軟件定義多媒體組播系統與傳輸策略研究.pdf

1、近年來隨著網絡與多媒體技術的進步，諸如互聯網電視、視頻會議、視頻點播、網絡視頻監(jiān)控、虛擬現實等多媒體應用越來越深入到人們的生產和生活中。隨之而來的是網絡中IP流量的急速增長，而快速增長的網絡資源消耗，可引發(fā)網絡擁塞、傳輸時延變大等問題，最終會降低多媒體業(yè)務的服務質量，導致用戶體驗變差，因此需要尋求新的機制、架構和算法對多媒體傳輸業(yè)務進行優(yōu)化。網絡承載的業(yè)務不斷豐富，當前互聯網出現了諸如體系臃腫、服務質量保障缺失等方面的問題，因此學術與產

2、業(yè)界正在探索建立新的網絡體系架構。軟件定義網絡(Software Defined Networking，SDN)近年來被提出，因其支持服務可編程、網絡可控等優(yōu)勢被業(yè)界認為是下一代互聯網的發(fā)展方向。利用多媒體編解碼的先進技術、網絡優(yōu)化理論、在線網絡測量以及組播技術等手段，研究在軟件定義網絡中的多媒體傳輸機制、架構和算法，對于解決多媒體傳輸存在的問題具有重要意義。為了保證網絡多媒體的服務質量，優(yōu)化網絡資源的利用率，本文研究了在軟件定義網絡環(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架構的研究。利用SDN提供的網絡可控、可編程的特點，針對可伸縮視頻，本文研究如何構建在軟件定義網絡中的多媒體業(yè)務組播服務系統。為了使網絡轉發(fā)節(jié)點支持對視頻內容的感知、實現完全可控的組播，本文設計了管理子系統，同時定義了視頻服務系統中的功能實體并設計了組成功能實體的各個模塊。為了滿足系統對服務質量（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中鏈路帶寬和網絡時延的測量方法。針對系統在實際網絡中部署時存在的域間和跨ISP服務問題，本文提出了支持大規(guī)模網絡的域間與多ISP部署服務解決方案。在提出架構的基礎上，我們搭建了軟件定義可伸縮視頻組播的原型系統，進行了相關實驗以評估系統的性能。實驗表明，提出的架構能夠實現可伸縮視頻在軟件定義網絡下的組播傳輸業(yè)務，能夠達到優(yōu)化網絡資源利用的目的。
　　2)軟件定義網絡中可伸縮視頻自適應組播傳

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架構中，管理服務器的策略模塊支持路由計算、組播樹構建、視頻傳輸控制等算法的定制，可以根據不同的場景、應用和需求部署不同的策略。本文提出了在軟件定義網絡中具有可用帶寬和時延約束的組播路由算法，根據SDN控制器中的網絡拓撲和鏈路狀態(tài)等信息，構建具有QoS約束的最小代價視頻組播樹;同時本文提出了基于等效帶寬估計的組播自適應調節(jié)控制策略，可伸縮視頻在SDN網絡傳輸過程中，系統可以依據網絡狀態(tài)信息

6、檢測到網絡鏈路擁塞，依據相應層數選擇算法在網絡內部動態(tài)地調節(jié)可伸縮視頻的傳輸層數，保證用戶的觀看體驗。我們在原型系統中進行了相關實驗，實驗結果表明提出的算法和策略能夠有效避免網絡鏈路擁塞，顯著提高視頻業(yè)務的服務質量。
　　3)軟件定義網絡中基于分層組播的視頻會議系統研究。本文在軟件定義網絡中，基于可伸縮視頻編解碼技術和網絡組播技術部署視頻會議服務。在基于MCU的視頻會議系統中，由于集中式的MCU具有很高的負載，極有可能成為系統的瓶

7、頸，難以確保較高的QoS;而采用P2P技術部署的視頻會議系統，成員上行網絡帶寬資源的限制也可能導致服務的中斷。本文提出的系統中，集中式會議管理服務器只負責管理會議，而不接收和處理來自會議成員的媒體數據。會議管理服務器通過網絡控制器提供的接口獲取網絡拓撲信息、網絡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，并在服務過程中采用基于等效帶寬估計的可伸縮視頻自適應組播傳輸策略，動態(tài)地調節(jié)網絡中傳輸的視頻流。實驗結