命名数据网络中针对多客户端的动态自适应视频流控制

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随着通信网络和智能终端设备的快速发展,视频业务正在逐渐成为网络中流量的主要来源,网络拥塞问题日益严峻。如何在复杂的网络环境中保证视频服务的质量,引起了广泛研究。动态自适应视频流(Dynamic Adaptive video Streaming,DAS)是一种很有前景的解决方案。此外,命名数据网络(Named Data Networking,NDN)因其网络内的缓存、兴趣包聚合、多路径转发和数据安全的优势,可以有效地提高视频传输服务的质量。研究人员已经证实:在NDN架构中的DAS性能优于在传统TCP/IP网络中。  考虑到现在的网络环境,用户之间必须共享有限的带宽资源的情况越来越普遍。虽然一些研究主要集中在基于NDN的DAS上,但由于网络拓扑结构的变化、网络资源分配不均以及网络缓存的异构分布,它们在多客户端的场景中是次优的。因此,本文对NDN中完全基于客户端的动态自适应视频流控制技术进行研究,主要工作总结如下:  1.构建了NDN中的自适应视频流架构,建立了针对多客户端的动态自适应视频流控制的模型,设计了基于客户端的码率自适应算法,不需要客户端之间的通信或者对路由器进行改变。但是由于客户端对网络状况的未知性,不能直接获得最优解,只能通过对单个客户端码率选择的优化,来提升整体的用户感知质量(Quality of Experience,QoE)。  2.提出了基于效用函数的码率自适应算法(UB),效用是用户请求不同码率的视频时获得的“利润”,与收益和成本密切相关,用户在请求视频时考虑付出的成本,有效地减弱了客户端的侵略性,提高了带宽共享的公平性。相比传统的基于带宽的(RB)和基于缓冲区状况的(BB)算法在性能上有一定的提升,但本质上还是基于单个客户端进行考虑的自适应算法,对性能的提升有限。  3.将多客户端DAS作为多阶段贝叶斯博弈模型进行建模,客户端和网络的剩余部分看做博弈的两个参与人,并设计出合理的效用函数对。基于贝叶斯纳什均衡(Bayesian Nash Equilibrium,BNE)求解,设计了一种基于博弈的多客户端自适应码率决策算法(GB)。性能优于RB和BB算法,它可以实现客户端之间公平的带宽共享和请求码率的聚合,充分利用了NDN中无处不在的缓存。  4.开发了NDN网络中针对多客户端的自适应视频流控制系统,在实际平台上进行部署,以对比分析各算法的性能。同时,也在基于ndnSIM的仿真平台上进行了详细的实验,详细分析了算法的各项性能。
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