一种基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统和方法

摘要

本发明提供了一种基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统和方法,包括一台管理服务器、至少一个视频服务器、一个集中式的OpenFlow控制器、多个OpenFlow交换机和若干用户终端设备，视频服务器与用户终端设备之间连接SDN网络，用户终端设备位于SDN网络的接入端，视频服务器位于SDN网络的远端，OpenFlow交换机具有缓存内容空间，多个OpenFlow交换机接入SDN网络的底层组成数据平面，OpenFlow控制器通过控制链路与OpenFlow交换机进行信令交互构成网络的控制平面，管理服务器与视频服务器通过SDN网络直接连接，管理服务器与OpenFlow控制器通过SDN网络直接连接。

说明书

技术领域

本发明属于计算机网络技术领域，涉及一种软件定义网络的视频流化传输，特别是一种基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统和方法。

背景技术

随着微博、抖音、快手、网盘、视频网站等为代表的新型流媒体业务的兴起，视频服务将占据越来越高的份额比例。据思科公司白皮书的统计和预测：到2022年，全球各类接入设备的总数量将达到280亿左右，视频资源将占据所有流量的82％。届时，每秒将会有高达114 TB的视频数据穿过因特网，如此高容量的带宽需求己经远远超出了现有网络基础设施的承载能力，其将导致出现核心网链路拥塞、视频传输出现延迟、抖动和丢包等一系列问题，最终极大的降低视频服务的QoS(Quality of Service，服务质量)和用户感受到的QoE(Quality of Experience，体验质量)，对视频服务传输系统的承载性提出了极大的挑战。

研究发现，用户偏好于某个或某几个视频内容，视频内容流行度的分布呈现出不均的倾斜特性，符合经典的二八定律，即大约80％的视频流量是由流行度前20％的热点内容传输产生，这意味着绝大多数的视频内容请求都集中于小部分的高热度视频内容之上。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种构建基于内容流行度的视频流化传输系统的网内缓存策略和基于多QoS目标优化的视频流化传输系统路径选择策略的基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统和方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统，包括一台管理服务器、至少一个视频服务器、一个集中式的OpenFlow控制器、多个 OpenFlow交换机和若干用户终端设备，所述视频服务器与所述用户终端设备之间连接SDN网络，所述用户终端设备位于所述SDN网络的接入端，所述视频服务器位于所述SDN网络的远端，所述OpenFlow交换机具有缓存内容空间，多个所述OpenFlow交换机接入所述SDN网络的底层组成数据平面，所述OpenFlow控制器通过控制链路与所述OpenFlow交换机进行信令交互构成网络的控制平面，所述管理服务器与所述视频服务器通过所述SDN网络直接连接，所述管理服务器与所述OpenFlow控制器通过所述SDN网络直接连接。

本基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统，是基于开放式的SDN架构，是一种新型的网络结构，包括应用层、控制层和基础设施层3部分，另外还包括接入层。其中应用层具体包括管理服务器模块和视频服务器模块，控制层包括OpenFlow控制器模块，基础设施层包括 OpenFlow交换机模块，接入层包括用户终端模块。视频服务器用于保存所有用户可请求的视频内容，负责接收和响应用户的视频请求，利用其部署的多媒体应用软件将相应的视频内容进行RTP(Real-time Transport Protocol，实时传输协议)流化。OpenFlow交换机负责实现视频流数据包的软件定义转发和路由，还兼具缓存内容管理的功能。负责承载视频服务器生成的源视频流和网内缓存产生的缓存视频流的传输。OpenFlow控制器负责控制OpenFlow 交换机的数据转发、内容缓存、视频流化操作，能够对数据平面所有的网络和存储资源进行统一的管控。管理服务器作为此系统的核心组成部分，扮演着系统大脑的角色。其能够利用底层OpenFlow交换机上报的网络拓扑、链路状态和缓存分布信息，根据定制化缓存策略来制定最优缓存决策、以及根据定制的路由策略来规划最优路径，并下发控制指令给OpenFlow控制器实施，从而在基于开放式的SDN网络架构下实现底层基础设施(物理网络)和上层视频服务应用之间的密切协作，以达到减少核心链路中的冗余流量，节省有限的带宽资源，满足视频服务场景要求，提升视频服务的QoS。

在上述的基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统中，所述管理服务器内设置管理服务器模块，所述管理服务器模块包括用户接入管理子模块、网内缓存策略子模块、局缓存管理子模块、网内路由策略子模块和全局路由管理子模块。

在上述的基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统中，所述视频服务器包括视频服务器模块，所述视频服务器模块包括视频内容存储子模块和视频RTP流化子模块。

在上述的基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统中，所述OpenFlow控制器内设置 OpenFlow控制器模块，所述OpenFlow控制器模块包括网络状态监测子模块、缓存/流化控制子模块和路由传输控制子模块。

在上述的基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统中，所述OpenFlow交换机内设置 OpenFlow交换机模块，所述OpenFlow交换机模块包括网络状态收集子模块、本地缓存管理子模块和RTP工具集子模块。

在上述的基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统中，所述用户终端设备内设置用户终端模块，所述用户终端模块内配有媒体播放应用软件。用于发起视频请求以及接收和播放视频流。

在上述的基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统中，所述用户终端设备包括多个种类，每个种类均包括若干数量。用户终端设备的不同种类具体为电脑、ipad、手机等。

基于SDN和网内缓存的视频服务传输方法，包括以下步骤：

1)、首先，通过用户终端设备发起视频请求；

2)、请求被传输至视频服务器的视频服务器模块；

3)、视频服务器模块接收到视频请求之后进行解析，获取其中的请求用户i(i∈I，0＜ I≤∞)的身份标识、请求内容j(j∈J，0＜J≤∞)的视频内容标识、和用户接入的交换机 k(k∈K，0＜K≤∞)交换机标识；

4)、视频服务器模块进一步把视频请求提交至管理服务器模块的用户接入管理子模块进行处理；

5)、用户接入管理子模块对其完成接入认证和服务授权；

6)、管理服务器模块通过全局缓存管理子模块获取全网缓存状态信息以及通过全局路由管理子模块获取全网络状态信息(路由链路和链路容量等)；

7)、管理服务器模块通过全网缓存状态信息判断网内缓存系统中是否保存相应视频内容；若没有，则继续由远端的视频服务器模块提供服务；若有，则综合考虑服务QoS和传输距离，选定服务节点和最优路径进行服务提供；在负责视频流化传输的服务节点选定之后，管理服务器模块会继续根据OpenFlow控制器上报的网络状态信息，由特定的路由算法来规划出最优的传输路径；

8)、传输路径选定之后，对于网内缓存系统提供视频服务的情况，管理服务器模块会把相应的视频流化和转发路由决策映射为OpenFlow交换机上可执行的指令，通过OpenFlow控制器完成配置操作；

其中，视频流化通过控制器中的缓存/流化OpenFlow控制器模块调用软件定义交换机中的RTP工具集实现，而数据传输的控制则依然采用OpenFlow协议中流表下发机制；相对地，如果服务节点选为远端的视频服务器，则直接利用其内置的视频工具集完成流化，通过 OpenFlow交换机进行传输和交付；

9)、OpenFlow控制器模块完成对传输路径上的OpenFlow交换机视频流化传输指令下达和流表规划配置；

10)、一旦接收到视频流化的指令，被选出的服务节点会创建新的会话发起视频传输；

11)、在视频传输的过程中，管理服务器模块根据缓存策略算法来下发缓存指令；

12)、OpenFlow控制器模块根据管理服务器模块下发的缓存指令，对其处在传输路径上的OpenFlow交换机下发缓存指令；

13)、处在传输路径上的OpenFlow交换机根据相应的缓存策略算法判断是否存储视频内容；如果需要存储，则会在局部缓存管理服务器模块的控制下利用RTP工具集创建一个新的滑动缓存窗口来接收后续的RTP视频流，用来服务未来可能收到的其他用户的相同视频请求；

14)、此后，管理服务器模块的全局缓存管理子模块和接入用户管理子模块会随着视频流化传输服务而进行动态更新。

本视频服务传输方法在视频交付的过程中，其传输路径上的OpenFlow交换机根据管理服务器下达的缓存决策，在对相应的RTP数据包执行转发操作的同时，以拷贝的方式将其缓存到本地的存储空间。此后，当有任何后续的其他用户继续请求相同的视频内容时，即可直接通过OpenFlow交换机节点中的缓存内容进行交付，而不再需要从远端的视频服务器拉取，从而在节省核心网带宽的同时降低了源服务器负载。

在上述的基于SDN和网内缓存的视频服务传输方法中，缓存策略包括以下步骤：

(7)在SDN网络结构中，利用管理服务器模块的用户接入管理子模块实时统计用户的视频服务请求内容j(j∈J，0＜J≤∞)次数获得视频内容的流行度Pu(j)，Pu(j)∈ |1，2，3，...，C|，其中1表示流行度最高，C表示最低流行度；并通过OpenFlow控制器模块将视频内容流行度发送给各个OpenFlow交换机k(k∈K，0＜K≤∞)；

(8)每个OpenFlow交换机k根据存储内容情况，并构建和维护其视频内容流行度表，实时动态更新；

(9)当目标视频内容j到达转发路径上的OpenFlow交换机k后，根据缓存策略算法判断目标视频内容j是否在该OpenFlow交换机k被缓存；

(10)计算算法为：判断目标视频内容j的流行度Pu(j)是否高于OpenFlow交换机k上存储的视频内容流行度表的最低流行度C

(11)若高于，需判断OpenFlow交换机k的剩余缓存空间Cp(k)是否超过目标视频内容j所需缓存空间Cp(j)；若OpenFlow交换机k的剩余缓存空间Cp(k)超过目标视频内容j所需缓存空间Cp(j)，则在OpenFlow交换机k缓存目标内容j，更新OpenFlow交换机k的视频流行度表及剩余缓存空间Cp(k)；其中，Cp(k)表示OpenFlow交换机k 的剩余缓存容量，Cp(j)表示目标视频内容j所需缓存空间；

(12)若低于，则删掉内容流行度表中最低流行度对应的内容，更新OpenFlow交换机k 的视频流行度表及剩余缓存空间Cp(k)，再重复(4)、(5)、(6)相关步骤。

通过缓存机制，在最理想的情况下，高流行度的视频内容将被OpenFlow交换机节点频繁地缓存，最终遍布整个网内缓存系统，实现缓存效用的最大化。因此，针对上述SDN架构之上的视频服务场景，本设计为专用且高效的网内缓存策略，来最大限度地提高缓存资源的利用率。

在上述的基于SDN和网内缓存的视频服务传输方法中，传输路径的选择方法，包括以下内容：

(8)在新型的SDN网络结构中，提供了非常有效的方法监视网络拓扑和负载。OpenFlow 控制器模块的网络状态监测子模块通过LLDP(Link Layer DiscoveryProtocol，链路发现协议)协议进行链路发现，并收集OpenFlow交换机的状态和流量统计信息，统计全局的网络状态信息向管理服务器上报，在管理服务器模块的网内路由策略子模块建立链路邻接矩阵表和链路容量矩阵表；

(9)当目标负责视频流化传输的服务节点选定之后，管理服务器模块会根据全局的网络状态信息，基于多Qos目标优化算法来规划出最优的传输路径；以G(N，E)表示SDN网络拓扑结构，其中V表示网络中所有节点的集合，包括OpenFlow交换机k或者主机节点(视频服务器)，|V|＝n；E表示网络拓扑有向弧的集合，每2个节点之间使用弧连接，|E|＝m；分别用2个矩阵来表示网络拓扑结构，一个为链路邻接矩阵，另一个为链路容量矩阵；链路邻接矩阵C＝[connent

(10)视频流化传输的服务节点选定之后，网内路由策略子模块通过链路邻接矩阵表获得源节点S

(11)网内路由策略子模块通过链路容量矩阵表判断z条路径上的各个链路带宽，若剩余带宽不满足视频流化传输带宽要求，则链路不可用，则此路径不可用；

(12)网内路由策略子模块剔除不满足带宽要求的路径，满足带宽要求的路径按照最短路径算法进行排序

(13)网内路由策略子模块再根据延迟、和丢包2种QoS优化目标，使用梯度法进行迭代求解，根据最短路径次序按搜索出满足时延和丢包率2种QoS目标路径，最先满足约束条件的路径为最优路径；

(14)由管理服务器模块下发流表，更新最优路径所经过的OpenFlow交换机的流表和配置转发规则，从而使得该视频服务数据包到达目的地节点。

在SDN网络结构中，提供了非常有效的方法监视网络拓扑和负载。OpenFlow控制器模块的网络状态监测子模块通过LLDP(Link Layer Discovery Protocol，链路发现协议)协议进行链路发现，并收集OpenFlow交换机的状态和流量统计信息，统计全局的网络状态信息向管理服务器上报。在负责视频流化传输的服务节点(包括OpenFlow交换机k或者主机节点视频服务器)选定之后，管理服务器会继续根据全局的网络状态信息，基于特定的路由算法来规划最优的传输路径，并向OpenFlow交换机下发，达到减少核心链路中的冗余流量，节省有限的带宽资源，满足视频服务场景要求，提升视频服务的QoS。因此，针对根据权力要求3所述SDN架构之上的视频服务场景，亟需设计一种专用且高效的网内路由策略，提升视频服务的QoS。一种基于多Qos目标优化的视频流化传输系统路径选择方法，能很好在满足视频服务QoS同时，规划出最短路径，以减少核心链路中的冗余流量，节省有限的带宽资源。

与现有技术相比，本基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统和方法具有以下优点：

1、把用户频繁请求的高热度视频内容保存到就近的网元设备上的缓存中，提供就近传输和视频服务，由此不仅可以大幅度增加传输速率，减小传输时延，同时还能够消除网络中大量的冗余流量，缓解核心链路的传输压力。利用网内缓存来减少冗余的内容传输将是一种行之有效的方案。

2、软件定义网络(Software-Defined Networking，SDN)是近年来提出的一种新型网络架构，从根本上变革人们构建和管理网络的方式，解决传统网络管控架构的不足。它将数据平面与控制平面解耦，实现了网络的可配置、可扩展和可编程，使得网络变得更加灵活和可控，使得很多传统IP网络上难以实现的网络功能都能在SDN的网元设备(交换机和路由) 上得以部署。通过在SDN网元节点上部署分布式的存储资源来缓存高流行度的视频内容，并赋予网元节点视频流化传输的功能，实现网内缓存协助视频资源的就近传输。

3、网内缓存提供了缓存视频内容的物理空间，实现了源目的地的链路就近连接，但是也会存在链路拥塞、延迟和丢包等问题。为解决这一问题，引入多QoS目标(带宽、延迟、丢包)的约束条件下，规划出最优路径，以达到减少核心链路中的冗余流量，节省有限的带宽资源，满足视频服务场景要求，提升视频服务的QoS。

附图说明

图1是本发明的传输系统逻辑框架图。

图2是本发明的传输系统传输过程图。

图3是本发明中缓存策略的方法框图。

图4是本发明中传输路径选择的方法框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

如图1所示，本基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统，包括一台管理服务器、至少一个视频服务器、一个集中式的OpenFlow控制器、多个OpenFlow交换机和若干用户终端设备，视频服务器与用户终端设备之间连接SDN网络，用户终端设备位于SDN网络的接入端，视频服务器位于SDN网络的远端，OpenFlow交换机具有缓存内容空间，多个OpenFlow交换机接入SDN网络的底层组成数据平面，OpenFlow控制器通过控制链路与OpenFlow交换机进行信令交互构成网络的控制平面，管理服务器与视频服务器通过SDN网络直接连接，管理服务器与OpenFlow控制器通过SDN网络直接连接。

本基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统，是基于开放式的SDN架构，是一种新型的网络结构，包括应用层、控制层和基础设施层3部分，另外还包括接入层。其中应用层具体包括管理服务器模块和视频服务器模块，控制层包括OpenFlow控制器模块，基础设施层包括 OpenFlow交换机模块，接入层包括用户终端模块。视频服务器用于保存所有用户可请求的视频内容，负责接收和响应用户的视频请求，利用其部署的多媒体应用软件将相应的视频内容进行RTP(Real-time Transport Protocol，实时传输协议)流化。OpenFlow交换机负责实现视频流数据包的软件定义转发和路由，还兼具缓存内容管理的功能。负责承载视频服务器生成的源视频流和网内缓存产生的缓存视频流的传输。OpenFlow控制器负责控制OpenFlow 交换机的数据转发、内容缓存、视频流化操作，能够对数据平面所有的网络和存储资源进行统一的管控。管理服务器作为此系统的核心组成部分，扮演着系统大脑的角色。其能够利用底层OpenFlow交换机上报的网络拓扑、链路状态和缓存分布信息，根据定制化缓存策略来制定最优缓存决策、以及根据定制的路由策略来规划最优路径，并下发控制指令给OpenFlow控制器实施，从而在基于开放式的SDN网络架构下实现底层基础设施(物理网络)和上层视频服务应用之间的密切协作，以达到减少核心链路中的冗余流量，节省有限的带宽资源，满足视频服务场景要求，提升视频服务的QoS。

管理服务器内设置管理服务器模块，管理服务器模块包括用户接入管理子模块、网内缓存策略子模块、局缓存管理子模块、网内路由策略子模块和全局路由管理子模块。管理服务器模块作为底层网络架构和上层视频服务应用之间的桥梁，在监测网络和缓存状态的同时，还需要根据定制的缓存算法来指导网内缓存系统来缓存流行度高的视频内容和流化传输操作、以及根据定制的路由算法来指导源目的地视频流化传输路由选择。

用户接入管理子模块能够响应用户的视频服务请求，对请求用户进行身份认证、服务授权和审计收费，还可以追踪其视频流接收和播放的状态。

网内缓存策略子模块被独立出来支持缓存策略的按需灵活部署，从而实现整个系统的可定制和可扩展。得益于SDN架构的优势，缓存策略根据从分布式节点收集到的网内缓存状态信息，制定出最优的控制决策并向OpenFlow控制器下发，提升网内缓存系统的性能和利用率。

全局缓存管理子模块负责对数据平面所有OpenFlow交换机中缓存的视频内容进行维护，记录其大小、时长等基本属性，以及服务的用户视频请求信息。

网内路由策略子模块也被独立出来支持缓存策略的按需灵活部署，从而实现整个系统的可定制和可扩展。得益于SDN架构的优势，路由策略根据从视频流化传输的各服务节点收集到的链路状态信息，基于多QoS目标约束条件下制定最优的路径传输决策，并向OpenFlow控制器下发，并在此路径上的各视频流化传输服务节点配置转发规则，以达到减少核心链路中的冗余流量，节省有限的带宽资源，满足视频服务场景要求，提升视频服务的QoS。

全局路由管理子模块负责对视频流化传输的各服务节点的路由链路进行维护，实时记录其路由链路、链路容量等基本属性。

视频服务器包括视频服务器模块，视频服务器模块包括视频内容存储子模块和视频RTP 流化子模块。负责对用户可请求的所有视频对象进行存储和管理，同时接收接入用户发起的视频请求并上报给管理服务器，最后依照管理服务器下达的传输指令完成视频内容的RTP流化，并通过OpenFlow交换机网络向用户交付所需的视频内容。

OpenFlow控制器内设置OpenFlow控制器模块，OpenFlow控制器模块包括网络状态监测子模块、缓存/流化控制子模块和路由传输控制子模块。OpenFlow控制器模块一方面负责数据平面的状态采集和监测，另一方面也控制着底层OpenFlow交换机的内容缓存、流化传输和路由转发操作。

网络状态监测子模块通过感知OpenFlow交换机触发的不同类型的OpenFlow事件，统计全局的网络状态信息，包括拓扑变化和链路拥塞等，并向管理服务器上报。同时间接地将缓存状态信息呈递给全局缓存管理子模块进行汇总，以及将路由链路状态信息(路由链路、链路容量等)呈递给全局路由管理子模块进行汇总。

缓存/流化控制子模块是通过对原始的OpenFlow协议中的事件类进行扩展衍生出的与上层业务相关的操作，能够通过通用的南向接口控制数据平面的缓存和流化操作。

路由传输控制子模块直接继承了SDN架构控制平面的流表机制，通过下发流表项，配置 OpenFlow交换机的数据包转发规则，实现最终的视频数据包的转发和传输。

OpenFlow交换机内设置OpenFlow交换机模块，OpenFlow交换机模块包括网络状态收集子模块、本地缓存管理子模块和RTP工具集子模块。OpenFlow交换机模块具备内容缓存的能力，其次共同构成数据平面，实现视频数据包的转发功能。

网络状态收集子模块也不可或缺，用于周期性地对网络的拓扑结构、链路容量、传输时延和丢包等进行感知和测量，同时统计本地的内容缓存和相应的请求服务情况，以OpenFlow 事件的形式告知OpenFlow控制器，最终交由管理服务器统一分析处理。

本地缓存管理子模块，由于OpenFlow交换机模块需配备有本地缓存空间，因而需要有本地缓存管理子模块根据OpenFlow控制器的指令对其缓存内容进行管理操作，对网内缓存策略的最终实现。

RTP工具集子模块提供了针对RTP数据包的网内处理功能，包括RTP视频流的缓存、RTP 视频文件的读取和流化传输等，通过将这些虚拟网络功能与派生出来的新OpenFlow事件类对应，即可通过OpenFlow控制器来控制网内的本地缓存管理和视频内容交付等功能。

用户终端设备内设置用户终端模块，用户终端模块内配有媒体播放应用软件。用于发起视频请求以及接收和播放视频流。

用户终端设备包括多个种类，每个种类均包括若干数量。用户终端设备的不同种类具体为电脑、ipad、手机等。

如图2所示，本基于SDN和网内缓存的视频服务传输方法，包括以下步骤：

1)、首先，通过用户终端设备发起视频请求；

2)、请求被传输至视频服务器的视频服务器模块；

3)、视频服务器模块接收到视频请求之后进行解析，获取其中的请求用户i(i∈I，0＜ I≤∞)的身份标识、请求内容j(j∈J，0＜J≤∞)的视频内容标识、和用户接入的交换机 k(k∈K，0＜K≤∞)交换机标识；

4)、视频服务器模块进一步把视频请求提交至管理服务器模块的用户接入管理子模块进行处理；

5)、用户接入管理子模块对其完成接入认证和服务授权；

6)、管理服务器模块通过全局缓存管理子模块获取全网缓存状态信息以及通过全局路由管理子模块获取全网络状态信息(路由链路和链路容量等)；

7)、管理服务器模块通过全网缓存状态信息判断网内缓存系统中是否保存相应视频内容；若没有，则继续由远端的视频服务器模块提供服务；若有，则综合考虑服务QoS和传输距离，选定服务节点和最优路径进行服务提供；在负责视频流化传输的服务节点选定之后，管理服务器模块会继续根据OpenFlow控制器上报的网络状态信息，由特定的路由算法来规划出最优的传输路径；

8)、传输路径选定之后，对于网内缓存系统提供视频服务的情况，管理服务器模块会把相应的视频流化和转发路由决策映射为OpenFlow交换机上可执行的指令，通过OpenFlow控制器完成配置操作；

其中，视频流化通过控制器中的缓存/流化OpenFlow控制器模块调用软件定义交换机中的RTP工具集实现，而数据传输的控制则依然采用OpenFlow协议中流表下发机制；相对地，如果服务节点选为远端的视频服务器，则直接利用其内置的视频工具集完成流化，通过 OpenFlow交换机进行传输和交付；

9)、OpenFlow控制器模块完成对传输路径上的OpenFlow交换机视频流化传输指令下达和流表规划配置；

10)、一旦接收到视频流化的指令，被选出的服务节点会创建新的会话发起视频传输；

11)、在视频传输的过程中，管理服务器模块根据缓存策略算法来下发缓存指令；

12)、OpenFlow控制器模块根据管理服务器模块下发的缓存指令，对其处在传输路径上的OpenFlow交换机下发缓存指令；

13)、处在传输路径上的OpenFlow交换机根据相应的缓存策略算法判断是否存储视频内容；如果需要存储，则会在局部缓存管理服务器模块的控制下利用RTP工具集创建一个新的滑动缓存窗口来接收后续的RTP视频流，用来服务未来可能收到的其他用户的相同视频请求；

14)、此后，管理服务器模块的全局缓存管理子模块和接入用户管理子模块会随着视频流化传输服务而进行动态更新。

本视频服务传输方法在视频交付的过程中，其传输路径上的OpenFlow交换机根据管理服务器下达的缓存决策，在对相应的RTP数据包执行转发操作的同时，以拷贝的方式将其缓存到本地的存储空间。此后，当有任何后续的其他用户继续请求相同的视频内容时，即可直接通过OpenFlow交换机节点中的缓存内容进行交付，而不再需要从远端的视频服务器拉取，从而在节省核心网带宽的同时降低了源服务器负载。

如图3所示，缓存策略包括以下步骤：

(13)在SDN网络结构中，利用管理服务器模块的用户接入管理子模块实时统计用户的视频服务请求内容j(j∈J，0＜J≤∞)次数获得视频内容的流行度Pu(j)，Pu(j)∈

|1，2，3，...，C|，其中1表示流行度最高，C表示最低流行度；并通过OpenFlow控制器模块将视频内容流行度发送给各个OpenFlow交换机k(k∈K，0＜K≤∞)；

(14)每个OpenFlow交换机k根据存储内容情况，并构建和维护其视频内容流行度表，实时动态更新；

(15)当目标视频内容j到达转发路径上的OpenFlow交换机k后，根据缓存策略算法判断目标视频内容j是否在该OpenFlow交换机k被缓存；

(16)计算算法为：判断目标视频内容j的流行度Pu(j)是否高于0penFlow交换机k上存储的视频内容流行度表的最低流行度C

(17)若高于，需判断OpenFlow交换机k的剩余缓存空间Cp(k)是否超过目标视频内容j所需缓存空间CR(j)；若OpenFlow交换机k的剩余缓存空间Cp(k)超过目标视频内容j所需缓存空间Cp(j)，则在0penFlow交换机k缓存目标内容j，更新0penFlow交换机k的视频流行度表及剩余缓存空间Cp(k)；其中，Cp(k)表示OpenFlow交换机k 的剩余缓存容量，Cp(j)表示目标视频内容j所需缓存空间；

(18)若低于，则删掉内容流行度表中最低流行度对应的内容，更新OpenFlow交换机k 的视频流行度表及剩余缓存空间Cp(k)，再重复(4)、(5)、(6)相关步骤。

通过缓存机制，在最理想的情况下，高流行度的视频内容将被OpenFlow交换机节点频繁地缓存，最终遍布整个网内缓存系统，实现缓存效用的最大化。因此，针对上述SDN架构之上的视频服务场景，本设计为专用且高效的网内缓存策略，来最大限度地提高缓存资源的利用率。

如图4所示，传输路径的选择方法，包括以下内容：

(15)在新型的SDN网络结构中，提供了非常有效的方法监视网络拓扑和负载。OpenFlow 控制器模块的网络状态监测子模块通过LLDP(Link Layer DiscoveryProtocol，链路发现协议)协议进行链路发现，并收集OpenFlow交换机的状态和流量统计信息，统计全局的网络状态信息向管理服务器上报，在管理服务器模块的网内路由策略子模块建立链路邻接矩阵表和链路容量矩阵表；

(16)当目标负责视频流化传输的服务节点选定之后，管理服务器模块会根据全局的网络状态信息，基于多Qos目标优化算法来规划出最优的传输路径；以G(N，E)表示SDN网络拓扑结构，其中V表示网络中所有节点的集合，包括OpenFlow交换机k或者主机节点(视频服务器)，|V|＝n；E表示网络拓扑有向弧的集合，每2个节点之间使用弧连接，|E|＝m；分别用2个矩阵来表示网络拓扑结构，一个为链路邻接矩阵，另一个为链路容量矩阵；链路邻接矩阵C＝[connent

(17)视频流化传输的服务节点选定之后，网内路由策略子模块通过链路邻接矩阵表获得源节点S

(18)网内路由策略子模块通过链路容量矩阵表判断z条路径上的各个链路带宽，若剩余带宽不满足视频流化传输带宽要求，则链路不可用，则此路径不可用；

(19)网内路由策略子模块剔除不满足带宽要求的路径，满足带宽要求的路径按照最短路径算法进行排序

(20)网内路由策略子模块再根据延迟、和丢包2种QoS优化目标，使用梯度法进行迭代求解，根据最短路径次序按搜索出满足时延和丢包率2种QoS目标路径，最先满足约束条件的路径为最优路径；

(21)由管理服务器模块下发流表，更新最优路径所经过的OpenFlow交换机的流表和配置转发规则，从而使得该视频服务数据包到达目的地节点。

在SDN网络结构中，提供了非常有效的方法监视网络拓扑和负载。OpenFlow控制器模块的网络状态监测子模块通过LLDP(Link Layer Discovery Protocol，链路发现协议)协议进行链路发现，并收集OpenFlow交换机的状态和流量统计信息，统计全局的网络状态信息向管理服务器上报。在负责视频流化传输的服务节点(包括OpenFlow交换机k或者主机节点视频服务器)选定之后，管理服务器会继续根据全局的网络状态信息，基于特定的路由算法来规划最优的传输路径，并向OpenFlow交换机下发，达到减少核心链路中的冗余流量，节省有限的带宽资源，满足视频服务场景要求，提升视频服务的QoS。因此，针对根据权力要求3SDN 架构之上的视频服务场景，亟需设计一种专用且高效的网内路由策略，提升视频服务的QoS。一种基于多Qos目标优化的视频流化传输系统路径选择方法，能很好在满足视频服务QoS同时，规划出最短路径，以减少核心链路中的冗余流量，节省有限的带宽资源。

与现有技术相比，本基于SDN和网内缓存的视频服务传输系统和方法具有以下优点：

1、把用户频繁请求的高热度视频内容保存到就近的网元设备上的缓存中，提供就近传输和视频服务，由此不仅可以大幅度增加传输速率，减小传输时延，同时还能够消除网络中大量的冗余流量，缓解核心链路的传输压力。利用网内缓存来减少冗余的内容传输将是一种行之有效的方案。

2、软件定义网络(Software-Defined Networking，SDN)是近年来提出的一种新型网络架构，从根本上变革人们构建和管理网络的方式，解决传统网络管控架构的不足。它将数据平面与控制平面解耦，实现了网络的可配置、可扩展和可编程，使得网络变得更加灵活和可控，使得很多传统IP网络上难以实现的网络功能都能在SDN的网元设备(交换机和路由) 上得以部署。通过在SDN网元节点上部署分布式的存储资源来缓存高流行度的视频内容，并赋予网元节点视频流化传输的功能，实现网内缓存协助视频资源的就近传输。

3、网内缓存提供了缓存视频内容的物理空间，实现了源目的地的链路就近连接，但是也会存在链路拥塞、延迟和丢包等问题。为解决这一问题，引入多QoS目标(带宽、延迟、丢包)的约束条件下，规划出最优路径，以达到减少核心链路中的冗余流量，节省有限的带宽资源，满足视频服务场景要求，提升视频服务的QoS。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。