用户体验可感知的软件定义移动流媒体分发理论与算法研究

Mobile video streaming is a killer application in the era of the mobile Internet. However, due to the lack of control over the underlying network, it is difficult for content distribution systems to perceive the quality of user experience accurately and timely. Therefore, it is hard to guarantee the quality of user experience fundamentally. This project proposes a QoE-aware adaptive mobile video streaming mechanism based on software-defined networks. By exploiting the openness and programmability of SDN, we can optimize network resource provisioning based on the perceived quality of user experience. It is expected that this project can achieve significant innovations on both theories and methodologies in the following aspects, such as analysis and evaluation of mobile video QoE, performance evaluation of mobile video streaming systems, distributed SDN-based media streaming system architecture, QoE-fair network resource allocation mechanism, distributed optimization of mobile video transmission, and so on. In the meanwhile, we will also develop a prototype system and open protocols, and verify the correctness of our results, so as to optimize the overall performance of mobile video streaming. This project will lay the foundation for the next-generation QoE-aware mobile video streaming systems.

移动流媒体是移动互联网时代的关键应用，但是由于缺乏对底层网络的控制，现有内容分发系统很难快速准确地感知移动流媒体用户的体验，并从根本上保障用户体验质量。本课题提出一种用户体验可感知的软件定义自适应移动流媒体分发机制，利用底层软件定义网络的开放性和可编程性，根据感知的用户体验质量，针对移动流媒体应用特征对网络资源进行优化配置，从而真正实现对用户体验质量的保障。预期该课题的实施将在移动流媒体用户体验特征分析和评价、移动流媒体系统性能分析、基于SDN的分布式流媒体分发体系结构、保障用户体验公平性的网络资源共享机制、针对移动流媒体传输的分布式优化等方面取得理论、方法和技术上的创新。同时，本课题将会开发原型系统和开放协议，对研究成果进行验证，从而优化移动流媒体分发的整体性能，为建设新一代高用户体验质量的移动流媒体分发系统奠定基础。

网络视频是移动互联网时代的关键应用，但是由于缺乏对于底层网络的控制，难以从根本上保障用户体验质量。本项目针对移动流媒体的用户体验问题，研究一种基于软件定义的用户体验可感知的自适应移动流媒体系统，其中心思想是利用底层软件定义网络，在内容提供商网络、网络运营商网络、用户接入网络三个部分针对性地进行移动流媒体优化，以实现一个可自动感知用户QoE的自适应移动流媒体系统。具体研究内容包括基本理论、体系架构、关键算法、原型系统设计等四个方面。其中基本理论主要研究移动流媒体系统中所涉及的用户QoE评价体系、移动流媒体系统的性能分析方法。体系架构部分主要针对移动流媒体特征，在现有软件定义网络的基础上进行软件定义的移动流媒体体系架构的研究。关键算法包括移动流媒体用户QoE感知测量算法、流传输拥塞路径诊断、定位和优化算法，以及移动流媒体的自适应调节算法。原型系统设计主要是实现一个基于软件定义的移动流媒体分发平台，将我们在架构、理论、算法方面的研究成果进行实现。在国家基金委的资助下，项目按照计划正常执行，取得较多研究成果：累计有24篇学术论文发表或录用，其中包括 SCI 源期刊论文17篇（包括10篇 IEEE Transactions长文），申请中国国家发明专利8项（其中已获授权5项），培养毕业研究生 19 人。本项目的研究成果对于设计高服务质量保障的新型移动流媒体分发系统具有重要的指导意义。