面向NDN网络的流媒体数据传输方法研究与实现

发布时间：2020-08-02 12:25

【摘要】：命名数据网络是未来网络架构的主要分支之一,该网络“革命性”地重构了网络的协议架构,符合现代网络应用的需求。命名数据网络应用研究中的热点之一是流媒体数据。在流媒体数据的传输过程中,命名数据网络的兴趣包与数据包一对一的传输方式会导致流媒体兴趣包占用不必要的上行网络带宽,以及消耗过多的网络节点的处理资源,同时增加了数据传输的时延。高速率、高密度的流媒体数据侵占大量的网络缓存空间,基于全局考虑的缓存策略无法保证多种网络数据利用缓存空间的公平性。为了解决这一难题,本文结合了流媒体数据的编解码格式对流媒体数据进行分片命名;根据流媒体数据连续性、实时性的特点,结合时间信息,实现以数据流为单位的流媒体传输方法,通过在网络转发节点中保留流媒体兴趣包,实现了命名数据网络基于数据流的转发方法。此外,根据数据类型,将网络缓存空间分类管理,通过比例公平算法保证不同类型数据的缓存公平性,结合流媒体数据时效性的特点以及编解码特点,定义流媒体数据的缓存获益值,并根据获益进行缓存替换。最后,本文在前述方法的基础上,设计实现了命名数据网络下的流媒体传输系统,在现实网络设备中进行了部署,并通过了全部功能测试。通过对大量的实验结果进行分析,较命名数据网络原始的传输方法,本文实现的传输方法有效地减少流媒体传输的带宽占用,以及对网络节点处理资源的消耗。本文实现的网络缓存策略在没有明显降低网络缓存整体命中率的前提下,提高了不同类型应用的缓存公平性。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP393.02
【图文】：

协议栈

中的每个数据包，以数据为中心，打破了传统网络中以主机为中心的网络结构。逡逑在网络模型上，命名数据网络借鉴了传统ＴＣＰ／ＩＰ网络的沙漏模型，继承了传统逡逑网络分层结构等优点，如图２－２所示。逡逑７逡逑Ｉ邋ｅｍａｉｌ邋ＷＷＷ邋ｐｈｏｎｅ邋—逦｜逦｜逦ｂｒｏｗｓｅｒ邋ｃｈａｔ邋逦ｊ逡逑＼邋ＳＭＴＰ邋ＨＴＴＰ邋ＲＴＰ．．．邋ｊ逦；邋＼逦Ｆｉｌｅ邋Ｓｔｒｅａｍ邋．．．邋ｊ逡逑＼＾ＴＣＰ邋ＵＤＰ逦Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ邋ａｐｐｓ逦Ｓｅｃｕｒｉｔｙ邋ｙ／逡逑ＩＰ邋１逦＿逦．逦＼邋Ｃｏｎｔｅｎｔ邋／逡逑／ｐａｃｋｅｔｓ％逦Ｅｖｅｒｙ邋ｎｏｄｅ逦／邋ｃｈｕｎｋｓ邋＼逡逑：邋邋逦ｉ逦Ｊ—邋￣逡逑／邋ｅｔｈｅｍｅｉ邋ＰＰＰ．．．邋Ｎ．逦ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ邋ｌｉｎｋｓ逦，邋Ｓｔｒａｔｅｇｙ逡逑／逦＼逦５逦＼逦ｆ逦＼逡逑／邋ＣＳＭＡ邋ａｓｙｎｃ邋ｓｏｎｅｌ邋．．．邋＼逦：逦／邋ＩＰ邋ＵＤＰ邋Ｐ２Ｐ邋ＢＣａｓｔ邋．．．逦＼逡逑ｉ逦邋；逦ｉｆ逦逡逑；邋ｃｏｐｐｅｒ邋ｆｉｂｅｒ邋ｒａｄｉｏ邋．．．邋ｊ逦＾邋ｃｏｐｐｅｒ邋ｆｉｂｅｒ邋ｒａｄｉｏ邋．．．逦／逡逑图２－２邋ＴＣＰ／ＩＰ协议栈和ＮＤＮ协议h_对比［１１邋］逡逑命名数据网络模型与传统ＴＣＰ／ＩＰ网络模型相比，最大的改进就是中间的网逡逑络层，以内容块为中心进行路由转发，取代传统网络以ＩＰ地址为中心的路由方逡逑法，避免了网络主机地址分配不足等问题。ＮＤＮ分别通过网络层上下的各层协逡逑议来匹配底层的物理链路以及上层的相关应用。逡逑ＮＤＮ协议栈中，以网络层为中心，以下的策略层、链路层等协议用来适配底逡逑层的物理链路结构。其中

路由策略,兴趣,名字

的名字仍然保持分层的结构，同时不会暴露数据的名字信息。在ＮＤＮ中，路由逡逑节点根据最长前缀匹配的规则查找数据包，这一方法是通过ＮＤＮ的名字生成树逡逑实现的。路由节点在名字生成树中查找图２－５中所表示的名字的过程如图２－５所逡逑示。如果名字中不指定数据的版本号，则默认选择最新版本的数据，即名字树种逡逑最靠右的版本号。逡逑Ｃ邋ｖｉｄｅｏｓ邋Ｊ逡逑（ｄｅｍｏ．ｍｐ４邋）逡逑（＾０２＾）邋（＾ｖ0Ｔ＾逡逑Ｃ＾ｓｏＴ）邋（＾0Ｔ）逡逑图２－５名字查找树逡逑２．２．２路由策略逡逑在命名数据网络中，路由节点根据数据的名字转发兴趣包和数据包，避免了逡逑传统网络中ＩＰ地址耗尽、ＮＡＴ穿越以及ＩＰ地址管理等问题。ＮＤＮ路由节点通逡逑过其维护的三大组件实现路由转发功能，分别是记录未满足兴趣包的等待兴趣包逡逑表（ＰＩＴ）、负责记录兴趣包转发信息的转发信息表（ＦＩＢ）以及用来缓存数据包逡逑的内容存储器（ＣＳ）。逡逑等待兴趣包表主要用来保存兴趣包的转发记录，当路由节点收到兴趣包后，逡逑先查找内容还存储器，如果没有找到所请求的数据，则将兴趣包缓存到ＰＩＴ中，逡逑然后转发兴趣包。当节点收到数据包后，根据ＰＩＴ中缓存的兴趣包以及兴趣包接逡逑收端口信息转发数据包。ＰＩＴ中包含了转发兴趣包的名字与接收端口的映射表，逡逑如：。这一方法实现了兴趣包请求的聚合

提取层,编码技术,视频数据,编码数据

演示视频的第三个分片可表示为／５ｆ／／Ｔ／ｖ油ｏｓ／如ｎｏ．邋７７Ｔ；？ｇ／３。其中／ＳＵ／Ｔ可逡逑以匹配ＳＬＴｒ发布的所有视频分片。而所有第一级名字为的数据包都可以逡逑的域内进行搜索，大大降低了核心路由表的规模。逡逑ＵＲＩ的命名规则十分简单，用户很容易从数据的名字中获取数据的描述信息，逡逑同样地，简洁的ＵＲＩ命名格式使得用户可以轻易地构建数据请求的名字，简化逡逑了数据请求的逻辑。比如用户收到ＺＳＬＴ７７Ｖ／必的数据包后，可以轻逡逑易地构造／万⑶阶／＾＾＾／如服／即＾／＾来请求后续的数据分片。逡逑．】．２基于解码单元的数据分片原则逡逑数据在命名数据网络中总是以命名数据包的形式存在，连续的流媒体数据在逡逑络中传输首先需要对数据进行切片封装。其次，为了降低流媒体数据对网络带逡逑的占用，在进行网络传输之前，流媒体数据需要经过编码压缩。在视频数据压逡逑编码技术中，最具有代表性的就是Ｈ．２６４／ＡＶＣ数字视频压缩标准。该压缩标逡逑由于其低码率、容错能力强、网络适应性强等特点，在工业界被广泛应用。本逡逑主要讨论基于Ｈ．２６４视频压缩技术的视频数据的分片方法。逡逑ＮＤＮ数据包最大荷载（ＭＰＳ）：逦＜逦Ｍｌ逦Ｋ逦Ｍ２逦Ｘ逦Ｍ３逦Ｋ逦Ｍ４逦＞逡逑

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