基于SDN分层组播的视频会议系统研究

摘要

近几年，互联网通信技术得到长足发展，极大地促进了视频会议系统的研发与应用，使得传统的会议召开模式得以改变，给人类社会生活带来了重大变革。当前主流的多点视频会议系统主要基于多点控制单元(MCU)来实现，尽管技术较为成熟，但是随着用户数增长会消耗大量的网络资源，使得视频业务的服务质量往往难以得到保证。
　　可伸缩视频编码(SVC)和软件定义网络(SDN)等领域的相关研究为传统视频会议系统的困境提供了新的应对方法。可伸缩视频编码技术以分层编码和选择性传输作为实现可伸缩的主要手段，通过分层编码，使得同一视频源可以对应不同的帧率、分辨率或是质量层次，为不同的信道和用户终端发送合适层次的视频，显著降低传输成本。软件定义网络的新模式将传统网络设备的控制面与数据面相分离，极大地优化了网络流管理，使得网络资源的利用更为高效。本文根据视频会议系统的基本需求，提出了一种基于SDN分层组播的新型视频会议系统架构和相应的分层组播树实现算法。主要工作概括如下:
　　首先，对系统实现原理进行了详细的阐述，设计并说明了系统的总体架构和各模块的具体功能。整个系统通过可伸缩视频编码实现分层组播流以满足会议用户的不同性能需求。SDN控制器实时监控网络状态信息并动态地管理调节视频层数。此外，设计会议管理服务器对会议成员与业务进行管理，舍弃了互联网组管理协议(IGMP)和MCU等专业硬件设备。
　　其次，为了实现上述架构，设计了基于DCSPFA MPH的分层组播树生成算法和相应的组播树动态调整算法，可以根据链路带宽、时延信息以及各层视频的码率，为每层视频选择合适的组播路径，最大限度地利用网络带宽等资源，提高服务质量，满足用户动态QoS需求。
　　最后，进行了多用户仿真实验测试算法性能，并搭建了简易的原型系统进行系统功能验证和网络自适应测试。实验结果表明，本系统提供了灵活可控的分层视频组播服务，能够在保证视频会议服务质量的同时节约宝贵的网络资源。

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摘要

表格索引

插图索引

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 研究现状

1．3 本文研究内容

1．4 论文组织结构

第2章 技术基础

2．1 SDN技术

2．1．1 SDN框架

2．1．2 SDN技术优势

2．2 组播技术

2．2．1 组播概述

2．2．2 组播协议

2．2．3 组播路由算法

2．3 流媒体编码技术

2．3．1 流媒体概述

2．3．2 流媒体编码方式

2．3．3 可伸缩视频编码

第3章 系统架构与模块

3．1 系统框架

3．1．1 设计要求与思路

3．1．2 系统架构

3．1．3 系统工作流程

3．2 系统模块

3．2．1 会员终端

3．2．2 会议管理服务器

3．2．3 SDN控制器

3．2．4 OpenFlow交换机

第4章 分层组播算法设计

4．1 问题描述

4．2 分层组播树生成算法

4．2．1 DCSPFA算法概述

4．2．2 基于DCSPFA_MPH的分层组播树构造算法

4．2．3 算法具体实现

4．3 组播树动态调整算法

4．3．1 用户加入／离开组播组

4．3．2 网络拥塞状况处理

4．4 算法讨论

第5章 实验结果与分析

5．1 静态生成树算法性能

5．1．1 仿真网络模型

5．1．2 生成树算法性能比较

5．2 多用户动态加入测试

5．2．1 POX与Mininet概述

5．2．2 系统性能对比

5．3 网络自适应性能测试

5．3．1 原型系统实现

5．3．2 网络自适应实验

第6章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 下一步工作

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果