摘要：随着互联网信息技术的不断发展，观看视频已经成为人们娱乐休闲、获取信息的一种重要手段，这推动了网络视频服务的快速发展。而在激烈的市场竞争形势下，很多视频服务供应商都开始基于流媒体技术建构专用的媒体分发网络，希望可以为用户提供更加高效、优质的视频服务，以提高自身竞争力，扩大业务规模。而为了应对网络状态不稳定或是网络拥塞造成的用户服务质量下降的问题，厂商将软件定义网络（SDN）引入网络系统之中，从路径选择以及控制优化两方面对网络层视频流进行了改善。本文将以SDN在媒体分发网络接入控制中的应用。

关键词：网络视频业务;媒体分发网络;SDN;接入控制

前言

在信息时代下，随着互联网的不断普及，宽带网络业务也获得了迅猛的发展，流媒体技术也在网络视频服务领域获得了广泛而深入的应用。面对现阶段越来越多样化的流媒体业务，既有网络系统所存在的弊端和不足逐渐涌现出来，为了更好的应对不断提高的网络运营负担，于是媒体分发网络应运而生，它引入分布式存储技术，将分布式设备用于网络媒体视频内容的存储，并通过下层媒体服务器向用户提供视频服务，使得媒体视频业务的响应能力获得了显著提升。随着媒体分发网络应用范围的拓展，业界和学术界针对此技术的研究也在不断深入，当前一个研究热点就是如何依托有限的系统资源进一步提高媒体分发的效率和服务质量，接入控制是其中的一个重要方向。

1 基于SDN的媒体分发网络简述

1.1SDN介绍

在互联网应用不断拓展的当下，传统网络架构已经无法适应业务拓展的需要，如不能基于用户的个性化需求进行针对性的定制，不仅如此，视频流在网络端点之间不能根据用户的网络状况以及实际需求进行转发路径的自由调整，因此从运用商以及终端用户的角度来讲，网络架构都已经到了必须改革的时间。不同于以往的网络架构，SDN的创新性特征就是实现了网络设备控制层和转发层的分离，这使得网络管控受到的限制大幅度削弱。

SDN的架构主要由应用层、控制层和基础设施层构成，其中应用层处于最上部，涵盖了各类网络应用和服务业务，主要负责接入控制、流匹配、转发方案等控制策略的制定。应用层与下层之间的通信主要是通过API接口来实现。控制层处于中间位置，其主要职责是根据应用层传递的策略，对各类控制功能进行实现，具体实现途径为下发流表。基础设施层处于最下部，包含了各类底层网络设备，如交换机等，具体功能是进行流表数据处理、转发以及状态采集。在系统运行的过程中，底层与控制层之间通过控制数据平面数据接口进行信息交换。

上文所提及到的OpenFlow协议交换机是SDN架构有别于传统网络架构的显著标志，此类交换机与传统网络架构中所采用的交换机或路由器之间的区别是OpenFlow交换机只按照流表进行数据的转发，决策功能则由SDN控制器来实现。在实际运行的过程中，OpenFlow交换机在接收到数据包后，会对本地流表的匹配情况进行判断，此处可分为两种情况，若匹配成功则会查询并转发目标断口，反之则将情况反馈到控制层。

OpenFlow协议交换机主要由三部分构成，分别是安全信道、数据流表和OpenFlow协议。其中安全信道的主要功能是架起交换机和SDN控制器相互通信的桥梁，控制器可通过该信道发送指令控制交换机动作，前者则通过该信道进行信息的反馈和请求的发送。数据流表主要包含的是数据包的转发规则，它是由许多流表项构成的，各个流表項中包含有最详实的转发信息，分别对应着具体的操作。流表项的类型有三，分别是匹配字段、计数器和操作，匹配字段是流表项的标识，计算机负责对流表项的信息进行统计，操作则是指匹配成功后所要执行的内容。OpenFlow协议主要用于交换机与SDN控制器之间的通信，处于二者之间的接口部位。

在整个SDN系统架构中，控制器处于核心位置，内部设置有网络操作系统，主要负责系统的管理和控制决策。SDN控制器决定着网络数据流的转发策略，它会根据OpenFlow所接收到的数据包制定转发策略并下发流表，转发路径的选择是通过交换机上流表项的添加或是修改来达成的。通过SDN控制器可以实现对底层网络设备情况的动态监控，为上层应用功能的实现提供信息支撑，进而实现全局优化。

1.2基于SDN的媒体分发网络

基于SDN的媒体分发网络主要由SDN控制器、流媒体服务器以及可编程存储路由器三部分构成，在高性能服务器的支撑下，可通过SDN控制器实现对整个网络的有效管控，实时获取网络的运行状态信息，在此基础上进行全局优化。可编程存储路由器所具有的存储功能使得用户不再需要向远距离的边缘服务器请求资源，可直接从路由器中获取所需的资源，如此将大幅度的提升资源传输的效率，实现网络视频服务质量的提升。流媒体服务器则主要是根据可编程存储路由器所发出的请求进行新资源的分发。

2 基于SDN媒体分发网络的接入控制研究

结合现有的研究成果来看，最早关于接入控制的研究面向的是有线网络的服务带宽问题。在有线网络系统运行的过程中，系统接入的业务越多，每个业务所占用的服务带宽也就越少，如此必然会造成服务质量的下降。针对接入控制技术的研究就是为了解决这一问题。接入控制在电路交换电话网络中的应用实现了对QoS的有效保障，取得了显著的成效。随着研究的不断拓展深入，接入控制逐渐被引入到无线系统中。

就目前来看，传统媒体分发网络最常采用的接入控制方法主要有以下几种，一是基于阈值的接入控制，其优点是构造简单、便于实现，常用的策略包括安全共享策略、完全区分策略、自适应阈值策略、资源预留策略等。二是随机优化接入控制，具体是模拟服务系统接入的具体过程，在此基础上搭建模型，实现对系统动态演化的有效描述，在此基础上基于策略优化算法改进服务系统接入控制，其优点在于将接入控制策略的精细化程度更高。其中应用最广泛的就是Markov决策过程，它是将服务系统的接入控制过程建构成MDP模型，根据此模型解决随机系统的优化问题。但需注意的是，采用MDP方法时可能会面临一个关键性的问题，即维数灾，它是指随着系统规模的不断扩大，其状态空间和决策空间也会增大，如此一来最优策略求解的复杂程度也会提升，所需的运算量也更加庞大。与之相比，POMDP仅利用部分可知的观测信息完成控制优化，其所对应的系统状态空间和决策空间多相对偏小，最佳策略求解所需的时间也更少，因此实际应用价值更高。上述研究大多是利用可获取的服务节点容量和负载信息制定接入控制方案，并未考虑到服务节点性能瓶颈或是传输链路服务资源有限的状况。因此针对SDN媒体分发网络的接入控制应转变思路，充分利用SDN控制器所具有的功能对全网信息进行感知，获取服务节点资源分配信息、服务状况信息以及数据传输路径的资源使用情况，作为上层控制决策的依据。

3 结语

综上所述，基于SDN的媒体分发网络相较于传统网络架构能够实现网络视频服务质量的提升，接入控制作为网络的重要组成部分，有助于系统资源利用率的提升，优化用户服务质量。

参考文献

[1]徐锡健，邬惠峰，吴海列.流媒体系统中内容分发网络的服务器部署优化[J].计算机工程与设计，2018，39（11）：3311-3317.

[2]曹浩，殷保群，曹杰，陆效农.基于软件定义网络的媒体分发网络的接入控制[J].计算机应用，2016，36（07）：1767-1771+1827.

[3]曹浩.基于SDN的媒体分发网络的接入控制研究[D].中国科学技术大学，2016.

作者简介

郑宇（1982.5-）男，汉族，广东廉江人，本科，研究方向：计算机网络技术。

课题

基于5G背景SDN架构下的层叠网（Overlay）业务优化的研究，课题编号：2020KY35010。