CN109120953B - 基于sdn及ec技术的自适应流视频处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种基于SDN及EC技术的自适应流视频处理系统及方法，其中系统包括：多个EC节点和SDN控制器。其中，EC节点用于接收用户设备发送的视频数据请求报文，对视频数据请求报文进行处理，以及与SDN控制器进行信息交互；SDN控制器，用于基于与EC节点的信息交互，确定转码成本和协作成本之间的大小关系，控制EC节点向用户设备返回DASH视频片段；或者，控制EC节点向协作EC节点转发视频数据请求报文，以使协作EC节点对视频数据请求报文进行处理。本发明实施例的基于SDN及EC技术的自适应流视频处理系统及方法，能够降低视频传输时延，提高用户QoE。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，特别是涉及一种基于SDN及EC技术的自适应流视频处理系统及方法。
背景技术
随着移动互联网技术的快速发展，移动网络数据流量呈现爆发式的增长趋势，至2021年，全球移动数据流量预计将达到每月49艾字节，其中移动视频流量将占全球移动数据流量的78％。爆发式增长的数据流量，尤其是视频流量给移动网络造成了巨大的挑战，要求移动网络具有提供更高数据传输速率和更低网络延迟的能力，从而为用户提供更好的QoE(Quality of Experience，服务质量体验)。
现有的提高移动网络数据传输速率的方法，通常采用基于CDN(ContentDeliveryNetwork，内容分发网络)技术的DASH(Dynamic Adaptive Streaming，动态自适应流)分发方法。在DASH中，每个视频内容被切分成多个视频片段，每个视频片段具有多种比特率版本，从而可以根据网络状况或吞吐量为用户选择相应的版本。现有技术中，视频片段所对应的所有码率版本首先被缓存在CDN网络中的各个缓存服务器上，然后再通过DNS(Domain Name System，域名系统)重定向和负载均衡机制向用户提供最合适的内容服务器的地址，从而响应用户的视频请求。
但是，由于现有技术中，CDN服务器通常部署在移动网络之外，距离用户设备依旧较远，视频数据分发过程中，数据依然需要穿越核心网，因此存在时延较大的问题，用户的QoE仍有待提高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于SDN及EC技术的自适应流视频处理系统及方法，以降低视频数据分发过程中的传输时延，从而进一步提高用户的QoE。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种基于SDN及EC技术的自适应流视频处理系统，所述系统包括：多个EC节点和SDN控制器，其中：
所述EC节点，用于接收用户设备发送的视频数据请求报文，对所述视频数据请求报文进行处理，以及与所述SDN控制器进行信息交互；其中，所述多个EC节点分布设置于用户设备附近，所述多个EC节点之间采用命名数据网络NDN通信机制进行通信；所述EC节点与所述用户设备之间也采用NDN通信机制进行通信，各EC节点中保存有内容存储CS、未决请求表PIT和转发信息库FIB表，所述CS用于存储本地缓存信息，所述PIT用于存储待处理请求信息，所述FIB表用于存储路由信息；
所述SDN控制器，用于基于与所述EC节点的信息交互，确定转码成本和协作成本之间的大小关系，控制所述EC节点向用户设备返回动态自适应流DASH视频片段；或者，控制所述EC节点向协作EC节点转发所述视频数据请求报文，以使所述协作EC节点对所述视频数据请求报文进行处理；其中，所述转码成本为将所述视频片段的高码率版本数据转换为所述视频片段的低码率版本数据的处理成本；所述协作成本为将兴趣包转发至所述协作EC节点的协作成本。
优选地，所述EC节点，具体用于：
接收用户设备发送的用于请求视频片段的兴趣包；
根据所述视频片段的标识，查询所述CS中是否存储有所述视频片段对应的数据包；
如果查询到所述视频片段对应的数据包，则向所述用户设备返回所述视频片段对应的数据包，丢弃所述兴趣包；
如果未查询到所述视频片段对应的数据包，则根据所述视频片段的标识，在所述PIT中查询是否存在匹配的转发信息项；
如果存在匹配的转发信息项，将所述兴趣包的接口信息添加至所述PIT的接口列表中，并丢弃所述兴趣包；
如果不存在匹配的转发信息项，计算针对所述视频片段的转码成本；其中，所述转码成本为将所述视频片段的高码率版本数据转换为所述视频片段的低码率版本数据的处理成本；
将包含所述转码成本的信息发送至所述SDN控制器。
优选地，所述SDN控制器，具体用于：
当接收到当前EC节点发送的包含所述转码成本的信息后，从所述多个EC节点中除所述当前EC节点外的其他EC节点中，确定一个协作EC节点；其中，所述当前EC节点为接收所述兴趣包的EC节点；
计算所述协作EC节点的协作成本；所述协作成本为将所述兴趣包转发至所述协作EC节点的协作成本；
比较所述转码成本和所述协作成本的大小；
当所述转码成本小于所述协作成本时，则向所述当前EC节点发送转码指令；
当所述转码成本大于或等于所述协作成本时，则向所述当前EC节点发送转发指令以及目的协作EC节点名称。
优选地，所述EC节点，还用于：
接收所述SDN控制器发送的转码指令；
根据所述转码指令将所述视频片段的高码率版本转换为所述视频片段的低码率版本；
将转码后的所述视频片段以数据包形式发送至所述用户设备，并丢弃所述兴趣包。
优选地，所述EC节点，还用于：
接收所述SDN控制器发送的转发指令以及目的协作EC节点名称；
根据所述转发指令以及目的协作EC节点名称，在所述FIB表中查找所述协作EC节点的路由；
将所述兴趣包转发至所述协作EC节点，并丢弃所述兴趣包。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于SDN及EC技术的自适应流视频处理方法，应用于如第一方面所述的基于SDN及EC技术的自适应流视频处理系统，所述方法包括：
EC节点接收用户设备发送的视频数据请求报文，对所述视频数据请求报文进行处理；
EC节点与所述SDN控制器进行信息交互；
所述SDN控制器基于与所述EC节点的信息交互，确定转码成本和协作成本之间的大小关系；
根据所确定的转码成本和协作成本之间的大小关系，控制所述EC节点向用户设备返回动态自适应流DASH视频片段数据；
或者，
控制所述EC节点向协作EC节点转发所述视频数据请求报文，以使所述协作EC节点对所述视频数据请求报文进行处理，其中，所述转码成本为将所述视频片段的高码率版本数据转换为所述视频片段的低码率版本数据的处理成本；所述协作成本为将所述兴趣包转发至所述协作EC节点的协作成本。
优选地，所述EC节点接收用户设备发送的视频数据请求报文，对所述视频数据请求报文进行处理，以及与所述SDN控制器进行信息交互的步骤，包括：
所述EC节点接收用户设备发送的用于请求视频片段的兴趣包；
所述EC节点根据所述视频片段的标识，查询所述CS中是否存储有所述视频片段对应的数据包；
如果所述EC节点查询到所述视频片段对应的数据包，则向所述用户设备返回所述视频片段对应的数据包，丢弃所述兴趣包；
如果所述EC节点未查询到所述视频片段对应的数据包，则根据所述视频片段的标识，在所述PIT中查询是否存在匹配的转发信息项；
如果所述EC节点存在匹配的转发信息项，将所述兴趣包的接口信息添加至所述PIT的接口列表中，并丢弃所述兴趣包；
如果所述EC节点不存在匹配的转发信息项，计算针对所述视频片段的转码成本；
所述EC节点将包含所述转码成本的信息发送至所述SDN控制器。
优选地，所述SDN控制器基于与所述EC节点的信息交互，控制所述EC节点向用户设备返回动态自适应流DASH视频片段数据；或者，控制所述EC节点向协作EC节点转发所述视频数据请求报文的步骤，包括：
当所述SDN控制器接收到当前EC节点发送的包含所述转码成本的信息后，从所述多个EC节点中除所述当前EC节点外的其他EC节点中，确定一个协作EC节点；其中，所述当前EC节点为接收所述兴趣包的EC节点；
所述SDN控制器计算所述协作EC节点的协作成本；
所述SDN控制器比较所述转码成本和所述协作成本的大小；
当所述转码成本小于所述协作成本时，则所述SDN控制器向所述当前EC节点发送转码指令；
当所述转码成本大于或等于所述协作成本时，则所述SDN控制器向所述当前EC节点发送转发指令以及目的协作EC节点名称。
优选地，所述方法还包括：
所述EC节点接收所述SDN控制器发送的转码指令；
所述EC节点根据所述转码指令将所述视频片段的高码率版本转换为所述视频片段的低码率版本；
所述EC节点将转码后的所述视频片段以数据包形式发送至所述用户设备，并丢弃所述兴趣包。
优选地，所述方法还包括：
所述EC节点接收所述SDN控制器发送的转发指令以及目的协作EC节点名称；
所述EC节点根据所述转发指令以及目的协作EC节点名称，在所述FIB表中查找所述协作EC节点的路由；
所述EC节点将所述兴趣包转发至所述协作EC节点，并丢弃所述兴趣包。
本发明实施例提供的一种基于SDN及EC技术的自适应流视频处理系统及方法，通过将EC技术、SDN技术、DASH技术及NDN技术系统地结合，利用EC节点接收并处理用户设备发送的视频数据请求报文，从而向用户设备返回DASH视频片段，一方面，由于EC节点位于用户设备附近，因此不需要穿越核心网即可将DASH视频片段返回至用户设备，另一方面，由于DASH视频片段的码率可以根据用户设备的网络环境自适应调整，因此可以降低传输时延，节省带宽成本，提高用户QoE；通过与SDN控制器进行信息交互，使SDN控制器基于与EC节点的信息交互，确定转码成本和协作成本之间的大小关系，控制EC节点向用户设备返回DASH视频片段，或者向协作EC节点转发视频数据请求报文，利用SDN控制器的全局信息，解决资源有限条件下的内容调度问题，通过权衡转码成本和协作成本对内容分发方式进行决策，协作对用户请求进行处理和响应，避免冗余缓存和传输；并且，由于NDN天然支持移动性，因此可以有效解决具有高度移动性的用户设备所带来的移动性问题，使高度移动性的用户设备具有更好的视频播放体验。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于SDN及EC技术的自适应流视频处理系统的一种结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于SDN及EC技术的自适应流视频处理系统的另一种结构示意图；
图3为本发明实施例提供的基于SDN及EC技术的自适应流视频处理方法的一种流程示意图；
图4为本发明实施例中步骤S101的流程示意图；
图5为本发明实施例中步骤S102的流程示意图；
图6为本发明实施例中兴趣包的处理逻辑图；
图7为本发明实施例提供的EC服务器的一种结构示意图；
图8为本发明实施例提供的SDN控制服务器的一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于SDN(Software Defined Networking，软件定义网络)及EC(EdgeComputing，边缘计算)技术的自适应流视频处理系统，包括多个EC节点和SDN控制器，其中：
EC节点，用于接收用户设备发送的视频数据请求报文，对视频数据请求报文进行处理。具体而言，EC节点分布设置于用户设备附近，即，在靠近用户设备的接入网侧，分布着多个EC节点，EC节点作为一种服务器，具有存储和计算功能，可以接收并处理来自用户设备的视频数据请求报文，并对视频内容进行缓存和转码。
本发明实施例中，EC节点可以为NDN(Named Data Networking，命名数据网络)节点，多个EC节点之间采用NDN通信机制进行通信。EC节点与用户设备之间也可以采用NDN通信机制进行通信，并且，每个节点都维护CS(Content Store，内容存储器)、PIT(PendInterest Table，未决请求表)和FIB(Forwarding Information Base，转发信息库)三张表，分别存储本地缓存信息、待处理请求信息和路由信息。各EC节点还可以与SDN控制器进行信息交互。需要说明的是，可以采用现有的NDN通信机制，实现上述各EC节点间以及EC节点与用户设备间的通信，本发明实施例在此不再赘述。
SDN控制器可以基于与EC节点的信息交互，确定转码成本和协作成本之间的大小关系，控制EC节点向用户设备返回DASH(Dynamic Adaptive Streaming over HTTP，基于HTTP协议的动态自适应流)视频片段；或者控制EC节点向协作EC节点转发视频数据请求报文。也即，SDN控制器可以对内容分发进行决策的制定和下发。此处的内容分发，可以指视频数据等数据的分发。协作EC节点可以为上述多个EC节点中的其中一个节点，用于与接收视频数据请求报文的EC节点进行协作。
由上可见，SDN控制器不但维护系统中全网网络信息，还可以对用户设备请求进行处理，权衡EC节点的转码成本和EC节点之间的协作成本。上述全网网络信息包括：内容缓存位置信息和路由信息等，内容缓存位置信息可以为各EC节点中所缓存数据的存储位置信息，路由信息可以为全网中各节点的路由信息。
当用户设备的某一个视频数据请求报文到达当前EC节点时，如果当前EC节点存储有对应视频数据，或已有相同的请求报文等待处理，则可以直接在本地进行响应和处理；若当前EC节点未存储对应视频数据，则可以将请求报文转发到SDN控制器，借助SDN控制器进行转码成本和协作成本之间的权衡，由SDN控制器决定是在当前EC节点进行本地转码，还是通过邻近的EC节点进行视频数据获取。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，如图2所示，上述系统还可以包括：
源服务器，用于接收由EC节点转发的视频数据请求报文，并将所请求的视频片段数据返回给EC节点。源服务器指存储有完整视频资源的云服务器，例如，提供视频资源的供应商的服务器。在传统网络架构中，用户的视频请求会发送到源服务器进行处理，源服务器针对请求响应相应的视频内容。本发明实施例的系统架构中，由于在网络边缘部署了EC服务器，可以对一部分视频内容进行存储，并对用户请求进行响应，从而减少用户和服务器之间的距离，减少请求响应的时延。然而，由于EC服务器一般为存储和计算能力比较有限的小型服务器，因此当EC服务器无法对用户请求进行响应时，请求将可以进一步转发到源服务器进行处理。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，上述EC节点，具体用于：
接收用户设备发送的用于请求视频片段的兴趣包，根据视频片段的标识，查询CS中是否存储有视频片段对应的数据包；如果查询到视频片段对应的数据包，则向用户设备返回视频片段对应的数据包，丢弃兴趣包。
NDN中请求数据报文称为兴趣包，响应报文称为数据包。EC节点(为了与其它EC节点进行区分，下述为当前EC节点)在收到用户发来的请求视频片段Csk的兴趣包后，首先根据Csk的名字查询当前EC节点中的内容存储器CS，如果根据名字的最长公共前缀匹配算法查询到CS中有相应的数据包，则从当前EC节点返回这个数据包，然后直接丢弃这个已经被满足了的兴趣包。上述Csk的名字即为视频片段Csk的标识。需要说明的是，可以利用现有的最长公共前缀匹配算法，对CS中缓存的数据包进行匹配，本发明实施例在此不再赘述。
如果未查询到视频片段对应的数据包，则根据视频片段的标识，在PIT中查询是否存在匹配的转发信息项；如果存在匹配的转发信息项，将兴趣包的接口信息添加至PIT的接口列表中，并丢弃兴趣包。
如果在CS中没有查询到相应的数据包，则需要按照名字匹配继续查找PIT。如果在PIT中发现了匹配的转发信息项，就表明当前EC节点此前已经收到过相同的兴趣包并且已经转发出去，但还尚未获得返回结果。这时需要把该兴趣包进入的接口添加到PIT对应项的接口列表里，然后直接丢弃这个兴趣包。
可选地，当有相应的数据包返回时，当前EC节点可以再按照PIT中记录的接口列表，分别给每一个发送请求报文的用户设备回复一个数据包，并将该数据包存储到CS中以服务后续其他用户设备的需求。
如果不存在匹配的转发信息项，当前EC节点计算针对视频片段的转码成本；其中，转码成本为将视频片段的高码率版本数据转换为视频片段的低码率版本数据的处理成本，码率具体指视频码率；当前EC节点将包含转码成本的信息发送至SDN控制器。
如果CS和PIT中都没有匹配到相应的数据，则当前EC节点可以计算自身进行转码生成相应数据的转码成本，记为cost_d。如果当前EC节点的CS中不存在比该兴趣包指定数据更高码率的数据版本，则说明当前不能进行转码，当前EC节点可以将cost_d置为无穷大。计算完成后，当前EC节点可以将cost_d上传给SDN控制器以供其作出决策。
需要说明的是，在网络负载较重的情况下，当前EC节点计算并上传转码成本的过程可能是一个较为频繁发生的情况，由于转码成本的计算与当前EC节点自身的CPU负载等参数有直接的关系，如果将评估转码成本的工作交由上层SDN控制器完成，则当前EC节点有可能无法及时上报自身的CPU负载等信息给SDN控制器，从而影响SDN控制器的评估结果的准确性，同时还会加重SDN控制器的负载，导致影响其性能。因此，在发明实施例中，转码成本的衡量交由当前EC节点自身完成。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，上述SDN控制器，具体用于：
当接收到当前EC节点发送的包含转码成本的信息后，从多个EC节点中除当前EC节点外的其他EC节点中，确定一个协作EC节点，计算协作EC节点的协作成本。上述协作成本为将兴趣包转发至协作EC节点的传输成本。
SDN控制器在收到当前EC节点上传的转码成本cost_d后，确定自身需要对数据响应方式作出决策，于是通过查找自身的缓存对应表，选择一个合适的协作EC节点节点来对当前EC节点提供协作响应，并计算对应的协作成本cost_c。首先，SDN控制器可以至少获取并确定两个维度的信息：1、某一特定的视频片段被缓存在哪些EC节点上；2、某一特定的EC节点上缓存了哪些视频片段。因此，SDN控制器自身可以维护一个视频片段和EC节点的缓存对应表，例如，缓存对应表的横坐标为视频片段编号，纵坐标为EC节点编号。其次，SDN控制器还可以确定各个EC节点的处理能力、缓存能力、负载情况等状态信息，以及各个EC节点之间的拓扑关系，例如，节点之间的距离、带宽等信息。
在确定协作EC节点时，SDN控制器可以根据自身的缓存对应表，确定用户设备请求的视频片段可以由哪些EC节点提供，然后利用其存储的这些节点的当前状态信息和彼此之间的距离，计算协作成本，例如，如果采用时延作为成本，则需要考虑使用待协作传输的数据量大小、节点之间的距离以及节点之间的带宽等参数进行时延的计算。
可选地，如果SDN控制器在本域内(即系统的网络内)找不到可以提供协作的目的协作EC节点，通过域间协作的方式在相邻区域中查找可以提供协作的目的协作EC节点，即，利用SDN控制器之间的信息交互，在相邻区域中查找可以提供协作的目的协作EC节点；当然，SDN控制器还可以选择将兴趣包转发给源服务器来请求相应的视频片段。
SDN控制器比较转码成本和协作成本的大小；当转码成本小于协作成本时，则向当前EC节点发送转码指令；当转码成本大于或等于协作成本时，则向当前EC节点发送转发指令以及目的协作EC节点名称。
SDN控制器可以对收到的转码成本cost_d和计算得到的转发成本cost_c进行评估，如果cost_d小于cost_c，则向当前EC节点返回一个“转码”指令，通知当前EC节点通过转码来响应用户请求；否则，SDN控制器向当前EC节点返回一个“转发”指令，并返回一个目的协作EC节点。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，上述EC节点，具体还用于：
接收SDN控制器发送的转码指令；根据转码指令将视频片段的高码率版本转换为视频片段的低码率版本；将转码后的视频片段以数据包形式发送至用户设备，并丢弃兴趣包。
当前EC节点收到SDN控制器下发的指令后，如果指令为“转码”，则当前EC节点开始进行视频片段的转码，同时向用户设备返回转码好的数据包，并将数据包存储在CS中，以服务后续其他用户设备的需求，然后当前EC节点直接丢弃这个已经被满足了的兴趣包。
或者，接收SDN控制器发送的转发指令以及目的协作EC节点名称；根据转发指令以及目的协作EC节点名称，在FIB表中查找协作EC节点的路由；将兴趣包转发至协作EC节点，并丢弃兴趣包。
如果当前EC节点收到的指令不是“转码”，则说明SDN控制器所做的决策为“转发”，此时需要继续在FIB中进行查找。当CS和PIT中都没有记录时，说明当前EC节点是第一次收到这样的兴趣包。然后继续在FIB进行查找协作EC节点的路由，如果有对应项，说明当前EC节点清楚如何将这个兴趣包转发给目的协作EC节点。根据FIB中对应名称的接口列表向目的协作EC节点转发该兴趣包，然后在PIT中新加一项条目，用以表明当前请求正在请求解决中，该条目可以包括：视频片段的唯一标识和这个兴趣包到达当前EC节点的接口。例如，用户设备u1发出了一个对视频片段/videos/clip1的请求，则需要添加的条目为：/videos/clip1/u1。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，如果CS、PIT和FIB中都不存在相应记录，则表明当前EC节点无法处理这个兴趣包，可以直接将这个兴趣包丢弃，从而降低当前EC节点的数据处理压力。
本发明实施例提供的一种基于SDN及EC技术的自适应流视频处理系统，具有以下特点：
(1)通过利用EC节点进行DASH流的分发，可以降低传输时延，节省带宽成本，提高用户QoE。
(2)借鉴SDN控制层和数据层分离的思想，利用SDN控制器的全局信息，解决资源有限条件下的内容调度问题，通过权衡转码成本和协作成本对内容分发方式进行决策，协作对用户请求进行处理和响应，避免冗余缓存和传输。
(3)通过引入NDN内容节点作为边缘计算节点，利用NDN广播机制，对相同内容的请求进行集中统一处理，提高内容分发效率，还可以利用NDN天然支持的移动性解决移动性问题。
本发明实施例提供的一种基于SDN及EC技术的自适应流视频处理系统，通过将EC技术、SDN技术、DASH技术及NDN技术系统地结合，利用EC节点接收并处理用户设备发送的视频数据请求报文，从而向用户设备返回DASH视频片段，一方面，由于EC节点位于用户设备附近，因此不需要穿越核心网即可将DASH视频片段返回至用户设备，另一方面，由于DASH视频片段的码率可以根据用户设备的网络环境自适应调整，因此可以降低传输时延，节省带宽成本，提高用户QoE；通过与SDN控制器进行信息交互，使SDN控制器基于与EC节点的信息交互，确定转码成本和协作成本之间的大小关系，控制EC节点向用户设备返回DASH视频片段，或者向协作EC节点转发视频数据请求报文，利用SDN控制器的全局信息，解决资源有限条件下的内容调度问题，通过权衡转码成本和协作成本对内容分发方式进行决策，协作对用户请求进行处理和响应，避免冗余缓存和传输；并且，由于NDN天然支持移动性，因此可以有效解决具有高度移动性的用户设备所带来的移动性问题，使高度移动性的用户设备具有更好的视频播放体验。
本发明实施例提供的一种基于SDN及EC技术的自适应流视频处理方法的一种具体实施例，应用于如图1所示的基于SDN及EC技术的自适应流视频处理系统，参考图3，包括以下步骤：
S101，EC节点接收用户设备发送的视频数据请求报文，对视频数据请求报文进行处理；
S102，EC节点与SDN控制器进行信息交互。
S103，SDN控制器基于与EC节点的信息交互，确定转码成本和协作成本之间的大小关系；
S104，SDN控制器控制EC节点向用户设备返回DASH视频片段数据。
S105，或者，SDN控制器控制EC节点向协作EC节点转发视频数据请求报文，以使协作EC节点对视频数据请求报文进行处理。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，如图4所示，上述步骤S101，包括：
S1011，EC节点接收用户设备发送的用于请求视频片段的兴趣包。
S1012，EC节点根据视频片段的标识，查询CS中是否存储有视频片段对应的数据包。
S1013，如果EC节点查询到视频片段对应的数据包，则向用户设备返回视频片段对应的数据包，丢弃兴趣包。
S1014，如果EC节点未查询到视频片段对应的数据包，则根据视频片段的标识，在PIT中查询是否存在匹配的转发信息项。
S1015，如果EC节点存在匹配的转发信息项，将兴趣包的接口信息添加至PIT的接口列表中，并丢弃兴趣包。
S1016，如果EC节点不存在匹配的转发信息项，计算针对视频片段的转码成本；其中，转码成本为将视频片段的高码率版本数据转换为视频片段的低码率版本数据的处理成本。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，上述步骤S102包括：
EC节点将包含转码成本的信息发送至SDN控制器。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，如图5所示，上述步骤S102，包括：
S1021，当SDN控制器接收到当前EC节点发送的包含转码成本的信息后，从多个EC节点中除当前EC节点外的其他EC节点中，确定一个协作EC节点；其中，当前EC节点为接收兴趣包的EC节点。
S1022，SDN控制器计算协作EC节点的协作成本；协作成本为将兴趣包转发至协作EC节点的协作成本。
S1023，SDN控制器比较转码成本和协作成本的大小。
S1024，当转码成本小于协作成本时，则SDN控制器向当前EC节点发送转码指令。
S1025，当转码成本大于或等于协作成本时，则SDN控制器向当前EC节点发送转发指令以及目的协作EC节点名称。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，在S1024之后，本发明实施例的基于SDN及EC技术的自适应流视频处理方法还包括：
EC节点接收SDN控制器发送的转码指令；
EC节点根据转码指令将视频片段的高码率版本转换为视频片段的低码率版本；
EC节点将转码后的视频片段以数据包形式发送至用户设备，并丢弃兴趣包。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，在S1025之后，本发明实施例的基于SDN及EC技术的自适应流视频处理方法还包括：
EC节点接收SDN控制器发送的转发指令以及目的协作EC节点名称。
EC节点根据转发指令以及目的协作EC节点名称，在FIB表中查找协作EC节点的路由。
EC节点将兴趣包转发至协作EC节点，并丢弃兴趣包。
本发明实施例中，兴趣包的处理逻辑如图6所示，该处理逻辑的具体流程参见上述图4和图5中流程的描述，在此不再赘述。
本发明实施例提供的一种基于SDN及EC技术的自适应流视频处理方法，通过将EC技术、SDN技术、DASH技术及NDN技术系统地结合，利用EC节点接收并处理用户设备发送的视频数据请求报文，从而向用户设备返回DASH视频片段，一方面，由于EC节点位于用户设备附近，因此不需要穿越核心网即可将DASH视频片段返回至用户设备，另一方面，由于DASH视频片段的码率可以根据用户设备的网络环境自适应调整，因此可以降低传输时延，节省带宽成本，提高用户QoE；通过与SDN控制器进行信息交互，使SDN控制器基于与EC节点的信息交互，确定转码成本和协作成本之间的大小关系，控制EC节点向用户设备返回DASH视频片段，或者向协作EC节点转发视频数据请求报文，利用SDN控制器的全局信息，解决资源有限条件下的内容调度问题，通过权衡转码成本和协作成本对内容分发方式进行决策，协作对用户请求进行处理和响应，避免冗余缓存和传输；并且，由于NDN天然支持移动性，因此可以有效解决具有高度移动性的用户设备所带来的移动性问题，使高度移动性的用户设备具有更好的视频播放体验。
本发明实施例还提供了一种EC服务器，如图7所示，包括处理器301、通信接口302、存储器303和通信总线304，其中，处理器301，通信接口302，存储器303通过通信总线304完成相互间的通信，
存储器303，用于存放计算机程序；
处理器301，用于执行存储器303上所存放的程序时，实现如下步骤：
接收用户设备发送的视频数据请求报文；
对视频数据请求报文进行处理；
与SDN控制器进行信息交互。
本发明实施例提供的一种EC服务器，利用EC服务器接收并处理用户设备发送的视频数据请求报文，从而向用户设备返回DASH视频片段，一方面，由于EC服务器位于用户设备附近，因此不需要穿越核心网即可将DASH视频片段返回至用户设备，另一方面，由于DASH视频片段的码率可以根据用户设备的网络环境自适应调整，因此可以降低传输时延，节省带宽成本，提高用户QoE。并且，由于NDN天然支持移动性，因此可以有效解决具有高度移动性的用户设备所带来的移动性问题，使高度移动性的用户设备具有更好的视频播放体验。
本发明实施例还提供了一种SDN控制服务器，如图8所示，包括处理器401、通信接口402、存储器403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过通信总线404完成相互间的通信，
存储器403，用于存放计算机程序；
处理器401，用于执行存储器403上所存放的程序时，实现如下步骤：
基于与EC节点的信息交互，确定转码成本和协作成本之间的大小关系，控制EC节点向用户设备返回DASH视频片段；
或者，控制EC节点向协作EC节点转发视频数据请求报文，以使协作EC节点对视频数据请求报文进行处理。
本发明实施例提供的一种SDN控制服务器，通过权衡转码成本和协作成本对内容分发方式进行决策，协作对用户请求进行处理和响应，避免冗余缓存和传输。
上述EC服务器/SDN控制服务器提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(ExtendedIndustry Standard Architecture，简称EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述EC服务器/SDN控制服务器与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，用以执行如下步骤：
接收用户设备发送的视频数据请求报文；
对视频数据请求报文进行处理；
与SDN控制器进行信息交互。
本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质，利用EC服务器接收并处理用户设备发送的视频数据请求报文，从而向用户设备返回DASH视频片段，一方面，由于EC服务器位于用户设备附近，因此不需要穿越核心网即可将DASH视频片段返回至用户设备，另一方面，由于DASH视频片段的码率可以根据用户设备的网络环境自适应调整，因此可以降低传输时延，节省带宽成本，提高用户QoE。并且，由于NDN天然支持移动性，因此可以有效解决具有高度移动性的用户设备所带来的移动性问题，使高度移动性的用户设备具有更好的视频播放体验。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，用以执行如下步骤：
基于与EC节点的信息交互，确定转码成本和协作成本之间的大小关系；
控制EC节点向用户设备返回DASH视频片段；
或者，控制EC节点向协作EC节点转发视频数据请求报文，以使协作EC节点对视频数据请求报文进行处理。
本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质，通过权衡转码成本和协作成本对内容分发方式进行决策，协作对用户请求进行处理和响应，避免冗余缓存和传输。
对于方法/EC服务器/SDN控制服务器/存储介质实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。
需要说明的是，本发明实施例的系统、EC服务器、SDN控制服务器及存储介质分别是应用上述基于SDN及EC技术的自适应流视频处理方法的系统、EC服务器、SDN控制服务器及存储介质，则上述基于SDN及EC技术的自适应流视频处理方法的所有实施例均适用于该系统、EC服务器、SDN控制服务器及存储介质，且均能达到相同或相似的有益效果。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种基于软件定义网络SDN及边缘计算EC技术的自适应流视频处理系统，其特征在于，所述系统包括：多个EC节点和SDN控制器，其中：
所述EC节点，用于接收用户设备发送的视频数据请求报文，对所述视频数据请求报文进行处理，以及与所述SDN控制器进行信息交互；其中，所述多个EC节点分布设置于用户设备附近，所述多个EC节点之间采用命名数据网络NDN通信机制进行通信；所述EC节点与所述用户设备之间也采用NDN通信机制进行通信，各EC节点中保存有内容存储CS、未决请求表PIT和转发信息库FIB表，所述CS用于存储本地缓存信息，所述PIT用于存储待处理请求信息，所述FIB表用于存储路由信息；
所述SDN控制器，用于基于与所述EC节点的信息交互，确定转码成本和协作成本之间的大小关系，控制所述EC节点向用户设备返回动态自适应流DASH视频片段；或者，控制所述EC节点向协作EC节点转发所述视频数据请求报文，以使所述协作EC节点对所述视频数据请求报文进行处理；其中，所述转码成本为将所述视频片段的高码率版本数据转换为所述视频片段的低码率版本数据的处理成本；所述协作成本为将兴趣包转发至所述协作EC节点的协作成本；
其中，所述EC节点，具体用于：
接收用户设备发送的用于请求视频片段的兴趣包；
根据所述视频片段的标识，查询所述CS中是否存储有所述视频片段对应的数据包；
如果查询到所述视频片段对应的数据包，则向所述用户设备返回所述视频片段对应的数据包，丢弃所述兴趣包；
如果未查询到所述视频片段对应的数据包，则根据所述视频片段的标识，在所述PIT中查询是否存在匹配的转发信息项；
如果存在匹配的转发信息项，将所述兴趣包的接口信息添加至所述PIT的接口列表中，并丢弃所述兴趣包；
如果不存在匹配的转发信息项，计算针对所述视频片段的转码成本；其中，所述转码成本为将所述视频片段的高码率版本数据转换为所述视频片段的低码率版本数据的处理成本；
将包含所述转码成本的信息发送至所述SDN控制器；
其中，所述SDN控制器，用于当接收到当前EC节点发送的包含转码成本的信息后，从多个EC节点中除当前EC节点外的其他EC节点中，利用其他EC节点的当前状态信息和各EC节点之间的距离，确定一个协作EC节点以及计算协作EC节点的协作成本；所述协作成本为将所述兴趣包转发至所述协作EC节点的协作成本；通过根据自身的缓存对应表，确定用户设备请求的视频片段提供的EC节点，作为一个协作EC节点；
当转码成本小于协作成本时，则向当前EC节点发送转码指令；当转码成本大于或等于协作成本时，则向当前EC节点发送转发指令以及目的协作EC节点名称；
其中，所述当前EC节点，还用于：
接收所述SDN控制器发送的转码指令；
根据所述转码指令将所述视频片段的高码率版本转换为所述视频片段的低码率版本；
将转码后的所述视频片段以数据包形式发送至所述用户设备，并丢弃所述兴趣包，或者，接收所述SDN控制器发送的转发指令以及目的协作EC节点名称；
根据所述转发指令以及目的协作EC节点名称，在所述FIB表中查找所述协作EC节点的路由；
将所述兴趣包转发至所述协作EC节点，并丢弃所述兴趣包。
2.一种基于软件定义网络SDN及边缘计算EC技术的自适应流视频处理方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的基于SDN及EC技术的自适应流视频处理系统，所述方法包括：
EC节点接收用户设备发送的视频数据请求报文，对所述视频数据请求报文进行处理；
EC节点与所述SDN控制器进行信息交互；
所述SDN控制器基于与所述EC节点的信息交互，确定转码成本和协作成本之间的大小关系；
根据所确定的转码成本和协作成本之间的大小关系，控制所述EC节点向用户设备返回动态自适应流DASH视频片段数据；
或者，
控制所述EC节点向协作EC节点转发所述视频数据请求报文，以使所述协作EC节点对所述视频数据请求报文进行处理，其中，所述转码成本为将所述视频片段的高码率版本数据转换为所述视频片段的低码率版本数据的处理成本；所述协作成本为将所述兴趣包转发至所述协作EC节点的协作成本；
其中，所述EC节点接收用户设备发送的视频数据请求报文，对所述视频数据请求报文进行处理，以及与所述SDN控制器进行信息交互的步骤，包括：
所述EC节点接收用户设备发送的用于请求视频片段的兴趣包；
所述EC节点根据所述视频片段的标识，查询所述CS中是否存储有所述视频片段对应的数据包；
如果所述EC节点查询到所述视频片段对应的数据包，则向所述用户设备返回所述视频片段对应的数据包，丢弃所述兴趣包；
如果所述EC节点未查询到所述视频片段对应的数据包，则根据所述视频片段的标识，在所述PIT中查询是否存在匹配的转发信息项；
如果所述EC节点存在匹配的转发信息项，将所述兴趣包的接口信息添加至所述PIT的接口列表中，并丢弃所述兴趣包；
如果所述EC节点不存在匹配的转发信息项，计算针对所述视频片段的转码成本；
所述EC节点将包含所述转码成本的信息发送至所述SDN控制器；
其中，所述SDN控制器基于与所述EC节点的信息交互，控制所述EC节点向用户设备返回动态自适应流DASH视频片段数据；或者，控制所述EC节点向协作EC节点转发所述视频数据请求报文的步骤，包括：
当接收到当前EC节点发送的包含转码成本的信息后，从多个EC节点中除当前EC节点外的其他EC节点中，利用其他EC节点的当前状态信息和各EC节点之间的距离，确定一个协作EC节点以及计算协作EC节点的协作成本；所述协作成本为将所述兴趣包转发至所述协作EC节点的协作成本；通过根据自身的缓存对应表，确定用户设备请求的视频片段提供的EC节点，作为一个协作EC节点；
当转码成本小于协作成本时，则向当前EC节点发送转码指令；当转码成本大于或等于协作成本时，则向当前EC节点发送转发指令以及目的协作EC节点名称；
其中，所述方法还包括：
所述当前EC节点接收所述SDN控制器发送的转码指令；
所述当前EC节点根据所述转码指令将所述视频片段的高码率版本转换为所述视频片段的低码率版本；
所述当前EC节点将转码后的所述视频片段以数据包形式发送至所述用户设备，并丢弃所述兴趣包；或者，所述当前EC节点接收所述SDN控制器发送的转发指令以及目的协作EC节点名称；
所述当前EC节点根据所述转发指令以及目的协作EC节点名称，在所述FIB表中查找所述协作EC节点的路由；
所述当前EC节点将所述兴趣包转发至所述协作EC节点，并丢弃所述兴趣包。
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