5G網絡推動CDN需求
背景
CDN也稱為內容分發網絡（content delivery network），是一種緩存機制，它將內容（通常是視頻服務）從數據中心共享和加載到用戶的網絡邊緣。互聯網在世界范圍內的普及也使得互聯網承載著越來越多的服務，尤其是上述視頻服務。用戶經常通過YouTube、STB、OTT和智能手機等平臺觀看互聯網視頻內容。傳統上，視頻內容存儲在一個中央數據中心，全球用戶蜂擁而至，請求視頻服務。這會在數據中心產生大量數據負載，并且會因為終端用戶與數據中心之間的距離而增加延遲。
觀看者的行為模式通常是相似的，并發生在同一時間、同一區域。例如，一個地區的用戶可以同時觀看棒球比賽現場直播。如果服務提供商將比賽的視頻內容放在盡可能靠近該區域的位置，這將減少數據中心的傳輸延遲和加載，只有本地內容服務器未提供的視頻內容才將被重定向到數據中心。這種架構就是所謂的內容分發網絡（CDN），它提供高質量的視頻服務，減少延遲和傳輸，CDN已經在寬帶網絡中相當流行，5G移動網絡將把CDN推向一個新的需求水平。
挑戰：5G將帶來視頻流的爆發
根據Visual Networking Index對全球互聯網流量的預測[1]，2022年智能手機使用比例將從2017年的23%上升至50%，其中79%的移動流量為視頻格式。5G基礎設施的部署將帶來更高的帶寬，這也將引發對高質量視頻服務的更大需求。
然而，移動網絡上的視頻服務與寬帶網絡有些不同。首先，各種移動設備的使用意味著各種視頻分辨率的回放，視頻服務提供商需要對視頻分辨率進行轉碼以適應目標移動設備。其次，移動設備的數量巨大，而且分布在不同的地理位置，因此提供商需要有效的方法來分發視頻。最后，傳統的移動網絡仍然使用數據中心來提供視頻內容。為了滿足5G世界的視頻需求，5G網絡基礎設施需要一種能夠提供低延遲高性能視頻轉碼和分發的CDN架構。
解決方案：vCDN提供低延遲的視頻服務
為了滿足這些需求，新漢推出了NSA 7146。它是一款基于第二代Intel®Xeon®可擴展處理器系列的2U機架式網絡安全平臺，為內容分發網絡（CDN）提供了一個工作負載優化平臺。NSA 7146還通過完成CDN測試設置列表并符合某些標準（包括以太網數據包處理速度基準、視頻轉碼和視頻分發）驗證了“英特爾vCDN選擇解決方案”。
根據Heavy Reading對CoSPs的調查[2]，32%的人認為MEC（multi-access edge computing，多存取邊緣計算）應用中的CDN驅動可以說是最重要的驅動。以智能體育場的觀眾為例。電信公司提供“多角度移動直播”服務，體育場觀眾可以在體育場攝像機的4k直播視頻之間切換，從不同角度觀看比賽，而不是從座位上觀看單一畫面。當成千上萬的觀眾同時訪問這項服務時，它會產生大量的數據流和4k到1080p的視頻轉碼請求。在遠離體育場的核心網絡中處理視頻轉碼和分發是不切實際的，應該在本地執行，以便提供低延遲的服務。
Figure 1. MEC use case for CDN.
在這個應用案例中，NSA 7146可以是中間CDN平臺。NSA 7146已通過“英特爾vCDN選擇解決方案”CDN測試設置。為了達到數據包處理基準，CDN平臺必須通過DPDK實現來展示性能。這一要求適用于現有的NFVI環境中的VCDN部署，其中小數據包分組轉發性能起著重要的作用。
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Test Items
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Benchmark Config
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Expected Values
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NSA 7146 Test Result
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Packet processing L3FWD
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Zero Packet loss test
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90 % Line rate with
Packet Size 256B |
Pass
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RHEL KPI Tests
(25 Gbps NIC) |
PF Pass-through
(L3FWD in a VM) |
90 % Line rate with
Packet Size 256B |
Pass
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SRIOV VF NIC
(L3FWD in a VM) |
90 % Line rate with
Packet Size 256B |
Pass
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Table 1: Packet processing benchmarks.
CDN服務請求以HTTP和HTTPs兩種格式執行。在IP CDN基準測試中，平臺每秒處理預期請求數的能力至關重要。我們驗證了在不同用戶數量和請求文件大小下的平臺性能。
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Test Items
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Benchmark Config
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Expected Values
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NSA 7146 Test Result
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http (in NVMe SSD)
with 3K users (File Size 1K) |
# of request per sec
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90 % Line rate with
Packet Size 256B |
Pass, without error
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Max CPU Utilization (%)
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60 K
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Max Interface Utilization (GB/s)
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NA
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Avg latency (ms)
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0.181 ms
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https (in NVMe SSD)
with 1K users (File Size 1K) |
# of request per sec
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28 K
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Pass, without error
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Max CPU Utilization (%)
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< 25 %
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||
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Max Interface Utilization (GB/s)
|
NA
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||
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Avg latency (ms)
|
0.07 ms
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http (in NVMe SSD)
with 3K users (File Size 10K) |
# of request per sec
|
60 K
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Pass, without error
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Max CPU Utilization (%)
|
< 25 %
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||
|
Max Interface Utilization (GB/s)
|
NA
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||
|
Avg latency (ms
|
0.181 ms
|
||
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https (in NVMe SSD)
with 1K users (File Size 10K) |
# of request per sec
|
28 K
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Pass, without error
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Max CPU Utilization (%)
|
< 25 %
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||
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Max Interface Utilization (GB/s)
|
NA
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Avg latency (ms)
|
0.07 ms
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Table 2: IP CDN benchmarks.
Figure 2. Architecture of IP CDN test.
視頻轉碼是實現CDN的關鍵。正如SmartStadium應用案例中提到的，智能手機需要將4k分辨率轉碼到1080p，才能穩定播放視頻。CDN平臺必須具有高效的性能來滿足這種轉碼需求。
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Test Items
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Benchmark Config
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Expected Values
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NSA 7146 Test Result
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H.264 1080p30 to
H.264 1080p30 transcoding, preset=medium |
# of Channels
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10+10(20) streams
@ 1080p, 3+3(6) streams @ 4k |
Pass, without error
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Max CPU Utilization (%)
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1080p: 91%; 4k:83%
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H.265 1080p30 to
H.265 1080p30 transcoding |
# of Channels
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8+8(16) streams
@ 1080p, 3+3(6) streams @ 4k |
Pass, without error
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Max CPU Utilization (%)
|
1080p: 89%; 4k:91%
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Table 3: Video transcoding benchmarks.
視頻分發是分發服務的最后一步。當成千上萬的用戶同時發出請求時，CDN必須能夠穩定的地傳送視頻。
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Test Items
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Benchmark Config
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Expected Values
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NSA 7146 Test Result
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HLS in SSD
(single video, multi user) |
# of Video streams
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700 users per socket
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Pass, without error
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Max CPU Utilization (%)
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~ 96 %
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Throuthput (GB/s)
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< 25 GB/s per interface
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Table 4: Video streaming/distribution performance benchmarks.
Figure 3. Architecture of video distribution test.
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Test Items
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Specifications
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Server Name
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NSA 7146
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Processor
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2 x Intel® Xeon® Gold 6252 processors at 2.1 GHz
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DRAM
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12 x 32G DDR4 at 2666 MHz
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Network Controllers
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Intel® XXV710-AM2
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Intel® QAT
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C627
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Intel® SATA SSDs
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2* 480GB Intel® SSD SATA
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Intel® 3D NAND SSDs
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4* 2.0T Intel® P4510 NVMe
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LAN on Motherboard
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4 x 10G SFP+
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Software
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Operating System
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RHEL Server 7.6
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Caching Frameworks
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NGINX*, Apache Traffic Server (ATS)
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Media Libraries
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FFmpeg, Media Service Studio*, Scalable Video Technology
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Table 5: Detailed vCDN configuration and specifications.
結論
新漢致力于成為客戶的長期供應商，專注于功能強勁的運算和網絡技術，幫助客戶構建卓越的基礎設施，以應對不久的未來5G世界的快速變化。
NSA 7146是一個CDN平臺，提供高性能的視頻轉碼和視頻分發能力。通過在邊緣部署，它還提供低延遲的視頻服務。NSA 7146是您構建內容分發網絡基礎設施以應對5G環境挑戰的選擇。
參考資料
[1] Cisco. (2019). Cisco visual networking index: forecast and trends, 2017–2022 [White paper]. Retrieved from
[2] Hodges, Jim. (n.d.) Transforming the edge: the rise of MEC [White paper]. Retrieved from
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