NDN中面向DAS与SVC的传输优化技术研究

发布时间：2020-11-21 04:34

　　 随着移动终端的普及,网络基础设施的日益完善,人们不再满足于简单的会话通信,更多的是利用互联网进行多媒体内容分享,目前多媒体流量已经牢牢占据着网络流量的主体地位。IP网络的设计初衷是实现端到端通信,并不能很好地应对当下网络流量新趋势的挑战,在移动性、内容分发、安全性等方面暴露出一系列问题。为了从根本上解决这些问题,研究界提出信息中心网络ICN(Informa-tion Centric Networking)。NDN(Named Data Networking)是 ICN 的一个典型代表。NDN具有基于内容名路由、泛在缓存、天然的支持组播以及接收者驱动的传输模式等诸多特点,对于支持大规模重复视频传输拥有巨大优势。近年来,越来越多的视频网站采用DASH(Dynamic Adaptive Streaming over HTTP)技术,它是DAS(Dynamic Adaptive Streaming)技术的一种标准实现。它使得视频以自适应的方式进行内容分发,并且支持直播,具有很大的优势。另外,可扩展编码技术SVC(Scalable Video Coding)凭借其对多种异构设备和网络的超强适应能力,正逐步在视频领域得到应用推广。NDN、DAS与SVC的结合,为大规模的视频分发提供了一个有效的解决方案。本文结合可扩展编码技术以及自适应流媒体技术的特点,对NDN路由器队列调度策略与缓存策略进行了深入研究,主要贡献有以下几点:第一,深入研究了 SVC视频报文的分层特点以及NDN请求报文和数据报文的大小对转发过程的影响,结合NDN网络天然的汇聚能力与泛在缓存特性,提出适合于采用DAS技术传输SVC视频的NDN报文队列调度策略BRF(Buffer and Reorder based Forwarding)与 FBW(Forwarding based on Weight)。通过优先转发视频请求报文与低层级的视频数据报文,有效地提高网络吞吐量、内容的获取速度,进而提高了视频播放质量与用户体验。此外,在DAS客户端中增加了Pipeline的请求模式与Smooth算法,利用低层级缓冲区满时的等待时间,发起对缓存中空缺的高层级视频块的请求,从而在充分的利用网络带宽的同时,减少客户端视频播放质量的切换次数,使得视频播放更加平滑流畅。第二,研究了不同层级的SVC视频报文的缓存位置对缓存命中率和视频播放质量的影响,提出了两种面向SVC的缓存决策策略SRPC(SVC-oriented Reverse Probabilistic Caching)与 SLPC(SVC-oriented Linear Probabilistic Caching)。依据SVC编码视频的层级依赖关系以及节点在传输路径的位置,给予数据报文不同的缓存概率,将低层级的SVC视频块缓存在客户端附近,高层级视频块缓存在内容源附近,从而减少网络缓存冗余,增加缓存多样性,提高请求的成功率。最后,本文对基于NS-3环境的ndnSIM模块进行了扩展,实现了改进的DAS客户端,在NDN路由器中增加了我们提出的两种调度策略和两种缓存策略,并通过仿真实验对它们的正确性和性能进行了验证。
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN919.8
【部分图文】：

传输解决方案。本章分别介绍了?ＮＤＮ网络、ＤＡＳ技术以及ＳＶＣ编码标??后续的研宄工作奠定坚实的基础。??ＮＤＮ网络概述??ＤＮ项目是由洛杉矶加州大学Ｌｉｘｉａ?Ｚｈａｎｇ团队于２０１０年在ＣＣＮｘ项目的??开展的，主要是为了解决当下ＩＰ网络出现的种种问题，以及发展下一代??体系结构。??ＤＮ作为信息中心网络的典型代表，将传统的ＩＰ网络中发送者驱动的端到??模式向接收者驱动的内容获取模式转变，把信息内容作为网络的核心，对??用独一无二的名字标识，并根据内容名字进行路由。这从根本上解决了?ＩＰ??、网络地址耗尽以及可扩展地址管理等问题，同时由于ＮＤＮ网络泛在缓??的存在，打破了传统的Ｃ／Ｓ结构，有利于解决ＩＰ网络中热门服务器负载??问题。??ＮＤＮ网络体系结构??

?虽然ＮＤＮ网络属于革命式方案的一种，但是依旧沿用了?ＩＰ网络中的沙漏??模型［１４］，见图２．１。ＮＤＮ把内容作为网络中的核心元素，将最重要的细腰部分由??ＩＰ报文替换为内容块。将数据内容切分成小的内容块，对小内容块进行命名，然??后基于小内容块的名字进行路由和转发，从而实现内容块和内容地址的解耦。如??此，ＮＤＮ协议栈结构层次分明，既保证了报文在网络中的快速转发，又能保证??ＮＤＮ网络上层和下层独立的技术创新活力。??另外，在细腰内容块（Ｃｏｎｔｅｎｔｃｈｕｎｋｓ）的下面一层是Ｓｔｒａｔｅｇｙ层，这层的主要??功能是为请求报文的转发提供一定的“智能”。对于一个请求报文，路由器往往有??多个可用接口，Ｓｔｒａｔｅｇｙ层有多个转发策略Ｍｌ转发策略能够根据实时的网络状??况、报文名字或者其他因素，选取可用接口向上游转发请求报文，实现最优路径??转发

?虽然ＮＤＮ网络属于革命式方案的一种，但是依旧沿用了?ＩＰ网络中的沙漏??模型［１４］，见图２．１。ＮＤＮ把内容作为网络中的核心元素，将最重要的细腰部分由??ＩＰ报文替换为内容块。将数据内容切分成小的内容块，对小内容块进行命名，然??后基于小内容块的名字进行路由和转发，从而实现内容块和内容地址的解耦。如??此，ＮＤＮ协议栈结构层次分明，既保证了报文在网络中的快速转发，又能保证??ＮＤＮ网络上层和下层独立的技术创新活力。??另外，在细腰内容块（Ｃｏｎｔｅｎｔｃｈｕｎｋｓ）的下面一层是Ｓｔｒａｔｅｇｙ层，这层的主要??功能是为请求报文的转发提供一定的“智能”。对于一个请求报文，路由器往往有??多个可用接口，Ｓｔｒａｔｅｇｙ层有多个转发策略Ｍｌ转发策略能够根据实时的网络状??况、报文名字或者其他因素，选取可用接口向上游转发请求报文，实现最优路径??转发
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本文编号：2892530