摘要：文章主要从相关技术介绍出发，分别简述了支持网内缓存的软件定义视频传输，以及基于变长间隔窗口的网内缓存策略，旨在与广大同行共同探讨学习。
关键词：软件定义网络；视频传输优化
一、相关技术介绍
1.软件定义网络基本概述
软件定义网络（Software Defined Network，SDN）是由美国斯坦福大学CLean State课题研究组提出的一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式。其核心技术OpenFlow通过将网络设备的控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。
2.内容分发网络
视频、游戏、社交等业务的快速增长，云计算、大数据等技术的快速成熟，物联网、５Ｇ的兴起都为CDN发展提供了持续动力，促进了CDN技术与模式的创新。作为通信网的辅助网络，CDN也存在不容忽视的局限性。CDN是以重迭网的逻辑架构存在，系统需要从源服务器到代理服务器进行跨网络的内容复制，通过快速可靠的非本地内容交付提供就近服务，但由于CDN只是稀疏的代理服务器网络，终端用户和选定的代理服务器之间的冗余仍然存在。当CDN服务器位于自治系统（AS）之外时，还会引发大量的跨域冗余流量。CDN技术的集中性特质虽然在一定程度上可以加速流媒体分发，但核心仍然是基于传统的客户机／服务器模式，流媒体业务的大规模势必耗费大量设备投入和运维成本。此外，突发流量的适应性、容错性也一直是CDN的软肋。于是伴随用户规模的迅速扩大而来的是用户体验的大幅度降低。这些无疑都限制CDN技术的发展。另外由于CDN的应用风起云涌，形成了各种模式，彼此间相对的独立也是封闭性对后来的CDN提供商也是壁垒，并影响现有CDN网络的商业可行性和资源利用效率。寻找不同CDN之间协调和合作的方式，以较低成本实现终端用户所认为的更好的总体服务也是必要的。
二、支持网内缓存的软件定义视频传输
1.流媒体服务器
流媒体流服务器MSS是VOD服务的提供方，主要包括视频内容管理和RTP流化两个模块。MSS上存储了所有可供用户请求的视频内容并维护该视频内容库，包括进行一些基本的文件操作，内容搜索和推荐等；同时MSS上还部署了一个视频应用来接收视频请求并为每个需要由MSS服务的会话产生RTP视频流。
相应的，终端上需要有视频播放器进程，触发请求，接收视频流并播放。当用户请求的内容在交换机上openhow控制器来控制openflow交换机流化视频，服务客户终端。
2.管理服务器
管理服务器（MS）作为整个系统结构的核心，像大脑一样统合感知全局状态对整个网络的内容和链接状态数据进行分析和决策，并下发相应动作指令。MS将从openflow交换机获得的网络拓扑、缓存分布和链接状态信息作为输入，来运行特定的缓存优化策略。作为数据平面和控制平面之间的桥梁，ＭＳ可以根据本文提出的缓存策略（即第四章要详述的变长间隔缓存策略）指导数据缓存和视频流化。
三、基于变长间隔窗口的网内缓存策略
本文在设计中利用了SDN集中式管理和控制转发分离的特性，可以实现网络状态、拓扑和存储分布的感知，根据部署的缓存策略进行视频流化和缓存管控。缓存策略对其整体性能具有重要影响。考虑到网络节点的缓存能力，针对完整文件颗粒度的传统缓存算法无法充分利用有限的缓存资源，而间隔缓存（interval cache）技术可以支持裨频片段的缓存和置换。因此启发本文设计了支持变长间隔缓存的网内缓存策略（variable-lwngth caching windwow简称VLCW），通过汇聚多个用户的内容请求来实现缓存复用，同时可以根据不同的请求到达模式自适应地调节缓存窗口长度，提高缓存资源的利用率。此外，通过对缓存窗口的建立状态机，可以方便地维护其缓存状态，根据缓存内容的流行度变化趋势进行主动式的缓存置换，提高了缓存效率。表3-1总结了本章要用到的符号。
表3-1 变长度间隔缓存策略中用到的符号
1.缓存策略操作
一个缓存窗口的所有请求（针对同一个被缓存的内容，但是到达时间不同）会被分派到同一个交换机中以重复利用缓存中的同一个数据块，以减轻网络流量的冗余。当第ｉ个对象的用户请求到达，如果包含所求视频片段的缓存窗在 building态，且相应的交换机有输出视频流的可用带宽，则该请求就被安排到能达到最短传输路径最优的openflow交换机中，并给传输路径上的每一个没有缓存窗口的交换机创建一个初始长度Ｔ的新的缓存窗口。否则，该请求就被安排到MSS中开启新的RTP进程。而且，传输路径上的每个交换机都会创建一个长度Ｔ的新的缓存窗口。
2.缓存窗口的生命周期
一个缓存窗口创建时，就会分配一个初始的尺寸T，并开始一个三阶段的生命周期。在这些阶段中，缓存窗口的尺寸会根据以下规则进行调整，如图3.1所示。
图3.1 缓存窗口的状态转换及相应条件
对于交换机上的缓存窗口，建立状态机，可以方便地维护其缓存状态，根据缓存内容的流行度变化趋势进行主动式的缓存置换，提高了缓存效率。本章提出了间隔缓存窗口的状态机模型，描述了缓存窗口的生命周期，并给出了缓存策略的操作流程和相关注意事项，最后出了选择最合适的交换机来传输视频内容的算法。
参考文献：
[1]张学良.试析软件定义网络中的视频传输系统[J].建筑学研究前沿，2016（7）
[2]李艾杰.软件定义网络中的视频传输[J].中国西部科技，2017（3）
[3]欧嘉华.有关于视频传输系统的优化浅析[J].基层建设，2017（6）
论文作者:易志勇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
标签：缓存论文; 视频论文; 窗口论文; 网络论文; 内容论文; 策略论文; 间隔论文; 《基层建设》2019年第13期论文;