CN115474212B

CN115474212B - Cdn网络传输的优化方法、系统、电子设备和存储介质

Info

Publication number: CN115474212B
Application number: CN202210986334.5A
Authority: CN
Inventors: 祝有霖; 廖雪松; 高伟亮; 吕东
Original assignee: Guangzhou Aipu Road Network Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Aipu Road Network Technology Co Ltd
Priority date: 2022-08-17
Filing date: 2022-08-17
Publication date: 2023-06-06
Anticipated expiration: 2042-08-17
Also published as: CN115474212A

Abstract

本发明公开了一种CDN网络传输的优化方法、系统、电子设备和存储介质，可应用于5G技术领域。本方法通过在网络能力和事件开放功能网元中，获取内容分发网络发送的包括用户网络环境信息探查请求和地址信息的第一请求后，将第一请求发送到用户面功能网元，以使用户面功能网元根据第一请求查询目标客户端的第一网络环境信息，并接收用户面功能网元返回的包括第一网络环境信息与第二网络环境信息的目标网络环境信息，将目标网络环境信息返回到内容分发网络，以使内容分发网络可以根据目标网络环境信息进行网络优化，使得优化后的网络环境适用于当前传输过程，有效提高当前网络环境下的数据传输速率，进而提高CDN系统的数据传输效率。

Description

CDN网络传输的优化方法、系统、电子设备和存储介质

技术领域

本发明涉及5G技术领域，尤其是一种CDN网络传输的优化方法、系统、电子设备和存储介质。

背景技术

相关技术中，现有的CDN系统与客户端进行数据传输时，容易受到环境因素的影响，从而影响数据传输效率。但是，目前CDN系统再与客户端进行数据传输时，无法根据网络环境的变化调节得到合适的传输环境，从而无法提高数据传输效率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种CDN网络传输的优化方法、系统、电子设备和存储介质，能够有效提高CDN系统的数据传输效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种CDN网络传输的优化方法，所述方法应用于网络能力和事件开放功能网元，所述方法包括以下步骤：

获取内容分发网络发送的第一请求，所述第一请求包括用户网络环境信息探查请求和地址信息，所述地址信息包括与所述内容分发网络进行交互的目标客户端地址；

将所述第一请求发送到用户面功能网元，以使所述用户面功能网元根据所述第一请求查询所述目标客户端的第一网络环境信息；

获取所述用户面功能网元返回的目标网络环境信息，所述目标网络环境信息包括所述第一网络环境信息与第二网络环境信息，所述第二网络环境信息包括所述用户面功能网元的当前网络环境信息；

将所述目标网络环境信息返回到所述内容分发网络，以使所述内容分发网络根据所述目标网络环境信息进行网络优化。

在一些实施例中，所述将所述第一请求发送到用户面功能网元，以使所述用户面功能网元根据所述第一请求查询所述目标客户端的第一网络环境信息，包括：

将所述第一请求发送到所述用户面功能网元，以使所述用户面功能网元根据所述地址信息查询正在服务的若干个客户端中是否存在所述目标客户端，并在确定存在所述目标客户端后，根据所述用户网络环境信息探查请求查询所述目标客户端的第一网络环境信息。

在一些实施例中，所述方法还包括以下步骤：

接收到所述用户面功能网元返回的不存在目标用户的第一反馈信息，所述第一反馈信息用于表征所述正在服务的若干个客户端中不存在所述目标客户端；

将所述第一反馈信息返回所述内容分发网络，以使所述内容分发网络调整所述第一请求的发送状态。

在一些实施例中，所述第一网络环境信息包括网络延迟状态和丢包率，在执行所述根据所述第一请求查询所述目标客户端的第一网络环境信息这一步骤时，所述方法还包括以下步骤：

确定预设时间段内未查询到所述第一网络环境信息，生成第二反馈信息。

在一些实施例中，在执行所述根据所述第一请求查询所述目标客户端的第一网络环境信息这一步骤后，所述方法还包括以下步骤：

获取用户面功能网元的资源空闲率、宽带能力和用户最大带宽作为第二网络环境信息。

在一些实施例中，所述获取用户最大带宽，包括：

获取用户已订阅的服务；

根据所述用户已订阅的服务确定用户最大带宽。

在一些实施例中，所述根据所述目标网络环境信息进行网络优化，包括：

根据所述目标网络环境信息确定当前网络环境状态满足第一状态，确定UDP协议为目标传输协议；

根据所述目标网络环境信息确定当前网络环境状态满足第二状态，确定TCP协议为目标传输协议。

第二方面，本发明实施例提供了一种CDN网络传输的优化系统，所述系统应用于网络能力和事件开放功能网元，所述系统包括：

第一模块，用于获取所述内容分发网络发送的第一请求，所述第一请求包括用户网络环境信息探查请求和地址信息，所述地址信息包括与所述内容分发网络进行交互的目标客户端地址；

第二模块，用于将所述第一请求发送到所述用户面功能网元，以使所述用户面功能网元根据所述第一请求查询所述目标客户端的第一网络环境信息；

第三模块，用于获取所述用户面功能网元返回的目标网络环境信息，所述目标网络环境信息包括所述第一网络环境信息与第二网络环境信息，所述第二网络环境信息包括所述用户面功能网元的当前网络环境信息；

第四模块，用于将所述目标网络环境信息返回到所述内容分发网络，以使所述内容分发网络根据所述目标网络环境信息进行网络优化。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：

至少一个存储器，用于存储程序；

至少一个处理器，用于加载所述程序以执行上述的CDN网络传输的优化方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种存储介质，其中存储有计算机可执行的程序，所述计算机可执行的程序被处理器执行时用于实现上述的CDN网络传输的优化方法。

本发明实施例提供的一种CDN网络传输的优化方法，具有如下有益效果：

本实施例通过在网络能力和事件开放功能网元中，获取内容分发网络发送的包括用户网络环境信息探查请求和地址信息的第一请求后，将第一请求发送到用户面功能网元，以使用户面功能网元根据第一请求查询目标客户端的第一网络环境信息，并接收用户面功能网元返回的包括第一网络环境信息与第二网络环境信息的目标网络环境信息，再将目标网络环境信息返回到内容分发网络，以使内容分发网络可以根据目标网络环境信息进行网络优化，使得优化后的网络环境适用于当前传输过程，有效提高当前网络环境下的数据传输速率，进而提高CDN系统的数据传输效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例一种CDN网络传输的优化方法的流程图；

图2为本发明实施例一种组网拓扑示意图；

图3为本发明实施例一种CDN网络传输的优化方法的完整流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在进行具体实施例阐述之前，对本申请应用到的术语进行解释：

5GC：5G核心网，是5G移动网络的核心。它为最终用户建立可靠、安全的网络连接，并提供对其服务的访问。核心域处理移动网络中的各种基本功能，例如连接性和移动性管理、身份验证和授权、用户数据管理和策略管理等。5G核心网络功能完全基于软件并设计为云原生，这意味着它们与底层云基础设施无关，从而实现更高的部署敏捷性和灵活性。

CDN：英文全称为Content Delivery Network，中文解释为内容分发网络，其是构建在网络之上的内容分发网络。CDN的基本原理是广泛采用各种缓存服务器，将这些缓存服务器分布到用户访问相对集中的地区或网络中，在用户访问网站时，利用全局负载技术将用户的访问指向距离最近的工作正常的缓存服务器上，由缓存服务器直接响应用户请求，提高用户访问响应速度和命中率。CDN的关键技术主要有内容存储技术、内容分发技术和负载均衡技术。

MEC：英文全称为Mobile Edge Computing，中文解释为移动边缘计算，是ICT融合的产物，同时成为支撑运营商进行5G网络转型的关键技术，以满足高清视频、VR/AR、工业互联网、车联网等业务发展需求。

UPF：英文全称为User plane Function，中文解释为用户平面功能网元，其功能包括外部PDU与数据网络互连的会话点、分组路由和转发，例如支持上行链路分类器以将业务流路由到数据网络的实例。

NEF：英文全称为Network Exposure Function，中文解释为网络能力和事件开放功能，位于5G核心网和外部第三方应用功能体之间，负责管理对外开放网络数据的所有外部应用。外部想要访问5G核心网内部数据，都必须通过NEF。NEF提供相应的安全保障来保证外部应用到3GPP网络的安全，提供外部应用Qos定制能力开放、移动性状态事件订阅、AF请求分发等功能。

AF：英文全称为Application Function，中文解释为应用功能，指应用层的各种服务，可以是运营商内部的应用(类似4G的Volte As)，也可以是第三方的AF(如视频服务器、有效服务器)，如果是运营商内部的AF，与其他NF在一个可信域内，可以直接与其他NF交互访问，而第三方的AF则不在可信域内，必须通过NEF访问其他NF。

DN：英文全称为Data Network，中文解释为数据网络，比如运营商业务、互联网或第三方业务等。

在本申请实施例中，CDN从技术上全面解决由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均而产生的用户访问网站响应速度慢的根本问题。CDN目的是通过在现有的Internet中增加一层新的网络架构，将网站的内容发布到最接近用户的网络边缘，使用户可以就近取得所需的内容，解决Internet网络拥塞状况，提高用户访问网站的响应速度。CDN是一种组合技术，其中包括源站、缓存服务器、智能DNS、客户端等几个重要部分，其中缓存服务器是直接提供给用户访问的站点资源，有一台或数台服务器组成；当用户发起访问时，他的访问请求被智能DNS定位到离他较近的缓存服务器。

基于此，本实施例为了让CDN有更高的数据传输效率，可以通过网络环境信息优化CDN，从而使CDN所处的当前移动通信网络适用于当前环境，以有效提高数据传输效率。此外，本实施例为了使CDN有更好的网络环境感知能力，在移动通信网络中，可以为移动边缘计算功能增加一个用户网络环境探查的功能，利用这个功能，CDN可以获取与将要传输数据的客户端之间的网络环境情况，如网络资源空闲情况，客户端能达到的最大带宽，网络的延迟和丢包率等。

下面结合附图对本实施例进行具体阐述：

参照图1，本发明实施例提供了一种CDN网络传输的优化方法。具体地，本方法实施例可以应用于图2所示的组网拓扑结构，具体可以应用于图2的NEF中。在图2中，边缘服务器通过数据网络210的内容分发网络与5G核心网220进行交互，5G核心网220通过基站230与用户终端240进行交互。其中，UPF所处的连线组成了网络中的用户面连接通路，即终端-基站-UPF-CDN组成的网络通路，主要传输用户的业务数据，即上网流量数据。由于UPF所处的位置，能够从网络中获取更多、更准确的网络环境数据，从而为MEC的网络环境探查功能提供基本的功能支持。此外，为了获取MEC的服务能力，将CDN与5G核心网中的NEF进行连接，由于NEF开放MEC的相关能力，CDN通过向NEF请求以获得相应服务与能力。

参照图1，本实施例的方法包括但不限于以下步骤：

步骤S110、获取内容分发网络发送的第一请求。具体地，第一请求包括用户网络环境信息探查请求和地址信息，地址信息包括与内容分发网络进行交互的目标客户端地址。客户端地址可以是IP地址数据。网络能力和事件开放功能网元对外部边缘计算实体开放，从而可以接收到外部边缘计算实体发送的请求信息。

步骤S120、将第一请求发送到用户面功能网元，以使用户面功能网元根据所述第一请求查询目标客户端的第一网络环境信息。

在本申请实施例中，户面功能网元(UPF)网元是5GC中的一个重要网元，主要用于传输用户的业务数据如上网流量数据，在网络中UPF是用户与外部网络相连接的一个重要网关，用户数据必须要经过UPF这个网关才能顺利传输，所以在移动网络中UPF能够获取到较为准确的用户网络数据，并且具备用户网络环境探查的功能。网络能力和事件开放功能网元在接收到请求信息后，将该请求转发到用户面功能网元(UPF)，UPF即能根据该请求获取目标客户端的网络环境信息。具体地，UPF在接收到第一请求后，首先根据请求中的地址信息查询正在服务的若干个客户端中是否存在目标客户端，若存在目标客户端，则根据请求中的用户网络环境信息探查请求查询目标客户端的当前网络环境信息作为第一网络环境信息；若不存在目标客户端，则生成用于表征正在服务的若干个客户端中不存在所述目标客户端的反馈信息作为第一反馈信息，并将第一反馈信息返回到NEF中，NEF在接收到第一反馈信息后，将该第一反馈信息发送到CDN中，以CDN调整第一请求的发送状态，例如，调整第一请求的发送时间、调整第一请求内携带的信息、调整第一请求发送的对象等等。其中，调整第一请求的发送时间可以是隔一段时间后再次想当前CDN发送请求；调整第一请求内携带的信息可以是调整携带的地址信息，从而可以请求其他目标客户端的状态；调整第一请求发送的对象可以是向其他NEF发送第一请求。

在本申请实施例中，UPF在获取到目标客户端的当前网络环境信息后，还可以获取UPF本身的当前网络环境信息作为第二网络环境信息。具体地，第二网络环境信息包括但不限于资源空闲率、宽带能力和用户最大带宽。其中，用户最大带宽可以是根据用户终端确定的订阅的服务决定。示例性地，订阅的服务是用户套餐，由于每个套餐对应有固定的数据流量限定信息，因此，在获取到用户套餐后，即能根据用户套餐确定用户最大带宽。

具体地，UPF在获取到目标客户端的第一网络环境信息和UPF本身的第二网络环境信息后，可以将第一网络环境信息和第二网络环境信息打包成目标网络环境信息，并将打包后的目标网络环境信息发送到NEF。可以理解的是，本实施例对多个网络环境信息进行打包过程可以包括但不限于编码方式。

在本实施例中，UPF在根据第一请求查询目标客户端的第一网络环境信息时，若在预设时间段内未查询到目标客户端的当前网络环境信息，则生成第二反馈信息，并将第二反馈信息发送到NEF，以通过第二反馈信息表征UPF未在预设时间段内查询到目标客户端的当前网络环境信息。NEF在接收到第二反馈信息后，将第二反馈信息发送到CDN，以使CDN可以及时更换请求方式。

步骤S130、获取用户面功能网元返回的目标网络环境信息，将目标网络环境信息返回到内容分发网络，以使内容分发网络根据目标网络环境信息进行网络优化。

在本实施例中，CDN在接收到目标网络环境信息后，可以根据目标网络环境信息进行网络优化。本实施例中，网络优化包括网络环境的调整、网络传输协议的切换、网络传输格式的调整等能够提高移动通信网络中数据传输效率的手段。示例性地，以网络传输协议切换为例，为了让CDN有更高的数据传输效率，可以让CDN与用户传输数据时将传输层的协议切换成资源占用更低和性能更高的协议，如将TCP切换成UDP。但是协议切换并不是随意可进行的，例如UDP协议在网络环境不好时，会加剧网络环境的恶化和导致大量的丢包，从而耗费更多的资源和性能。所以进行传输层协议切换需要一定的条件，即当网络环境好的时候，CDN将数据传输的传输层协议切换曾资源占用更低和性能更高的协议，如UDP协议。由此可知，协议切换的过程可以理解如下：当根据目标网络环境信息确定当前网络环境状态满足第一状态，则将UDP协议确定为目标传输协议，并使用UDP协议进行当前数据传输；当根据目标网络环境信息确定当前网络环境状态满足第二状态，则将TCP协议确定为目标传输协议，并使用TCP协议进行当前数据传输。其中，第一状态是指UPF的资源空闲较高的情况、客户端用户的网络延迟和丢包率较低的情况；第二状态当前的客户端用户网络环境传输压力较大的状态。示例性地，当CDN通过目标网络环境信息确定客户端用户对应的UPF的资源空闲较高或者客户端用户的网络延迟和丢包率较低时，确定当前客户端用户所处的网络环境适合使用效率更高的UDP协议进行数据传输，则在与该客户端传输数据时，CDN可将网络协议切换至UDP协议，同时可以根据客户端用户的最大带宽控制传输的速率。当CDN通过目标网络环境信息确定当前的客户端用户网络环境传输压力较大时，确定CDN在当前时间点不适合使用UDP协议，则在与该客户端传输数据时，CDN可将网络协议切换至TCP等更为可靠的协议，从而保证网络传输的效率。

以边缘服务器为例，如图3所示为本申请方法的完整实施例，具体包括但不限于以下步骤：

步骤一、边缘计算服务器首先向5GC的NEF发起用户网络环境探查的请求，其中，该请求内携带有需要与边缘计算服务器传输数据的客户端的IP地址数据；

步骤二、NEF作为能力开放的节点，在接收到用户网络环境探查的请求后，将请求转发给UPF进行处理；

步骤三、UPF根据边缘计算服务器携带的用户IP地址数据，检查是否存在正在服务中的对应用户，若不存在对应用户，UPF向NEF返回错误的结果；若检查到存在对应用户，则UPF开始对其进行网络延迟和丢包率的统计，其中，统计时间为预设时间段，该预设时间段可以是1秒、2秒或3秒，但是，一般最长不会超过5秒；

步骤四、当UPF对用户的网络延迟和丢包率统计结束后，UPF将自身的资源空闲率、自身的带宽能力、用户的最大带宽、用户的网络延迟和丢包率这些网络环境数据返回NEF；其中，用户的最大带宽由用户开通的已订阅的服务决定，在用户建立流量连接时UPF能够获知带宽数据；

步骤五、NEF接收UPF的返回数据后，将请求结果返回给边缘计算服务器，以使边缘服务器根据网络环境数据切换CDN的当前数据传输协议。

综上可知，本实施例利用5G核心网为移动边缘计算开放的网络环境探查能力，即一种查询客户端当前网络质量的功能，使CDN能够更好的探查客户端的网络环境，CDN根据客户端网络状况对传输数据的方式或数据格式做出调整，如网络传输协议在TCP与UDP之间进行切换，以达到优化网络传输效率的目的。

本发明实施例提供了一种CDN网络传输的优化系统，所述系统应用于网络能力和事件开放功能网元，所述系统包括：

本发明方法实施例的内容均适用于本系统实施例，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法达到的有益效果也相同。

本发明实施例提供了一种电子设备，包括：

至少一个存储器，用于存储程序；

本发明方法实施例的内容均适用于本电子设备实施例，本电子设备实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法达到的有益效果也相同。

本发明实施例提供了一种存储介质，其中存储有计算机可执行的程序，所述计算机可执行的程序被处理器执行时用于实现上述的CDN网络传输的优化方法。

本发明方法实施例的内容均适用于本存储介质实施例，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法达到的有益效果也相同。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims

1.一种CDN网络传输的优化方法，其特征在于，所述方法应用于网络能力和事件开放功能网元，所述方法包括以下步骤：

将所述目标网络环境信息返回到所述内容分发网络，以使所述内容分发网络根据所述目标网络环境信息进行网络优化，所述网络优化包括网络传输协议的切换；

其中，所述根据所述目标网络环境信息进行网络优化，包括：

2.根据权利要求1所述的一种CDN网络传输的优化方法，其特征在于，所述将所述第一请求发送到用户面功能网元，以使所述用户面功能网元根据所述第一请求查询所述目标客户端的第一网络环境信息，包括：

3.根据权利要求2所述的一种CDN网络传输的优化方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的一种CDN网络传输的优化方法，其特征在于，所述第一网络环境信息包括网络延迟状态和丢包率，在执行所述根据所述第一请求查询所述目标客户端的第一网络环境信息这一步骤时，所述方法还包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的一种CDN网络传输的优化方法，其特征在于，在执行所述根据所述第一请求查询所述目标客户端的第一网络环境信息这一步骤后，所述方法还包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种CDN网络传输的优化方法，其特征在于，所述获取用户最大带宽，包括：

获取用户已订阅的服务；

根据所述用户已订阅的服务确定用户最大带宽。

7.一种CDN网络传输的优化系统，其特征在于，所述系统应用于网络能力和事件开放功能网元，所述系统包括：

第一模块，用于获取内容分发网络发送的第一请求，所述第一请求包括用户网络环境信息探查请求和地址信息，所述地址信息包括与所述内容分发网络进行交互的目标客户端地址；

第二模块，用于将所述第一请求发送到用户面功能网元，以使所述用户面功能网元根据所述第一请求查询所述目标客户端的第一网络环境信息；

第四模块，用于将所述目标网络环境信息返回到所述内容分发网络，以使所述内容分发网络根据所述目标网络环境信息进行网络优化，所述网络优化包括网络传输协议的切换；

8.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个存储器，用于存储程序；

至少一个处理器，用于加载所述程序以执行如权利要求1-6任一项所述的CDN网络传输的优化方法。

9.一种存储介质，其特征在于，其中存储有计算机可执行的程序，所述计算机可执行的程序被处理器执行时用于实现如权利要求1-6任一项所述的CDN网络传输的优化方法。