软件定义虚拟CDN的资源协同优化部署研究

As the success of the virtualization technology and the emergence of soft-ware defined network (SDN), the SDN-based virtual CDN has provided new opportunities for the geo-distributed service with dynamic demand in a large scale. It inherits the traditional CDN techniques, such as load balancing and content scheduling, and also benefits from the flexible resource allocation of virtualization technology, as well as the fine-gained network control of SDN. In this project, we focus on the cooperative allocation of both content resource and network resource for the SDN-based virtual CDN. Initially, the resource allocation strategy is explored to build the distribution structure through the service region partition model under multiple constraints; In addition, network scheduling strategy is explored with the analysis of network delay model and link topology model, and a path detection algorithm based on dynamic re-planning is considered for multi-objective optimization; Finally, global association control is explored to analyze the co-allocation between the content resource and network resource, and an adaptive feedback control method is considered based on the proportional-integral control from traditional network congestion avoidance mechanisms. Above all, the results of this research project will provide theoretical and technical supports for the real-world implementation of SDN-based virtual CDN.

随着虚拟化技术的成熟和软件定义网络（SDN）的兴起，软件定义虚拟CDN为面向动态需求的大规模异地服务带来了创新和机遇。在传统CDN服务的基础上，软件定义虚拟CDN继承了负载均衡和内容调度等关键技术，同时兼容了虚拟化技术对资源的灵活部署以及SDN对网络的细粒化控制。本课题围绕软件定义虚拟CDN中内容资源和网络资源的协同优化部署问题展开研究。首先研究内容资源部署策略，通过分析多约束条件下的服务区域划分模型，探索虚拟节点分布体系的构建方法；其次研究网络规划调度策略，在分析服务的网络延迟和链路结构模型的基础上，建立不同的优化目标函数，探索基于动态重规划的路径搜索算法；最后研究全局关联调控机制，综合考虑内容资源和网络资源的耦合性，在传统网络拥塞控制策略的基础上探讨基于比例积分的自适应反馈控制机制。本课题的研究成果将为软件定义虚拟CDN的应用和普及提供理论支持和技术保障。

本课题针对虚拟CDN中的内容资源和网络资源的综合优化调度进行研究。整体系统分为节点部署子系统，网络规划调度子系统，以及关联调度子系统。其中内容资源方面研究了用户的动态访问在分布式服务下不同部署更新策略的性能，设计了从专属服务器到云端的迁移策略，节约了30%-50%的系统开销。网络资源方面研究了不同网络环境下的路径传输策略，包含了在分布式众包直播系统，容灾网络，以及城市车联网场景下的系统建模，优化，与部署实施。最后全局关联调度方面研究了网络链路检测下的内容资源反馈控制策略，并以自适应网络直播系统为例，开发出了基于SDN的内容传输解决方案。研究内容资源和网络资源综合调度机制，在部署软件定义虚拟CDN方面具有重要理论意义和实践价值。本研究成果包含了理论模型和系统实现，将有效提高资源的利用率，并保障动态访问需求下的QoS质量，为大规模内容传输服务提供有力支持。