB（Gloabl Server Load Balance）用于重定向内容请求，并为最终用户选择最合适的CDN边缘节点，包括MEC CDN节点。

（2）服务分发级

CDN聚合节点可帮助将内容从中心节点分发到边缘节点。在某些实现中，如果CDN服务覆盖了有限的小区域，则没有聚合节点。

（3）边缘服务级

CDN边缘节点接收来自终端用户的内容请求，并将相关的媒体流传递给终端用户。传统的CDN边缘节点被部署在网络的边缘，但MEC CDN节点可以部署在更接近最终用户的地方，如聚合网络或接入网络。因此，已有传统的CDN边缘节点可以看作是MEC CDN节点的上级节点。MEC CDN节点的生命周期由MEC MANO根据CDN管理系统的要求进行处理。

总之，从MEC CDN与原有CDN系统对接配合而言，ITU SG16认为MEC CDN节点是部署在MEC系统上的vCDN。CDN系统的所有节点，包括原有的CDN节点和新增的MEC CDN节点，都是由CDN平台统一调度管理，而MEC平台只负责执行CDN节点的镜像管理、实例创建、网络配置、可视化管理等功能。

2.2　原型系统搭建

根据上述基于MEC的vCDN概念和架构，我们提出了一种5G MEC vCDN系统验证平台的设计实现方案，其中系统模块包括5G网络、边缘计算和CDN平台等，相关模块的功能描述和计划采用的开源平台如表1所示。通过软件模拟推流和流媒体播放器拉流播放，我们可以基于该系统原型进行直播、点播等流媒体业务测试，例如通过终端发起的视频点播放请求，流媒体服务端能够进行响应，并通过5G模拟网络将媒体流传输到终端。

本系统原型需要搭建模拟的5G核心网以及接入网和UE（User Equipment）来模拟5G网络的流量转发，如图6所示：对于5G核心网，包括AMF、SMF、UPF、NRF、UDM、AUSF、PCF、UDR、NSSF、N3IWF等网元。5G核心网通过UPF实现内容转发，UPF可以在MEC-vCDN边缘侧部署，使终端流量更少地回到核心网绕行，大大降低了网络应用访问时延。我们选择使用开源项目free5GC来部署核心网。free5GC是一个针对第五代（5G）移动的核心网络的开源项目，目标是实现3GPPRelease15（R15）及以后版本中定义的5G核心网络（5G Core）^[14]。接入网以及模拟UE使用openXG进行搭建。openXG是由OS-RAN社区所孵化的面向未来XG通信的开源软件及硬件项目，旨在形成端到端完全开源的开源无线通信系统。由于openXG自带rfsimulator，可以实现不使用USRP设备实现gNB与UE的连接，极大地方便了验证平台的调试^[15]。

表1 5G MEC vCDN系统原型组件和开源项目

图6 5G网络模块部署示意图

在MEC的实现上，我们采用华为开源的Kube Edge平台。Kube Edge是一个开源系统，用于将容器化应用程序编排功能扩展到Edge的主机。它基于Kubernetes构建，并为网络应用程序提供基础架构支持、云和边缘之间的部署和元数据同步^[16]。在vCDN模块构建的选择上，我们选择国内开源的SRS（Simple RealtimeServer）项目，因为其可以通过适当的配置将服务器区分为源站服务器和边缘侧服务器。同时，SRS不仅支持运营级的互联网直播服务器集群，而且支持多种流媒体协议（RTMP/WebRTC/HLS/HTTP-FLV/SRT）和协议转换功能^[17]。SRS支持以容器集群的方式部署，支持Docker镜像、K8s部署、可观测性日志和监控指标等等。基于上述系统组件，我们在中国联通研究院主语网络实验室进行了实际的系统搭建，MEC vCDN原型系统的网络部署如图7所示。

图7 MEC vCDN原型系统的网络部署示意图

基于上述系统原型平台，在5G模拟网络的功能测试上，我们验证了UE-基站-核心网的连接建立以及5G网络转发的媒体流传输过程。在MEC-vCDN模块测试上，我们完成MEC边缘网络、MEC vCDN、业务日志等相关功能测试，以及CDN推拉流和拉流多路并发的流程测试。总之，通过上述实验，我们验证了CDN PoP节点（Edge  Cluster）完成了回源合并：CDN中继节点（这里是源站，SRS-Oringin）的资源占用没有明显的计算消耗变化。

3　结束语

随着互联网业务的快速发展，特别是云原生、边缘计算、人工智能等技术在游戏、视频、电子商务、工业制造、交通物流等行业的规模应用，使得CDN已经成为互联网基础设施中不可或缺的重要组成部分。CDN正在从传统的互联网内容交付服务，向针对互联网资源提供有效管理服务的方向演进，例如实现多媒体算力和分发能力综合调度，支持边缘渲染和边缘推理。

从电信运营商的角度，我们需要基于CDN来打造电信运营商网络能力的通用综合使能框架，整合利用广域确定性网络、端到端切片、网络组播、多路径IP、SRv6等网络能力，打破现有业务数据与网络相互独立的局面，统一实现内容入网和媒体流智能识别，实现对各种视频业务的统一承载。

作者简介：

陈　杲，高级工程师，博士，现就职于中国联通研究院，主要从事边缘计算方面的相关技术研究及标准化工作。

庞　冉，高级工程师，硕士，现就职于中国联通研究院，主要从事下一代互联网、IPv6+和算网融合相关核心技术研究及标准化工作。

何　涛，高级工程师，硕士，现就职于中国联通研究院，主要从事下一代互联网IPv6+相关核心技术研究及标准化工作。

曹　畅，教授级高级工程师，博士，现就职于中国联通研究院，主要从事未来网络架构、算力网络等前沿技术研究工作。

参考文献：

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摘自《自动化博览》2025年2月刊