CN109905364B - 一种基于sdn架构的流媒体数据包的传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法及系统，所述方法包括：客户端向终端节点发送获得流媒体数据包的请求；终端节点向SDN交换机发送流媒体数据包；SDN控制器制定不同的路由策略；SDN交换机根据所述路由策略向客户端传输流媒体数据包；SDN控制器根据索引服务器采集的第一网络状态信息及流媒体QoS参数，制定滑动窗口调节策略，终端节点基于滑动窗口调节策略向SDN交换机发送流媒体数据包；返回执行SDN交换机根据所述路由策略向客户端传输流媒体数据包步骤，直至客户端全部接收流媒体数据包或接收到用户的停止指令时，停止接收流媒体数据包。本发明能根据实时的网络变化改变流媒体数据包的传输策略，保障终端用户流媒体服务体验，并提高网络资源利用率。

Description

一种基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法及系统

技术领域

本发明涉及数据传输领域，具体的说，是一种基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法及系统。

背景技术

流媒体是指采用流式传输的方式在互联网进行播放的媒体格式，如音频、视频或多媒体文件。现有技术中，流媒体传输需要使用更高的传输流码率才能带来更好的播放效果，当网络带宽不足或网络不稳定时会导致播放间断或长时间的缓冲。而且现有的流媒体传输技术，在应用层与网络层发热策略相互割裂，并不适用于大规模流媒体服务；而且流媒体系统内建策略与传统IP网络尽力而为的服务模型并不能很好的适配，因此给用户带来不好的体验。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法及系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法，包括以下步骤：

步骤1，客户端向终端节点发送请求消息，所述请求消息用于所述客户端向所述终端节点获取流媒体数据包；

步骤2，所述终端节点给所述流媒体数据包中的前窗口数据包和后窗口数据包分别标记不同的端口号，并采用预设的总窗口值W向SDN交换机发送所述流媒体数据包；

步骤3，SDN控制器接收所述SDN交换机上传的所述流媒体数据包，并根据所述流媒体数据包的类型制定不同的路由策略；

步骤4，所述SDN交换机根据所述路由策略向所述客户端传输所述流媒体数据包；

步骤5，所述SDN控制器根据索引服务器采集的第一网络状态信息及流媒体QoS参数，制定滑动窗口调节策略，并将所述滑动窗口调节策略返还至所述终端节点，以便所述终端节点基于所述滑动窗口调节策略向所述SDN交换机发送所述流媒体数据包；

步骤6，返回执行步骤2，直至所述客户端全部接收所述流媒体数据包或接收到用户的停止指令时，所述客户端停止接收所述流媒体数据包。

本发明的有益效果是：通过所述SDN交换机根据所述路由策略向所述客户端传输所述流媒体数据包，以及所述SDN控制器根据所述索引服务器采集的第一网络状态信息及流媒体QoS参数，制定滑动窗口调节策略，能够根据实时的网络变化改变流媒体数据包的传输策略，保障终端用户的流媒体服务体验，并提高网络资源的利用率。

进一步地，所述方法还包括：

所述SDN控制器在预设时间内将所述终端节点之间的可用带宽信息经所述索引服务器传递至所述客户端，以便所述客户端根据所述带宽信息确定所述终端节点的选择、媒体块的选择以及请求选择的策略。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过将所述终端节点之间的可用带宽信息经所述索引服务器传递至所述客户端，所述客户端可以根据网络的变化合理调节请求策略，以提供网络的利用率。

进一步地，所述采用预设的总窗口值W向SDN交换机发送所述流媒体数据包，包括：

所述终端节点采用顺序优先媒体块选择策略发送所述前窗口数据包；

或者，

所述终端节点采用稀缺优先媒体块选择策略发送所述后窗口数据包。

采用上述进一步方案的有益效果是：所述前窗口数据包使用顺序优先媒体块选择策略，所述后窗口数据包使用稀缺优先媒体块选择策略，能够兼顾媒体块的扩散效率与播放点的实时性能需求。

进一步地，所述终端节点发送所述前窗口数据包的窗口值大小为A，所述终端节点发送所述后窗口数据包的的窗口值大小为W-A。

进一步地，所述根据所述流媒体数据包的类型制定不同的路由策略，包括：

基于所述前窗口数据包，所述SDN控制器结合索引服务器实时采集的第一网络状态信息计算全局QoS路由，并将计算结果以QoS流表的形式下发至SDN交换机；

或者，

基于所述后窗口数据包，所述SDN控制器调用所述SDN交换机的SP路由表。

采用上述进一步方案的有益效果是：对于前窗口数据包，所述SDN控制器结合网络状态信息经过全局QoS路由计算，并将计算结果以QoS流表形式下发至SDN交换机，而对于后窗口数据包，则采用默认SP路由表。通过区分对待所述前窗口数据包以及所述后窗口数据包，由于QoS路由算法可实现时延、抖动、带宽、丢包率各自单独的或相结合约束的动态路由，可以保障终端用户的流媒体服务体验。

进一步地，所述流媒体QoS参数包括带宽、时延、时延抖动和分组丢失率中的至少一种。

进一步地，所述SDN控制器根据索引服务器采集的第一网络状态信息及流媒体QoS参数，制定滑动窗口调节策略，包括：

根据所述索引服务器实时采集的第二网络状态信息及流媒体QoS参数计算总效用函数，

若所述总效用函数的值小于预设阈值，则将所述总窗口值W增大为W₁；

若所述总效用函数的值大于所述预设阈值，则将所述总窗口值W减小为W₂。

采用上述进一步方案的有益效果是：所述SDN控制器结合当前的网络状态信息及流媒体QoS参数计算总效用函数，并根据所述总效用函数调节总窗口值W的大小，使得流媒体数据包在传输过程中能够根据当前的网络状态信息及流媒体QoS参数调节传输策略，提高终端用户的流媒体服务体验。

进一步地，所述W₁满足公式：W₁＝2*W，所述W₂满足公式：W₂＝W-1，

其中，所述W₁、W₂为调节后的总窗口值的大小。

进一步地，所述前窗口数据包的窗口值的大小A为调节前总窗口值W或调节后的窗口值W₁的一半。

采用上述进一步方案的有益效果是：所述总窗口值的大小加倍，终端节点需要更大的延迟来保证流媒体播放流畅度；所述总窗口值线性减小，终端节点只需较小延迟即可达到理想的流媒体播放流畅度。

同时，本发明还提出一种基于SDN架构的流媒体数据包的传输系统，客户端、终端节点、SDN交换机、SDN控制器以及索引服务器，其中：

所述客户端用于向所述终端节点发送获取流媒体数据包的请求，并经所述SDN交换机接收所述终端节点发送的所述流媒体数据包；

所述终端节点用于给所述流媒体数据包中的前窗口数据包和后窗口数据包分别标记不同的端口号，向所述SDN交换机发送所述流媒体数据包，并根据所述SDN控制器制定的滑动窗口调节策略重新调节发送窗口的大小；

所述SDN交换机用于接收所述终端节点发送的所述流媒体数据包，并将所述流媒体数据包上传至所述SDN控制器，并根据所述SDN控制器制定的路由策略向所述客户端传输所述流媒体数据包；

所述索引服务器用于采集所述网络状态信息以及所述流媒体QoS参数，并发送至所述SDN控制器；

所述SDN控制器用于接收所述SDN交换机上传的所述流媒体数据包，制定所述路由策略，还用于根据所述索引服务器采集的第一网络状态信息及流媒体QoS参数，制定滑动窗口调节策略，并将所述滑动窗口调节策略经所述索引服务器发送至所述终端节点。

本发明的有益效果是：通过所述SDN交换机根据所述路由策略向所述客户端传输所述流媒体数据包，以及所述SDN控制器根据索引服务器采集的第一网络状态信息及流媒体QoS参数，制定滑动窗口调节策略，能够根据实时的网络变化改变流媒体数据包的传输策略，保障终端用户的流媒体服务体验，并提高网络资源的利用率。

附图说明

图1为本发明一种基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法的逻辑示意图；

图2为本发明一种基于SDN架构的流媒体数据包的传输系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法，包括以下步骤：

110，客户端向终端节点发送请求消息，所述请求消息用于所述客户端向所述终端节点获取流媒体数据包；

120，所述终端节点给所述流媒体数据包中的前窗口数据包和后窗口数据包分别标记不同的端口号，并采用预设的总窗口值W向SDN交换机发送所述流媒体数据包；

130，SDN控制器接收所述SDN交换机上传的所述流媒体数据包，并根据所述流媒体数据包的类型制定不同的路由策略；

140，所述SDN交换机根据所述路由策略向所述客户端传输所述流媒体数据包；

150，所述SDN控制器根据索引服务器采集的第一网络状态信息及流媒体QoS参数，制定滑动窗口调节策略，并将所述滑动窗口调节策略返还至所述终端节点，以便所述终端节点基于所述滑动窗口调节策略向所述SDN交换机发送所述流媒体数据包；

160，返回执行步骤2，直至所述客户端全部接收所述流媒体数据包或接收到用户的停止指令时，所述客户端停止接收所述流媒体数据包。

需要说明的是，所述SDN交换机是连接着一个或多个终端节点的，所述客户端是设置在任一个所述终端节点上的一个应用程序，所述客户端向所述终端节点发送数据请求的操作，可以是1对1的，也可能是1对多的。

另外，需要说明的是，返回步骤2，是要根据实时的网络状态信息和流媒体QoS参数来重新制定滑动窗口调节策略，如果实时的网络状态信息和流媒体QoS参数变化不足以引起用户体验的变化则无需重新制定滑动窗口调节策略。

可选地，所述方法还包括：

所述SDN控制器在预设时间内将所述终端节点之间的可用带宽信息经所述索引服务器传递至所述客户端，以便所述客户端根据所述带宽信息确定所述终端节点的选择、媒体块的选择以及请求选择的策略。

需要说明的是，所述SDN控制器在预设时间内，将所述终端节点之间的可用带宽信息经所述索引服务器传递至所述客户端，是因为在网络中存在很多个终端节点，将终端节点与终端节点之间的可用带宽传递给客户端，客户端可以根据带宽信息来确定节点选择、媒体块选择以及请求选择的策略。

具体地，所述采用预设的总窗口值W向SDN交换机发送所述流媒体数据包，包括：

所述终端节点采用顺序优先媒体块选择策略发送所述前窗口数据包；

或者，

所述终端节点采用稀缺优先媒体块选择策略发送所述后窗口数据包。

需要说明的是，本发明优选的方案为采用顺序优先媒体块选择策略发送所述前窗口数据包，采用稀缺优先媒体块选择策略发送所述后窗口数据包。在实际应用中，也可以替换为其它策略，如随机策略等。

具体地，所述终端节点发送所述前窗口数据包的窗口值大小为A，所述终端节点发送所述后窗口数据包的的窗口值大小为W-A。

需要说明的是，总窗口值大小为W的调节范围满足WL≤W≤WU，其中，WL与WU为预设值，所述总窗口值的大小可根据实际情况调节。

具体地，所述根据所述流媒体数据包的类型制定不同的路由策略，包括：

基于所述前窗口数据包，所述SDN控制器结合索引服务器实时采集的第一网络状态信息计算全局QoS路由，并将计算结果以QoS流表的形式下发至SDN交换机；

或者，

基于所述后窗口数据包，所述SDN控制器调用所述SDN交换机的SP路由表。

需要说明的是，对于前窗口数据包，SDN控制器结合网络状态信息经过全局QoS路由计算，并将计算结果以QoS流表形式下发至SDN交换机；对于后窗口数据包，无需计算路由，而是通知SDN交换机采用默认SP路由。传统的SP路由算法实现尽力而为的传输策略,QoS路由算法可实现时延、抖动、带宽、丢包率各自单独的或相结合约束的动态路由。

具体地，所述流媒体QoS参数包括带宽、时延、时延抖动和分组丢失率中的至少一种。

需要说明的是，带宽、时延、时延抖动和分组丢失率是衡量QoS的关键指标，也可以根据实际情况添加其他的指标，如可用性等。

具体地，所述SDN控制器根据索引服务器采集的第一网络状态信息及流媒体QoS参数，制定滑动窗口调节策略，包括：

根据所述索引服务器实时采集的第二网络状态信息及流媒体QoS参数计算总效用函数，

若所述总效用函数的值小于预设阈值，则将所述总窗口值W增大为W₁；

若所述总效用函数的值大于所述预设阈值，则将所述总窗口值W减小为W₂。

需要说明的是，通过索引服务器实时采集的第二网络状态信息及流媒体QoE参数计算总效用函数，是要判断网络是否拥堵，当检测到网络拥塞时，加大总窗口值，终端节点需要更大的延迟来保证流媒体播放流畅度；当未发现网络拥塞时，则减小总窗口值。

具体地，所述W₁满足公式：W₁＝2*W，所述W₂满足公式：W₂＝W-1，

其中，所述W₁、W₂为调节后的总窗口值的大小。

具体地，所述前窗口数据包的窗口值的大小A为调节前总窗口值W或调节后的窗口值W₁的一半。

需要说明的是，A值在总窗口值大小W调节过程中保持为调节前或调节后的总窗口值的一半；但在实际应用中，A值可根据实际应用作调节。

另外，需要说明的是，A值增大时增加了QoS路由所占比重，SDN控制器的计算量增大，网络层链路总成本增加；反之，SDN控制器计算量减小，网络层链路总成本减小。当网络未出现拥塞时，可以在保证终端节点QoE的前提下大幅度降低SDN控制器的计算量；当网络出现拥塞时，可以通过SDN控制器计算尽可能提升用户体验。

如图2所示，为本发明提出的一种基于SDN架构的流媒体数据包的传输系统，所述客户端用于向所述终端节点发送获取流媒体数据包的请求，并经所述SDN交换机接收所述终端节点发送的所述流媒体数据包；

所述终端节点用于给所述流媒体数据包中的前窗口数据包和后窗口数据包分别标记不同的端口号，向所述SDN交换机发送所述流媒体数据包，并根据所述SDN控制器制定的滑动窗口调节策略重新调节发送窗口的大小；

所述SDN交换机用于接收所述终端节点上传的所述流媒体数据包，并将所述流媒体数据包发送至所述SDN控制器，并根据所述SDN控制器制定的路由策略向所述客户端传输所述流媒体数据包；

所述索引服务器用于采集所述网络状态信息以及所述流媒体QoS参数，并发送至所述SDN控制器；

所述SDN控制器用于接收所述SDN交换机上传的所述流媒体数据包，制定所述路由策略，还用于根据所述索引服务器采集的第一网络状态信息及流媒体QoS参数，制定滑动窗口调节策略，并将所述滑动窗口调节策略经所述索引服务器发送至所述终端节点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，客户端向终端节点发送请求消息，所述请求消息用于所述客户端向所述终端节点获取流媒体数据包；

步骤2，所述终端节点给所述流媒体数据包中的前窗口数据包和后窗口数据包分别标记不同的端口号，并采用预设的总窗口值W向SDN交换机发送所述流媒体数据包；

步骤3，SDN控制器接收所述SDN交换机上传的所述流媒体数据包，并根据所述流媒体数据包的类型制定不同的路由策略；

步骤4，所述SDN交换机根据所述路由策略向所述客户端传输所述流媒体数据包；

步骤5，所述SDN控制器根据索引服务器采集的第一网络状态信息及流媒体QoS参数，制定滑动窗口调节策略，并将所述滑动窗口调节策略返还至所述终端节点，以便所述终端节点基于所述滑动窗口调节策略向所述SDN交换机发送所述流媒体数据包；

步骤6，返回执行步骤2，直至所述客户端全部接收所述流媒体数据包或接收到用户的停止指令时，所述客户端停止接收所述流媒体数据包。

2.根据权利要求1所述的基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述SDN控制器在预设时间内将所述终端节点之间的可用带宽信息经所述索引服务器传递至所述客户端，以便所述客户端根据所述带宽信息确定所述终端节点的选择、媒体块的选择以及请求选择的策略。

3.根据权利要求1所述的基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法，其特征在于，所述采用预设的总窗口值W向SDN交换机发送所述流媒体数据包，包括：

所述终端节点采用顺序优先媒体块选择策略发送所述前窗口数据包；

或者，

所述终端节点采用稀缺优先媒体块选择策略发送所述后窗口数据包。

4.根据权利要求3所述的基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法，其特征在于，所述终端节点发送所述前窗口数据包的窗口值大小为A，所述终端节点发送所述后窗口数据包的的窗口值大小为W-A。

5.根据权利要求1所述的基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法，其特征在于，所述根据所述流媒体数据包的类型制定不同的路由策略，包括：

基于所述前窗口数据包，所述SDN控制器结合索引服务器实时采集的第一网络状态信息计算全局QoS路由，并将计算结果以QoS流表的形式下发至SDN交换机；

或者，

基于所述后窗口数据包，所述SDN控制器调用所述SDN交换机的SP路由表。

6.根据权利要求1所述的基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法，其特征在于，所述流媒体QoS参数包括带宽、时延、时延抖动和分组丢失率中的至少一种。

7.根据权利要求1至6任一项所述的基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法，其特征在于，所述SDN控制器根据索引服务器采集的第一网络状态信息及流媒体QoS参数，制定滑动窗口调节策略，包括：

根据所述索引服务器实时采集的第二网络状态信息及流媒体QoS参数计算总效用函数，

若所述总效用函数的值小于预设阈值，则将所述总窗口值W增大为W₁；

若所述总效用函数的值大于所述预设阈值，则将所述总窗口值W减小为W₂。

8.根据权利要求7所述的基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法，其特征在于，所述W₁满足公式：W₁＝2*W，所述W₂满足公式：W₂＝W-1，

其中，所述W₁、W₂为调节后的总窗口值的大小。

9.根据权利要求8所述的基于SDN架构的流媒体数据包的传输方法，其特征在于，所述前窗口数据包的窗口值的大小A为调节前总窗口值W或调节后的窗口值W₁的一半。

10.一种基于SDN架构的流媒体数据包的传输系统，其特征在于，包括：客户端、终端节点、SDN交换机、索引服务器以及SDN控制器，其中：

所述客户端用于向所述终端节点发送获取流媒体数据包的请求，并经所述SDN交换机接收所述终端节点发送的所述流媒体数据包；

所述终端节点用于给所述流媒体数据包中的前窗口数据包和后窗口数据包分别标记不同的端口号，向所述SDN交换机发送所述流媒体数据包，并根据所述SDN控制器制定的滑动窗口调节策略重新调节发送窗口的大小；

所述SDN交换机用于接收所述终端节点发送的所述流媒体数据包，并将所述流媒体数据包上传至所述SDN控制器，并根据所述SDN控制器制定的路由策略向所述客户端传输所述流媒体数据包；

所述索引服务器用于采集第一网络状态信息及流媒体QoS参数，并发送至所述SDN控制器；

所述SDN控制器用于接收所述SDN交换机上传的所述流媒体数据包，制定所述路由策略，还用于根据所述索引服务器采集的第一网络状态信息及流媒体QoS参数，制定滑动窗口调节策略，并将所述滑动窗口调节策略经所述索引服务器发送至所述终端节点。

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