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November 05, 2019

5G网络推动CDN需求

背景
New 5G Networks Are Fueling CDN Demand

CDN也称为内容分发网络(content delivery network),是一种缓存机制,它将内容(通常是视频服务)从数据中心共享和加载到用户的网络边缘。互联网在世界范围内的普及也使得互联网承载着越来越多的服务,尤其是上述视频服务。用户经常通过YouTube、STB、OTT和智能手机等平台观看互联网视频内容。传统上,视频内容存储在一个中央数据中心,全球用户蜂拥而至,请求视频服务。这会在数据中心产生大量数据负载,并且会因为终端用户与数据中心之间的距离而增加延迟。

观看者的行为模式通常是相似的,并发生在同一时间、同一区域。例如,一个地区的用户可以同时观看棒球比赛现场直播。如果服务提供商将比赛的视频内容放在尽可能靠近该区域的位置,这将减少数据中心的传输延迟和加载,只有本地内容服务器未提供的视频内容才将被重定向到数据中心。这种架构就是所谓的内容分发网络(CDN),它提供高质量的视频服务,减少延迟和传输,CDN已经在宽带网络中相当流行,5G移动网络将把CDN推向一个新的需求水平。

New 5G Networks Are Fueling CDN Demand

挑战:5G将带来视频流的爆发

根据Visual Networking Index对全球互联网流量的预测[1],2022年智能手机使用比例将从2017年的23%上升至50%,其中79%的移动流量为视频格式。5G基础设施的部署将带来更高的带宽,这也将引发对高质量视频服务的更大需求。

 

然而,移动网络上的视频服务与宽带网络有些不同。首先,各种移动设备的使用意味着各种视频分辨率的回放,视频服务提供商需要对视频分辨率进行转码以适应目标移动设备。其次,移动设备的数量巨大,而且分布在不同的地理位置,因此提供商需要有效的方法来分发视频。最后,传统的移动网络仍然使用数据中心来提供视频内容。为了满足5G世界的视频需求,5G网络基础设施需要一种能够提供低延迟高性能视频转码和分发的CDN架构。

 

解决方案:vCDN提供低延迟的视频服务

为了满足这些需求,新汉推出了NSA 7146。它是一款基于第二代Intel®Xeon®可扩展处理器系列的2U机架式网络安全平台,为内容分发网络(CDN)提供了一个工作负载优化平台。NSA 7146还通过完成CDN测试设置列表并符合某些标准(包括以太网数据包处理速度基准、视频转码和视频分发)验证了“英特尔vCDN选择解决方案”。

 

根据Heavy Reading对CoSPs的调查[2],32%的人认为MEC(multi-access edge computing,多存取边缘计算)应用中的CDN驱动可以说是最重要的驱动。以智能体育场的观众为例。电信公司提供“多角度移动直播”服务,体育场观众可以在体育场摄像机的4k直播视频之间切换,从不同角度观看比赛,而不是从座位上观看单一画面。当成千上万的观众同时访问这项服务时,它会产生大量的数据流和4k到1080p的视频转码请求。在远离体育场的核心网络中处理视频转码和分发是不切实际的,应该在本地执行,以便提供低延迟的服务。

Figure 1. MEC use case for CDN.

Figure 1. MEC use case for CDN.

 

 

在这个应用案例中,NSA 7146可以是中间CDN平台。NSA 7146已通过“英特尔vCDN选择解决方案”CDN测试设置。为了达到数据包处理基准,CDN平台必须通过DPDK实现来展示最佳性能。这一要求适用于现有的NFVI环境中的VCDN部署,其中小数据包分组转发性能起着重要的作用。

 

Test Items
Benchmark Config
Expected Values
NSA 7146 Test Result
Packet processing L3FWD
Zero Packet loss test
90 % Line rate with
Packet Size 256B
Pass
RHEL KPI Tests
(25 Gbps NIC)
PF Pass-through
(L3FWD in a VM)
90 % Line rate with
Packet Size 256B
Pass
SRIOV VF NIC
(L3FWD in a VM)
90 % Line rate with
Packet Size 256B
Pass

 

Table 1: Packet processing benchmarks.

 

 

CDN服务请求以HTTP和HTTPs两种格式执行。在IP CDN基准测试中,平台每秒处理预期请求数的能力至关重要。我们验证了在不同用户数量和请求文件大小下的平台性能。

 

Test Items
Benchmark Config
Expected Values
NSA 7146 Test Result
http (in NVMe SSD)
with 3K users
(File Size 1K)
# of request per sec
90 % Line rate with
Packet Size 256B
Pass, without error
Max CPU Utilization (%)
60 K
Max Interface Utilization (GB/s)
NA
Avg latency (ms)
0.181 ms
https (in NVMe SSD)
with 1K users
(File Size 1K)
# of request per sec
28 K
Pass, without error
Max CPU Utilization (%)
< 25 %
Max Interface Utilization (GB/s)
NA
Avg latency (ms)
0.07 ms
http (in NVMe SSD)
with 3K users
(File Size 10K)
# of request per sec
60 K
Pass, without error
Max CPU Utilization (%)
< 25 %
Max Interface Utilization (GB/s)
NA
Avg latency (ms
0.181 ms
https (in NVMe SSD)
with 1K users
(File Size 10K)
# of request per sec
28 K
Pass, without error
Max CPU Utilization (%)
< 25 %
Max Interface Utilization (GB/s)
NA
Avg latency (ms)
0.07 ms

 

Table 2: IP CDN benchmarks.

 

 

Figure 2. Architecture of IP CDN test.

Figure 2. Architecture of IP CDN test.

 

 

视频转码是实现CDN的关键。正如SmartStadium应用案例中提到的,智能手机需要将4k分辨率转码到1080p,才能稳定播放视频。CDN平台必须具有高效的性能来满足这种转码需求。

 

Test Items
Benchmark Config
Expected Values
NSA 7146 Test Result
H.264 1080p30 to
H.264 1080p30
transcoding,
preset=medium
# of Channels
10+10(20) streams
@ 1080p, 3+3(6)
streams @ 4k
Pass, without error
Max CPU Utilization (%)
1080p: 91%; 4k:83%
H.265 1080p30 to
H.265 1080p30
transcoding
# of Channels
8+8(16) streams
@ 1080p, 3+3(6)
streams @ 4k
Pass, without error
Max CPU Utilization (%)
1080p: 89%; 4k:91%

 

Table 3: Video transcoding benchmarks.

 

 

视频分发是分发服务的最后一步。当成千上万的用户同时发出请求时,CDN必须能够稳定的地传送视频。

 

Test Items
Benchmark Config
Expected Values
NSA 7146 Test Result
HLS in SSD
(single video, multi user)
# of Video streams
700 users per socket
Pass, without error
Max CPU Utilization (%)
~ 96 %
Throuthput (GB/s)
< 25 GB/s per interface

 

Table 4: Video streaming/distribution performance benchmarks.

 

 

Figure 3. Architecture of video distribution test.

Figure 3. Architecture of video distribution test.

 

 

Test Items
Specifications
Server Name
NSA 7146
Processor
2 x Intel® Xeon® Gold 6252 processors at 2.1 GHz
DRAM
12 x 32G DDR4 at 2666 MHz
Network Controllers
Intel® XXV710-AM2
Intel® QAT
C627
Intel® SATA SSDs
2* 480GB Intel® SSD SATA
Intel® 3D NAND SSDs
4* 2.0T Intel® P4510 NVMe
LAN on Motherboard
4 x 10G SFP+
Software
 
Operating System
Caching Frameworks
NGINX*, Apache Traffic Server (ATS)
Media Libraries
FFmpeg, Media Service Studio*, Scalable Video Technology

 

Table 5: Detailed vCDN configuration and specifications.

 

 

结论

 

新汉致力于成为客户的长期供应商,专注于功能强劲的运算和网络技术,帮助客户构建卓越的基础设施,以应对不久的未来5G世界的快速变化。
NSA 7146是一个CDN平台,提供高性能的视频转码和视频分发能力。通过在边缘部署,它还提供低延迟的视频服务。NSA 7146是您构建内容分发网络基础设施以应对5G环境挑战的选择。

 

 

参考资料
[1] Cisco. (2019). Cisco visual networking index: forecast and trends, 2017–2022 [White paper]. Retrieved from https://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/service-provider/visual-networking-index-vni/white-paper-c11-741490.html
[2] Hodges, Jim. (n.d.) Transforming the edge: the rise of MEC [White paper]. Retrieved from https://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/white-papers/the-rise-of-multi-access-edge-computing-paper.pdf

 

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