移动网络中点播与直播视频的动态分发关键技术研究

The Mobile Network Operators (MNOs) is investigating the deployment of the Content Delivery Network (CDN) functionalities into the mobile network infrastructure. The resulting delivery network is often referred to as the mobile CDN system. Deploying the mobile CDN system has been one of the consensuses for the next generation mobile network development. Focused on the on-demand and live video streaming applications, this project targets on investigating mechanisms for high efficient content distribution in mobile CDN system under dynamic system information. Specifically, for mobile caching system which supports on-demand video streaming, we are going to study the joint optimization of content placement and user request redirection under dynamic environments. For live streaming, we propose to combine the eMBMS standard with the NFV technique. We will study the resource allocation problem in multiple SFN scenario, and the optimum position and migration problem for in-network content processing nodes. The research in this project will contribute to guide the implementation of the next generation mobile network in supporting mobile video streaming, which is regarded as the killer application for mobile network. We look for obtaining both theoretical and technical achievements.

在移动网络内部整合扩展内容分发功能、部署移动网络内容分发系统已经成为业界对于下一代移动网络发展方向的共识。面向点播视频与直播视频这两种主流内容分发业务，本课题探究在动态情景信息条件下的移动网络内容分发关键技术，以提高移动网络内容分发效率。具体地，面向点播视频业务，在移动网络缓存系统中，研究随机动态情景下的缓存内容放置与用户请求转发联合优化机制。面向直播视频业务，提出结合增强型多媒体广播多播业务（eMBMS）标准以及网络虚拟化技术的移动网络直播视频分发机制。研究该机制下的用户资源分配问题，以及移动网络内容处理节点的动态选取与迁移问题。本项目面向实用侧重于对网络动态性的考虑，贴合移动网络场景与技术标准研究移动网络内容分发机制。项目制定紧密结合当前移动网络研究趋势，研究成果为我国信息化产业领域支柱行业的移动通信网络提供理论与技术支持。

内容分发业务是5G网络的主流业务之一。面向点播视频与直播视频这两种主要内容分发业务，本课题探究在网络动态情景信息条件下的移动网络内容分发关键技术，以提高5G网络内容分发效率。本课题主要开展以下几方面的研究。. 首先，针对点播视频与缓存技术，MEC移动网络边缘计算被认为是面向5G网络，提高内容分发效率的重要技术手段。在移动网络边缘部署存储与计算资源节点，从而减少内容分发的时延与开销，提高分发效率。提出了基于MEC的移动网络基站缓存内容分发系统，在移动网络基站设置缓存存储内容数据，并通过缓存协作应答用户对内容的请求。解决了两个核心问题：内容放置问题以及用户请求的路由问题。在动态网络参数与多种不同网络场景下，对内容放置与用户请求路由问题进行联合优化，并通过李雅普诺夫随机优化方法对该问题进行分解求解。设计内容放置以及用户请求路由的在线算法，分析算法性能以及分析MEC缓存系统的性能指标，例如转发开销以及系统命中率等。实验表明，该方法降低了在动态网络中的内容传输开销，并且保证了网络的稳定性。. 其次，针对直播视频与多播技术，研究了基于SDN与NFV技术的eMBMS协议虚拟网络功能节点动态选取与迁移问题。这事实上就是面向eMBMS的网络切片的部署与动态调整问题研究。网络切片技术被认为是5G网络的重要使能技术之一。对移动网络中eMBMS功能节点的部署与动态迁移问题进行了建模。设计eMBMS网络切片部署算法，根据网络负载以及资源分配结果选取最佳的虚拟直播内容处理节点位置，并且根据系统变化动态迁移。基于SDN技术，设计虚拟节点迁移流程，保证基于IP多播的数据传输在节点迁移过程中保持数据的连贯性。实验表明，该方案具有工程实践性，提高了物理网络利用率以及直播内容分发效率。. 本项目的研究成果面向我国信息化产业领域支柱行业的5G移动通信网络，项目执行期间发表多篇高水平科研论文并授权专利两项。