基于软件定义网络的媒体分发网络的接入控制.docx

基于软件定义网络的媒体分发网络的接入控制研究传统媒体分发网络的接入控制问题时，利用可获取得到的服务节点的容量和负载等信息，那么，怎样分析基于软件定义网络的媒体分发网络的接入控制。针对软件定义网络(SDN)环境下的媒体分发计算机网络的接入控制问题，提出了一种综合考虑服务节点和传输链路服务性能优化问题的接入控制方案。该方案利用SDN控制器对路由器的直接管控和对全网的感知能力，对应用层上服务节点服务性能和网络层上服务节点到用户之间的传输链路的服务性能进行联合优化，减少了链路拥塞对数据传输和用户服务质量的影响。首先，为SDN服务系统的接入控制过程建立部分可观Markov决策过程(POMDP)模型;然后，使用基于观测的随机策略作为系统的接入控制策略;最后，通过策略梯度算法对接入控制策略进行优化，求解出模型的最优策略。仿真结果表明，与尽力而为的服务策略相比，基于POMDP模型的最优接入控制策略使系统性能提高了10%，验证了所提方法的有效性。0引言采用媒体分发网络的视频接入系统对传输时延和带宽具有高度灵敏性，许多工作致力于研究如何提高该类系统的性能和媒体分发的效率。接入控制在资源有限情况下对于提高系统资源利用率、提供服务质量保障非常重要[1]。选择一个好的接入控制策略可以保证在资源有限情况下，最大化系统资源利用率;同时显著地减少相应延迟，让更多的用户享受到高质量的服务[2]。研究传统媒体分发网络的接入控制问题时，主要利用可获取得到的服务节点的容量和负载等信息，来制定接入控制方案，即主要考虑应用层上服务节点的服务能力存在瓶颈，通过寻找最优策略来优化节点的服务性能，从而提高系统资源利用率和用户的服务质量。目前，关于传统媒体分发网络的接入控制问题的研究有很多，基于阈值的接入控制方法由于结构简单且易于实现，已经被广泛应用[3]，其中几种基础的基于简单结构的阈值策略有完全共享策略[4-5]、完全区分策略[6-7]、资源预留策略[8-9]、自适应阈值策略[10]等。相对于基于阈值的接入控制方法，基于随机优化的接入控制着重于通过随机模型来描述系统状态在网络系统接入控制过程中的动态演化，并通过策略优化算法对系统接入控制进行优化。文献[11]为资源共享系统设计了一种基于Markov决策过程(MarkovDecisionProcess，MDP)模型的接入控制方案，用于分析和求解具有多个级别服务的系统的接入控制策略。基于随机优化的方法在对网络系统接入控制过程的描述上更为准确，并且得到的接入控制策略也更为精细。在传统的网络中，在网络层上采用尽力而为的服务方式，没有考虑不稳定的网络状态和网络拥塞对视频传输质量以及用户服务质量造成的影响[12]。软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork，SDN)作为一种可以克服上述缺陷的新型网络系统架构，已经成为研究热点。SDN将网络控制平面从传统的分布式网络设备中独立出来，使得网络管理员能够通过在控制器上编制软件来灵活地控制和部署网络功能，实现了网络的可编程性。在基于SDN的媒体分发网络中，可以通过SDN控制器来控制网络层视频流的路径选择，从而降低视频传输时延，提高服务质量[13]。文献[14]提出一种基于SDN的内容分发方案，该方案采用基于名称的路由和缓存技术来进行流量管理，并根据网络状态动态选择、修改内容传输路径，从而提高内容分发效率。文献[15]为视频供应商提出一种采用OpenFlow组播技术的内容分发方案，该方案根据当前网络状态动态地重构组播树，并通过修剪拥塞链路对应的组播树分支，来有效地减少网络资源浪费。然而上述已有文献并没有对此类系统的接入控制问题进行探讨，为了进一步提高系统资源利用率和用户的服务质量，本文对基于SDN的媒体分发网络的接入控制问题进行研究。而传统媒体分发网络的接入控制方案只在应用层上考虑优化服务节点服务性能，而没有考虑网络层上传输链路的优化问题，因此，在研究基于SDN的媒体分发网络的接入控制问题时，采用上述方法已经不合时宜。本文认为在研究基于SDN的媒体分发网络的接入控制问题时，应该充分利用SDN系统架构的优势和特点，不仅要考虑应用层上服务节点存在性能瓶颈;同时还应该考虑网络层上链路拥塞对数据传输质量和用户服务质量造成的影响。为此，利用SDN控制器对网络的管理和控制能力，在获取服务节点的资源分配和服务状况信息的同时，获取网络中数据传输路径上的资源使用情况(如可用服务带宽等)，为基于SDN的媒体分发网络系统提出了一种综合考虑应用层和网络层优化问题的接入控制方法。该接入控制方法一方面优化应用层上服务节点的服务性能;另一方面优化网络层上传输链路的服务性能，在有效利用系统资源的同时，提高了系统性能。此外，在传统的接入控制方案中，决策时仅考虑是否接入，接入后的节点选择依赖于源选择策略，如Bench