軟件定義多媒體組播系統(tǒng)與傳輸策略研究.pdf

1、近年來隨著網(wǎng)絡(luò)與多媒體技術(shù)的進(jìn)步，諸如互聯(lián)網(wǎng)電視、視頻會議、視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控、虛擬現(xiàn)實(shí)等多媒體應(yīng)用越來越深入到人們的生產(chǎn)和生活中。隨之而來的是網(wǎng)絡(luò)中IP流量的急速增長，而快速增長的網(wǎng)絡(luò)資源消耗，可引發(fā)網(wǎng)絡(luò)擁塞、傳輸時延變大等問題，最終會降低多媒體業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，導(dǎo)致用戶體驗(yàn)變差，因此需要尋求新的機(jī)制、架構(gòu)和算法對多媒體傳輸業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化。網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)不斷豐富，當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)了諸如體系臃腫、服務(wù)質(zhì)量保障缺失等方面的問題，因此學(xué)術(shù)與產(chǎn)

2、業(yè)界正在探索建立新的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Networking，SDN)近年來被提出，因其支持服務(wù)可編程、網(wǎng)絡(luò)可控等優(yōu)勢被業(yè)界認(rèn)為是下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向。利用多媒體編解碼的先進(jìn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化理論、在線網(wǎng)絡(luò)測量以及組播技術(shù)等手段，研究在軟件定義網(wǎng)絡(luò)中的多媒體傳輸機(jī)制、架構(gòu)和算法，對于解決多媒體傳輸存在的問題具有重要意義。為了保證網(wǎng)絡(luò)多媒體的服務(wù)質(zhì)量，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，本文研究了在軟件定義網(wǎng)絡(luò)環(huán)

3、境下的多媒體組播傳輸控制與優(yōu)化問題，主要研究工作概括如下:
　　1)軟件定義可伸縮視頻組播系統(tǒng)架構(gòu)的研究。利用SDN提供的網(wǎng)絡(luò)可控、可編程的特點(diǎn)，針對可伸縮視頻，本文研究如何構(gòu)建在軟件定義網(wǎng)絡(luò)中的多媒體業(yè)務(wù)組播服務(wù)系統(tǒng)。為了使網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)支持對視頻內(nèi)容的感知、實(shí)現(xiàn)完全可控的組播，本文設(shè)計(jì)了管理子系統(tǒng)，同時定義了視頻服務(wù)系統(tǒng)中的功能實(shí)體并設(shè)計(jì)了組成功能實(shí)體的各個模塊。為了滿足系統(tǒng)對服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，Qo

4、S）的支持，本文提出了在軟件定義視頻組播系統(tǒng)中鏈路帶寬和網(wǎng)絡(luò)時延的測量方法。針對系統(tǒng)在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中部署時存在的域間和跨ISP服務(wù)問題，本文提出了支持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的域間與多ISP部署服務(wù)解決方案。在提出架構(gòu)的基礎(chǔ)上，我們搭建了軟件定義可伸縮視頻組播的原型系統(tǒng)，進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)以評估系統(tǒng)的性能。實(shí)驗(yàn)表明，提出的架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)可伸縮視頻在軟件定義網(wǎng)絡(luò)下的組播傳輸業(yè)務(wù)，能夠達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源利用的目的。
　　2)軟件定義網(wǎng)絡(luò)中可伸縮視頻自適應(yīng)組播傳

5、輸策略的研究。本文提出的軟件定義可伸縮視頻組播系統(tǒng)架構(gòu)中，管理服務(wù)器的策略模塊支持路由計(jì)算、組播樹構(gòu)建、視頻傳輸控制等算法的定制，可以根據(jù)不同的場景、應(yīng)用和需求部署不同的策略。本文提出了在軟件定義網(wǎng)絡(luò)中具有可用帶寬和時延約束的組播路由算法，根據(jù)SDN控制器中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜玩溌窢顟B(tài)等信息，構(gòu)建具有QoS約束的最小代價(jià)視頻組播樹;同時本文提出了基于等效帶寬估計(jì)的組播自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制策略，可伸縮視頻在SDN網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，系統(tǒng)可以依據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息

6、檢測到網(wǎng)絡(luò)鏈路擁塞，依據(jù)相應(yīng)層數(shù)選擇算法在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部動態(tài)地調(diào)節(jié)可伸縮視頻的傳輸層數(shù)，保證用戶的觀看體驗(yàn)。我們在原型系統(tǒng)中進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明提出的算法和策略能夠有效避免網(wǎng)絡(luò)鏈路擁塞，顯著提高視頻業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。
　　3)軟件定義網(wǎng)絡(luò)中基于分層組播的視頻會議系統(tǒng)研究。本文在軟件定義網(wǎng)絡(luò)中，基于可伸縮視頻編解碼技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)組播技術(shù)部署視頻會議服務(wù)。在基于MCU的視頻會議系統(tǒng)中，由于集中式的MCU具有很高的負(fù)載，極有可能成為系統(tǒng)的瓶

7、頸，難以確保較高的QoS;而采用P2P技術(shù)部署的視頻會議系統(tǒng)，成員上行網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的限制也可能導(dǎo)致服務(wù)的中斷。本文提出的系統(tǒng)中，集中式會議管理服務(wù)器只負(fù)責(zé)管理會議，而不接收和處理來自會議成員的媒體數(shù)據(jù)。會議管理服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)控制器提供的接口獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?、網(wǎng)絡(luò)可用帶寬和路徑時延等狀態(tài)信息，從而為SVC視頻流建立具有QoS約束的組播樹，并在服務(wù)過程中采用基于等效帶寬估計(jì)的可伸縮視頻自適應(yīng)組播傳輸策略，動態(tài)地調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)囊曨l流。實(shí)驗(yàn)結(jié)