基于边缘CDN能力打造数字家庭终端ROM升级技术研究与实践

何 英 崔 勇 罗 巍 中国移动通信集团江西有限公司 南昌市 330038

基于当前的数字化经济发展，用户的各种数字化需求迅猛发展，运营商基于数字家庭终端设备的新业务越来越丰富，需要迭代的功能繁多且节奏也越来越快快，或者需要不定期修补终端功能、安全漏洞等业务场景也越来越多，迭代功能和修复漏洞均需要通过安装升级软件来实现。终端升级效率是影响新功能上线或者修复了BUG的ROM版本及时部署的重要因素，且单台升级速率是直接影响用户对宽带业务感知重要因素。

CDN作为边缘计算的网络资源之一，具备中心到边缘的快速推送、快速更新、负载分摊等优势，对高并发、大连接的互联网、物联网场景有很大运用空间。CDN内容分发网络已在互联网各运营商和内容提供商们普遍使用。通过研究基于边缘CDN分布式内容源下载技术能力，与CDN边缘节点资源结合，在终端升级的领域应用，使得资源可以更加靠近终端用户，减少运营商骨干网络的流量压力，提升终端软件升级效率和安全性。

数字家庭终端的传统升级方法是通过一个平台主动远程下发或者由终端从平台读取升级包；
数字终端下载完升级包后，对自身存储的操作系统安装和更新，更新后重新启动生效。运营商移动以资源池RMS平台为中心的集中式升级方式，流程存在如耗时长、触发升级策略单一、资源池内终端管理平台性能和省干网络带宽均存在很大的瓶颈：

①每台终端需要半个小时以上，客户感知差。②批量升级时对网络传输带宽压力大，扩容难。③无法满足市场业务高速发展需求，在规定的时间内完成大批量终端升级。④只有数字家庭终端重启、心跳、初始上线3种规范，无法满足多种场景下的升级任务。⑤用户老旧版本升级时间长，升级时间把控不准，使用体验差。

图1 以RMS平台为中心的升级方案

数字家庭终端包含常规的产品（光猫、机顶盒、智能组网）和HDICT新型产品（安防、和目、智能家居等），运营商江西移动的常规产品已到近2000多万终端，参考业界数字家庭生产业务需求和发展趋势，结合省内市场未来3年的家庭业务情况预测，数字家庭终端还会迅猛发展，总体上2022-2025年数字家庭终端功能迭代的ROM升级存在较大的升级保障压力。

在RMS平台和终端ROM版本不需要大改造的前提下，通过CDN调度能力把ROM包下载下沉至地市边缘CDN，提升下载速率，实现基于边缘CDN能力的终端升级技术方案，其核心技术要点有如下三方面：

（1）数字家庭终端升级包缓存：将源地址的下载资源缓存至CDN各中心节点缓存服务器和所有边缘节点的缓存服务器上。

（2）改进CDN内容常规网络分发结构，采用树形分发节约成本提高效率：使用边缘树形结构，由中心推送到边缘，通过策略下发，采用中心内容与网络协同的调度，就近边缘节点提供计算服务和存储服务，可以实现流量可控，成本降低，效率提升。

（3）智能DNS解析：LOCAL DNS解析，根据终端请求IP判断地理位置、接入网类型、选择路由最短和负载最轻的边缘节点服务器，并将边缘节点服务器VIP返回给请求端。

3.1 基于边缘CDN能力的终端升级流程

通过一级CDN调度能力把终端ROM包下载下沉至地市边缘CDN，大大缩短ROM下载路径长度，实现了“去中心化”升级，基于大数据日志平台统一管理监控流量变化，实现高带宽、高并发的批量升级，能快速满足市场需求。

终端升级改造关键点：在终端管理平台（RMS平台）和终端ROM版本不需要改造的前提下，通过CDN调度能力把ROM包下载下沉至地市边缘CDN，提升下载速率，实现“去中心化”升级。

（1）将源地址的下载资源缓存至CDN各中心节点缓存服务器和所有边缘节点的缓存服务器上；

（2）RMS平台制定升级策略①②；
RMS平台根据下载策略下发CDN URL地址给机顶盒/智能网关等终端③④；

（3）LOCAL DNS智能解析终端URL请求，根据终端请求IP判断地理位置、将CDN边缘节点VIP返回终端⑤⑥；

（4）终端请求到CDN边缘节点缓存服务器进行下载，如果CDN边缘缓存服务器没有升级包，CDN边缘节点会逐级向上一级中心节点请求，直至到源地址下载升级包并缓存至各中心节点和边缘CDN节点⑦⑧⑨；

（5）机顶盒/智能网关等终端完成升级包下载并安装，上报升级成功⑩。详见图2。

图2 基于边缘CDN能力的终端升级流程

3.2 基于边缘CDN的下发升级包的关键技术

3.2.1 RMS平台改造项

（1）下载方式可自主选择RMS下载或者CDN下载，终端的下载URL经过DNS解析返回不同的下载地址，如集中式返回RMS平台文件服务器地址，CDN返回边缘CDN节点缓存VIIP。

（2）触发升级配置策略改造：

◎增加后台时间调度，升级时间由运营人员自定义；

图3 基于边缘CDN能力终端升级技术原理

◎增加调度并发机制，提升升级并发数：由以前的60/批次增加至1000/批次（可设置）；

◎新增失败重连机制，提高升级成功率；
3天内可重试10次（可设置），由平台主动反向连接终端开展升级。

（3）升级对象选择配置优化：

◎多个型号的多个版本或全版本进行复合选择；

◎同一升级任务中多个触发策略可自由组合。

3.2.2 边缘CDN配置项

（1）ROM包上传：RMS平台界面上传升级包至RMS文件服务器；

（2）选定升级对象：选定终端厂家、型号、子型号、升级目标版本，同一个升级任务中可选择多型号多版本的升级安装；

（3）选定升级时间：后期配置时间调度；

（4）配置升级下载方式：可以选择RMS集中下载或者CDN下载方式；

（5）选定触发升级策略：选定触发升级策略，重启、初始上线、周期心跳等，同一升级任务中可配置多个触发策略；

（6）后台配置CDN URL：在RMS平台后台配置文件中配置下载CDN地址。

3.2.3 CDN配置管理

（1）智能DNS CNAME配置—LOCAL DNS配置：江西的本地Local DNS配置了CNAME的方式将域名dl.rms.jx.chinamobile.com修改成dl.rms.jx.chinamobile.com.cmcdn.cdn.10086.cn，配置例如：dl.rms.jx.chinamobile.com cname dl.rms.jx.chinamobile.com.cmcdn.cdn.10086.cn；

（2）CDN一级中心节点配置：需要在一级调度中心配置dl.rms.jx.chinamobile.com.cmcdn.cdn.10086.cn对应的各地市CDN边缘节点VIP地址信息，如配置对应江西南昌的CDN边缘节点VIP地址（dl.rms.jx.chinamobile.com.cmcdn.cdn.10086.cn A 39.134.xx.xx）。详见图4。

图4 CDN配置原理图

（1）基于边缘CDN能力，减轻省级至地市“二干”网络带宽压力，“二干”网络带宽使用情况从改造前的40GB到改造后的几乎为0，保障“二干”网络安全。

（2）通过边缘CDN下载升级，单台终端升级时长由改造前的半小时缩短至5分钟左右，终端ROM版本升级的运维工作量减半，由20人天/月减少至10人天/月；
满足市场业务新功能上线周期，百万数量级以上的终端升级由原来的一年时间可缩短到一个月的时间。

图5 单台终端升级效率对比图

（3）终端升级能力提升，机顶盒由0.5万台/日提升至100台万/日，IHGU由10万台/日提升至1000台万/日，IHGU+机顶盒插件升级由5万台/日提升至500台万/日，大大提升终端升级能力，快速促进业务发展。

图6 批量终端升级效率对比图

（4）通过自主CDN边缘能力分发终端版本升级，人工运维成本降低50%，业务上线周期由一年缩短至一个月，效率提升90%以上，同时跨业务实现CDN能力扩展前移，一次性快速推送下发至全省边缘节点，有效缓解了一线维护和服务压力。

本项目通过数字家庭终端现状的研究与分析未来3年的终端升级业务需求，预测终端未来升级依然存在很大的保障压力，提出基于边缘CDN能力分布式内容源下载技术能力，实现千万级及以上终端版本升级直通车策略。研究成果充分考虑现网现网CDN资源，在零投入情况下完成现网部署改造，大幅提升终端升级效率和安全性，同时节省了大量网络资源。

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