命名数据网络中动态自适应流媒体传输的优化设计
发布时间：2020-08-12 05:03
【摘要】：随着技术的进步与人们需求的提高,互联网正飞速发展,多媒体业务流量已经成为网络中的主体流量,如何在满足消费者日益增长的视频观看需求的同时提高网络带宽资源的利用效率是一个非常重要的研究课题。这些研究可以分为三种方向,第一种是对于可变伸缩编码(SVC)视频编码方式的研究,核心是通过分层编码方式适应不同场景下的应用需求(带宽不同、屏幕尺寸不同或计算能力不同);第二种是对于动态自适应流(DAS)视频传输机制优化的研究,核心是由客户端根据收集到的状态信息、用户需求以及优化目标动态自适应地请求指定码率的视频码流;第三种是对于新型的命名数据网络(NDN)的研究,核心设计思想是在获取网络资源时关注于内容本身而非位置,其网内缓存与多路特性更适用于海量视频分发与获取的需求。由于传统IP网络的端到端传输机制使得在IP之上的视频传输与优化逐渐遇到瓶颈,并且无法充分发挥新型视频编码方式与传输机制的优势。鉴于NDN的日益完善以及DAS与SVC的技术成熟,设计与搭建基于NDN的视频传输系统不仅是对NDN的功能论证与应用补充,也是对新型视频传输机制的一种探索。因此,本文针对NDN中动态自适应流媒体传输与优化开展了广泛且深入的研究,主要的工作成果如下:1)对比分析了 IP与NDN在视频传输机制与优化上的异同,设计了基于NDN架构的以SVC为编码方式的DAS传输系统模型。2)基于李雅普诺夫最优化理论,将基于NDN架构的以SVC为编码方式的DAS传输系统模型抽象并建模为一种排队论模型,并在不同的网络模型假设下提出了两种不同的基于李雅普诺夫最优化理论的动态自适应流媒体传输优化算法。3)设计与实现了基于NDN架构的以SVC为编码方式的DAS传输系统模型的实验平台NDP(NDN DAS Platform),包括架构设计、模块设计、工作流程以及相关技术细节。4)为了验证设计的视频传输模型与动态自适应传输优化算法,分别设计了基于ndnSIM仿真实验平台的实验与基于NDP真实平台的实验,并通过与其他自适应算法的实验结果进行对比,验证了本文设计的视频传输模型的可行性与动态自适传输应优化算法的性能。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN919.8
【图文】：
一年产生的网络流量将达到３．３ＺＢ，并且由于便携式智能设备的不断增加以及人逡逑们需求的不断扩大，它仍会以惊人的速度继续增长。而在这庞大的网络流量中，逡逑视频流量占据了绝对的主体地位，如图１．１所示，在２０１６年视频流量在全球产逡逑生的网络流量中所占的比重己经达到７３％，而到２０２１年，这个比例将会扩大到逡逑８２％。在增长率上来看，从２０１６年到２０２１年，视频流量复合增长率约为３１％，逡逑而网络总流量的复合增长率仅为２４％。由此可见，产生视频流量的视频服务业逡逑务在整个网络数据服务业务中所扮演的角色越来越重要，并且由于人们对于视逡逑频服务体验的要求越来越高，如何在当下愈加复杂的网络环境中提供可靠高效逡逑的视频服务是一个非常重要的课题。逡逑数据流量（ＺＢ）逡逑３５邋Ａ，逦逡逑＿视频流量逦W 逡逑３邋＿网络总流１：逦＿逡逑２逦？邋ｊ邋■（邋｜｜逡逑ｉｉｌｌｌｌｌ逡逑２０１６逦２０１７逦２０１８逦２０１９逦２０２０逦２０２１邋年份逡逑图１．１网络总流量与视频流量的变化趋势逡逑当下视频内容的分发一般通过有线接入网络或者无线接入网络进行传输，网逡逑络接入环境的异构性使得在网络传输过程中遇到的问题变得愈加复杂。
（ｂ）逡逑图２．１通信模式对比：ＩＰ网络架构（ａ）与ＮＤＮ网络架构（ｂ）逡逑ＮＤＮ在设计体系结构时吸收了邋ＩＰ架构的分层特性的优点。如图２．２所示，这两逡逑种网络架构在协议栈结构上都具有沙漏型的分层结构，最大的区别也是在沙漏逡逑型结构的中央：传统ＩＰ网络架构的核心是ＩＰ地址，ＩＰ数据包依据ＩＰ地址进行逡逑传输；ＮＤＮ网络架构的核心是内容本身，ＮＤＮ数据包依据内容的命名进行传输。逡逑ＮＤＮ网络架构解除了邋ＩＰ设计之中内容与所在位置两者之间的强相关性与强依逡逑赖性，关注内容本身更适应现在网络状况与需求，并且其上层与下层也能依据逡逑ＮＤＮ特性进行重新设计与改造，能够极大拓展ＮＤＮ的想象空间，从而给未来网逡逑络传输带来质的改变。逡逑Ｙ邋Ｅｍａ邋ｉ邋Ｉ、ＷＷＷ、Ｐｌａｙｅｒ．．．邋丨邋１逦Ｂｒｏｗｓｅｒ、Ｃｈａｔ．邋．邋．逦ｊ逡逑＼邋ＨＴＴＰ，邋ＲＴＰ，邋ＳＭＴＰ．．．邋／逦＼邋Ｆｉｌｅ．邋Ｓｔｒｅａｍ．邋．邋．￣／逡逑ＵＤＰ．＾＾逦＾＾＾Ｓｅｃｕｒｉｔｙ．逡逑ｊ邋ＩＰ邋Ａ逦＼逦Ｃｏｎｔｅｎｔ／＾逡逑ｙＰａｃｋｅｔｓＶ逦ｙ邋Ｃｈｕｎｋｓ邋Ｖ逡逑ｙ＾ＰＰＰｓ邋ＥｔｈｅｒｎｅｔＴ＾ｘ逦Ｓｔｒａｔｅｇｙ￣＾ｖＮｖ逡逑／ＣＳＭＡｖ邋Ａｓｙｎｃｘ邋Ｓｏｎｅｔ．ＴＴＮ，邋，邋ＩＰ、ＵＤＰ、Ｐ２Ｐ…逦＼逡逑Ｉ邋Ｃｏｐｐｅｒｖ邋Ｆｉｂｅｒ、Ｒ
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【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN919.8
【图文】：
一年产生的网络流量将达到３．３ＺＢ，并且由于便携式智能设备的不断增加以及人逡逑们需求的不断扩大，它仍会以惊人的速度继续增长。而在这庞大的网络流量中，逡逑视频流量占据了绝对的主体地位，如图１．１所示，在２０１６年视频流量在全球产逡逑生的网络流量中所占的比重己经达到７３％，而到２０２１年，这个比例将会扩大到逡逑８２％。在增长率上来看，从２０１６年到２０２１年，视频流量复合增长率约为３１％，逡逑而网络总流量的复合增长率仅为２４％。由此可见，产生视频流量的视频服务业逡逑务在整个网络数据服务业务中所扮演的角色越来越重要，并且由于人们对于视逡逑频服务体验的要求越来越高，如何在当下愈加复杂的网络环境中提供可靠高效逡逑的视频服务是一个非常重要的课题。逡逑数据流量（ＺＢ）逡逑３５邋Ａ，逦逡逑＿视频流量逦W 逡逑３邋＿网络总流１：逦＿逡逑２逦？邋ｊ邋■（邋｜｜逡逑ｉｉｌｌｌｌｌ逡逑２０１６逦２０１７逦２０１８逦２０１９逦２０２０逦２０２１邋年份逡逑图１．１网络总流量与视频流量的变化趋势逡逑当下视频内容的分发一般通过有线接入网络或者无线接入网络进行传输，网逡逑络接入环境的异构性使得在网络传输过程中遇到的问题变得愈加复杂。
（ｂ）逡逑图２．１通信模式对比：ＩＰ网络架构（ａ）与ＮＤＮ网络架构（ｂ）逡逑ＮＤＮ在设计体系结构时吸收了邋ＩＰ架构的分层特性的优点。如图２．２所示，这两逡逑种网络架构在协议栈结构上都具有沙漏型的分层结构，最大的区别也是在沙漏逡逑型结构的中央：传统ＩＰ网络架构的核心是ＩＰ地址，ＩＰ数据包依据ＩＰ地址进行逡逑传输；ＮＤＮ网络架构的核心是内容本身，ＮＤＮ数据包依据内容的命名进行传输。逡逑ＮＤＮ网络架构解除了邋ＩＰ设计之中内容与所在位置两者之间的强相关性与强依逡逑赖性，关注内容本身更适应现在网络状况与需求，并且其上层与下层也能依据逡逑ＮＤＮ特性进行重新设计与改造，能够极大拓展ＮＤＮ的想象空间，从而给未来网逡逑络传输带来质的改变。逡逑Ｙ邋Ｅｍａ邋ｉ邋Ｉ、ＷＷＷ、Ｐｌａｙｅｒ．．．邋丨邋１逦Ｂｒｏｗｓｅｒ、Ｃｈａｔ．邋．邋．逦ｊ逡逑＼邋ＨＴＴＰ，邋ＲＴＰ，邋ＳＭＴＰ．．．邋／逦＼邋Ｆｉｌｅ．邋Ｓｔｒｅａｍ．邋．邋．￣／逡逑ＵＤＰ．＾＾逦＾＾＾Ｓｅｃｕｒｉｔｙ．逡逑ｊ邋ＩＰ邋Ａ逦＼逦Ｃｏｎｔｅｎｔ／＾逡逑ｙＰａｃｋｅｔｓＶ逦ｙ邋Ｃｈｕｎｋｓ邋Ｖ逡逑ｙ＾ＰＰＰｓ邋ＥｔｈｅｒｎｅｔＴ＾ｘ逦Ｓｔｒａｔｅｇｙ￣＾ｖＮｖ逡逑／ＣＳＭＡｖ邋Ａｓｙｎｃｘ邋Ｓｏｎｅｔ．ＴＴＮ，邋，邋ＩＰ、ＵＤＰ、Ｐ２Ｐ…逦＼逡逑Ｉ邋Ｃｏｐｐｅｒｖ邋Ｆｉｂｅｒ、Ｒ
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本文编号：2790082
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