三网融合业务接入系统的分析、建模与调控

The objective of this project is to establish theory and techniques for analysis, modeling, and control of service access systems in the Next Generation Broadcast(NGB) Metropolitan Area Netwroks(MAN) under the framework of Three Networks Convergence. To provide high-quality video service in the heterogeneous networks, the main challenge is on the problem of video transmission in service access systems. From the viewpoint of system and control, the proposed project consists of several sub-topics where control strategies are designed based on feedback information of heterogeneous network status and user behaviors. Firstly, a pattern-driven control technique is adopted to deploy and adjust service resource such that adaptive resource management is achieved for heterogeneous networks, heterogeneous terminals, and diverse user behaviors. The concept of resource pool is introduced and its construction method is developed for implementing the collaboration of the available resources in heterogeneous networks. Starting from this collaboration, a novel distributed collaborative admission control method is derived by combining Markov switching state-space control process and scalable video technology.Secondly, for the high fluctuation of available network bandwidth in heterogeneous networks, online bandwidth measurement method and available bandwidth prediction in wireless networks via multi-user spectrum sensing is applied to implement video transmission control mechanism with QoS parameter feedback. This method guarantees the users' service experience while achieving efficient resource utilization and multi-user fairness. Finally, in order to evaluate the feasibility and effectiveness of our research, we construct a test-bed in the service access systems of NGB MAN, where all the control and optimization techniques proposed in this project are implemented,verifed and demonstrated.

本项目围绕"三网融合NGB城域网"，以视频业务为主要研究对象，开展三网融合业务接入系统分析、建模与调控理论和方法研究。项目从系统与控制的观点出发，通过异构网络和用户行为等状态信息反馈，构建三网融合业务接入控制系统。首先，采用模式驱动控制方法，对业务资源进行自适应部署和调整，以体现对异构网络、异构终端和用户行为的自适应性，引入资源池概念和构建方法，在此基础上建立Markov切换空间控制过程模型，并结合基于实测的码率调整技术，构成新的分布式协同接入控制方法，真正实现业务资源的跨网协作；其次，针对融合网络中可用带宽的高波动性，采用基于在线带宽测量方法和在无线网络中基于多用户频谱感知的可用带宽预测方法，实现具有QoS参数反馈的视频传输控制，在确保用户服务体验的同时，兼顾资源利用率和多用户间公平性；最终，将控制和优化算法嵌入到NGB城域网边缘服务系统，以验证研究成果在实际系统中应用的可行性和先进性。

随着现代社会对大量新兴网络应用和资源需求的急剧增长，抓住网络技术转型的机遇，建成国际领先、多网融合、安全可靠、无处不在的综合信息网络是实现我国信息产业、现代服务业跨越式发展的重大战略决策，本项目采用全新的思路和途径，从系统与控制的观点出发探索智能化调控机理和方法，以实现最优化网络性能和服务品质。.鉴于目前视频业务量的急剧增长已成为未来网络性能提升的瓶颈，本项目以移动视频业务为主要研究对象开展了以下四个基本问题的研究，1）针对移动互联网云平台数据中心服务器和计算密集型任务的具有成本效益和QoS保证的动态资源配置问题，建模为受限的马尔科夫决策过程, 采用基于大偏差原理的动态资源配置策略自适应的为计算任务提供最佳功能，当网络具有切换拓扑结构及网络节点为非恒等节点时建立了一类马尔可夫和半马尔可夫切换牵制网络的同步稳定性条件,以及有限时间镇定的条件。 2）针对大规模移动融合网络分布式协同接入控制问题, 建立了大规模部分可观马氏决策系统模型, 提出了基于受约束部分可观马氏决策过程的灵敏度分析的直接依赖于观察的最优接入控制策略和宽带频谱接入控制机制。在软件定义网络框架下，提出了视频接入控制与路由联合优化，以及面向M2M通信的具有QoS保证大规模接入管理机制。3）本项目将应用层可伸缩视频调节、路由控制以及无线资源配置进行综合研究，实现了高效灵活的可伸缩视频传输控制。设计了软件定义可伸缩视频组播机制；采用可伸缩视频编码技术来提高视频自适应传输能力；根据历史样本数据采用大偏差原理准确估计未来时刻的能量状态，自适应提高视频传输的层数，确保当前时刻视频业务播放的质量。4 ) 首次建立了MobilityFirst国际跨域试验平台，加入了iGENI国际未来网测试床联邦,中国科学技术大学是参与iGENI项目的国内唯一单位。.受本项目资助在国內外学术期刊和学术会议发表学术论文112篇，其中sci收录53篇，二区以上23篇, 研究成果获本领域顶级学术会议最佳论文奖1项，申请国家专利9项，其中获得授权3项，在项目执行过程中获部级科技成果一等奖1项，依托项目巳培养教授1名，副教授2名，博士后3名, 博士12名，硕士29名。