SDN环境下基于网络演算的流媒体QoS路由研究
发布时间：2020-06-17 13:35
【摘要】：随着网络的发展和人们日益丰富的需求,网络电视、网络商务会议、视频聊天、视频监控、3D虚拟现实(Virtual Reality,VR)等流媒体应用技术渐渐运用到了大家的日常生活中。但这也使得互联网中IP流量的需求大量增多,伴随着互联网资源大量损耗而引发了网络拥塞、传输时延增大等网络性能问题。这也降低了流媒体业务的服务质量(Quality of Service,QoS),导致用户体验变差。所以目前急需探索一种新的网络架构或者算法来适应大量流媒体业务流的传输。软件定义网络(Software Defined Networking,SDN),是由 Emulex提出的一种新型网络创新架构。在SDN网络中,创造者将控制层和数据层(即逻辑层和设备层)进行分离。整个网络的逻辑集中控制和管理由SDN控制器完成。与传统的IP网络对比,集中控制管理使得程序员可以按自己的想法开发和实现各种各样的网络功能和服务,使得一切都变得更为简单便利。所有基于SDN网络环境下对流媒体流传输的问题进行研究是具有重大意义的。为了确保流媒体应用的服务质量和优化网络资源利用率,笔者还需要对网络性能进行改良,其中包括时延、带宽利用率和丢包率等。而分析网络相关性能一向都是难解的问题,尤其是端对端的性能分析。网络演算(Network Calculus,NC)刚好能够实现端到端最大时延和有效带宽等的推导。同时笔者利用网络演算进行网络建模和性能分析。本论文第一部分工作重点研究了基于网络演算的流媒体流性能分析建模。其中两个最核心的分析工具:到达曲线和服务曲线。利用这两个核心工具求解了特定流媒体业务流的最大时延、最大带宽和节点缓冲区,并对这些相关指标进行标准化,使其成为一个综合权值W。利用此权值W提出一种SDN环境下基于网络演算的流媒体QoS路由算法(Streaming media QoS routing based on network calculus,SMNC)。本文第二部分工作是在Floodlight控制器基础上搭建QoS路由系统,其中包括了算法功能模块、转发模块和测量模块。其中算法功能模块中嵌入了 SMNC算法。最后,本文进行仿真实验证实了 SMNC算法在SDN环境下对流媒体流的传输起到低时延、高带宽利用率的效果。
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP393.02
【图文】：
３．邋２基于网络演算的性能模型逡逑假设一个被到达曲线７邋－邋＊５７奴７邋（凡ａ邋ｒ，所限的流媒体流经过系统■？（如逡逑图３－１所示），系统ｓ的服务曲线保证延迟速率函数。若／？邋２邋ｒ，即服务逡逑速率大于等于业务流的平均速率。从图３－１中可以看到《和０垂直方向的最大距逡逑离。根据式（３－１１）可得积压上界为逡逑＝邋ｍａｘ邋［ａ邋（７），邋ａ邋（５）－邋＾（５）］逦（３－１３）逡逑其中５＝＾＾。同理图３－１中，由于线形特征，线段Ａ４’、线段泌’相等逡逑Ｐ邋－邋ｒ逡逑且都为水平方向的最大距离。因此时延上界／？＿为逡逑Ｄ邋＝邋ｍａｘ（——邋＋邋Ｔ邋－邋ｓ，邋—邋＋邋Ｔ）逦（３－１４）逡逑ｍａｘ逦Ｒ逦Ｒ逡逑通过最小加代数计算，可以得到流媒体流需要的缓冲区大小为：逡逑（ｂ邋－邋Ｍ逦丫「／逦、＋逦１逡逑Ｂ＾＝ｂ＋逦Ｔ邋［ｐ－Ｒ）邋－ｐ邋＋邋ｒ逦（３－１５）逡逑＼Ｐ邋￣ｒ邋Ｊ邋１逦」逡逑流媒体的时延上界为：逡逑（ｂ－Ｍ）（ｐ－Ｒ）＋逡逑Ｍ邋＋逦－ｎ—邋邋逦邋（３－１６）逡逑ｍａｘ逦ｒ逡逑需要的有效带宽是分别在ｒ、图３－１中线段ＱＡ和ＱＢ的斜率中取最大值，逡逑表示为：逡逑Ｅ0邋＝邋ｍａｘ＜邋—邋，ｒ，ｐ邋＾邋￣逦（３－１７）逡逑、逦Ｖ逦），逡逑其中Ｃ为质量保证的最大时延。？＋表示函数ｍａｘ邋■［0
ＳＤＮ网络中，有各＃各样的数据包应用经过ＳＤＮ路交换机，他们形成了多个队逡逑列。通过对控制器的编程来下发流表，使得这些队列进行合理调度，以便实现不逡逑同类型流量的转发。其中具体实现场景如图４－１所示。为了满足不同的性能要求，逡逑我们对数据流做了区分，将数据流分为了流媒体流和其他流。流媒体业务流流优逡逑先级高于其他业务流，而同一类型的业务流采取公平排队原则。就此在传输排队逡逑上，我们提出了一种集合优先级的混合调度模型。该模型如图４－２所示。逡逑ＳＤＮ邋Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ逡逑Ｓ２逦Ｈ５逡逑ＨＩ逡逑图４－１邋ＳＤＮ交换机流表调度场景图逡逑２１逡逑
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP393.02
【图文】：
３．邋２基于网络演算的性能模型逡逑假设一个被到达曲线７邋－邋＊５７奴７邋（凡ａ邋ｒ，所限的流媒体流经过系统■？（如逡逑图３－１所示），系统ｓ的服务曲线保证延迟速率函数。若／？邋２邋ｒ，即服务逡逑速率大于等于业务流的平均速率。从图３－１中可以看到《和０垂直方向的最大距逡逑离。根据式（３－１１）可得积压上界为逡逑＝邋ｍａｘ邋［ａ邋（７），邋ａ邋（５）－邋＾（５）］逦（３－１３）逡逑其中５＝＾＾。同理图３－１中，由于线形特征，线段Ａ４’、线段泌’相等逡逑Ｐ邋－邋ｒ逡逑且都为水平方向的最大距离。因此时延上界／？＿为逡逑Ｄ邋＝邋ｍａｘ（——邋＋邋Ｔ邋－邋ｓ，邋—邋＋邋Ｔ）逦（３－１４）逡逑ｍａｘ逦Ｒ逦Ｒ逡逑通过最小加代数计算，可以得到流媒体流需要的缓冲区大小为：逡逑（ｂ邋－邋Ｍ逦丫「／逦、＋逦１逡逑Ｂ＾＝ｂ＋逦Ｔ邋［ｐ－Ｒ）邋－ｐ邋＋邋ｒ逦（３－１５）逡逑＼Ｐ邋￣ｒ邋Ｊ邋１逦」逡逑流媒体的时延上界为：逡逑（ｂ－Ｍ）（ｐ－Ｒ）＋逡逑Ｍ邋＋逦－ｎ—邋邋逦邋（３－１６）逡逑ｍａｘ逦ｒ逡逑需要的有效带宽是分别在ｒ、图３－１中线段ＱＡ和ＱＢ的斜率中取最大值，逡逑表示为：逡逑Ｅ0邋＝邋ｍａｘ＜邋—邋，ｒ，ｐ邋＾邋￣逦（３－１７）逡逑、逦Ｖ逦），逡逑其中Ｃ为质量保证的最大时延。？＋表示函数ｍａｘ邋■［0
ＳＤＮ网络中，有各＃各样的数据包应用经过ＳＤＮ路交换机，他们形成了多个队逡逑列。通过对控制器的编程来下发流表，使得这些队列进行合理调度，以便实现不逡逑同类型流量的转发。其中具体实现场景如图４－１所示。为了满足不同的性能要求，逡逑我们对数据流做了区分，将数据流分为了流媒体流和其他流。流媒体业务流流优逡逑先级高于其他业务流，而同一类型的业务流采取公平排队原则。就此在传输排队逡逑上，我们提出了一种集合优先级的混合调度模型。该模型如图４－２所示。逡逑ＳＤＮ邋Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ逡逑Ｓ２逦Ｈ５逡逑ＨＩ逡逑图４－１邋ＳＤＮ交换机流表调度场景图逡逑２１逡逑
【参考文献】
相关期刊论文 前8条
1 张朝昆;崔勇;唐
本文编号：2717680
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/ydhl/2717680.html
