更新移动互联网融合内容交换技术

移动互联网融合内容交换技术唐 晖中国科学院声学研究所高性能网络实验室提纲背景与趋势演进方案2革命方案中科院声学所高性能网络实验室中科院声学所高性能网络实验室互联网的流量发展趋势3Resource: CiscoResource: Cisco2013年视频流量达到 90%以上Resource: China UnicomResource: CNNIC 新一代宽带移动通信网的特点 宽带化、 IP化、扁平化、互联网化 移动互联网中的流量发展趋势 全球移动流量将在未来 5年内增长66倍 (Cisco) 2014年移动互联网中内容流量将达到 91%： P2P+Video+WEB (Cisco)P2P移动数据业务占比逐年提高 国外统计， P2P流量已占到繁忙基站流量的占 42%(Allot GMBT)移动互联网流量发展趋势4中科院声学所高性能网络实验室 智能手机与上网卡将主导移动互联网 2008-2013年移动上网卡和iPhone用户增长率为 55%和 53% (Morgan Stanley) 移动上网卡将成为普遍上网方式 75%以上用户在家 /办公室使用移动上网卡，类似于有线宽带 (Morgan Stanley) 固定移动互联网用户行为模式趋同 绝大多数用户对固定和移动网络并不区分使用，特别是大数据量的用户 (Allot GMBT)移动互联网用户行为特点5中科院声学所高性能网络实验室移动视频市场潜力巨大 移动视频市场潜力巨大美国移动视频到 2014年将增长至 13亿 美元， 2009-2014年期间年复合增长率为25.2%(eMarketer) iPad类手持终端带来更好的视频体验，加速移动视频流量的增长iPad用户访问视频应用频率是 iPhone用户的 三倍(nielsen)中科院声学所高性能网络实验室 6移动互联网面临的挑战中科院声学所高性能网络实验室内容流量的指数级增长设备类型与数量的 飞速增 加内容热度 和流量 的无尺度 幂律 分布越来越高的 QoS要求7如何应对挑战？打补丁 演进 变革性创新中科院声学所高性能网络实验室 8提纲背景与趋势演进方案9革命方案中科院声学所高性能网络实验室移动互联网内容交换特点与需求 终端 手机、 Notebook、 MID、 TV 终端能力各异，多屏合一与切换 网络 GPRS、 WLAN、 3G、 LTE 网络特性各异，带宽不同 内容 内容既可能从中央注入，也可能产生于边缘 突发性、难以预测 传播 双向化： WEB2.0、 P2P 去中心化：中央到边缘，边缘到边缘 内容适配能力 内容 与终端， 内容与网络 快速分发能力 快速高效地完成内容的注入、分发、管理 QoS保障能力 根据终端与网络的特点，充分利用资源，保证 QoS 网络融合能力 移动网与互联网融合， 3G网络与WLAN网络融合 业务融合能力 支持多种计费模式与交互模式，能够与其他业务无缝融合 控制管理能力 传播控制与内容监管中科院声学所高性能网络实验室特 点 需 求10现有互联网技术面临的问题中科院声学所高性能网络实验室CDN、 Cache P2P、 P4P、 DDP有保障的专有内容分发vs 尽力而为的开放内容缓存，解决互联网内容分发 QoS问题充分利用终端能力互联，按拓扑规划流量，加速内容分发，提高 QoS系统相互独立，资源协作与调度困难应用和 终端高度异构，Peer交互受限，网络架构不同，优化策略各异11设计思路 面向移动互联网应用发展 ， 构建基于移动分布式核心网 融合 P2P技术、 CDN技术、 P2P流量缓存技术、 Web流量缓存技术和流媒体缓存技术 ， 融合大规模内容分发网络和大规模内容缓存架构 为移动互联网的内容类业务提供融合的网络能力平台，实现移动互联网内容的快速高效分发和存储、实现移动互联网应用的流量优化和管理，实现固定网络和移动网络的资源共享中科院声学所高性能网络实验室 12融合内容交换网络架构内容互通 互联网内容与自主内容交换流动，丰富业务吸引力，保障服务 QoS资源整合 所有内容统一索引，全网 内容 资源统一调配推拉结合 缓存 +CDN， 充分利用已有的服务资源，适应多变的用户需求网络融合 3G与 WLAN融合，充分利用网络能力，提升 QoS质量终端联合 结合新型编码技术，实现异构终端内容共享， 充分释放终端能力中科院声学所高性能网络实验室 13全面的内容交换与调度 全域 Cache内容协同调度，提高缓存效率和命中率 缓存内容与 CDN内容交换互通，提高资源利用率和服务质量 CDN to Cache：降低跨域访问流量，应对突发访问需求 Cache to CDN：热门内容引入，提高分发质量中科院声学所高性能网络实验室 14融合内容交换网络关键技术中科院声学所高性能网络实验室 移动互联网 P2P节点选择优化技术 面向 3G/Wlan网络特点，优化 P2P节点行为 可将 peer的实际服务能力提高 1.5-2倍 ，基站负载均衡度改善 3-4倍 可扩展视频编码（ SVC）技术实现真正的三屏互通 针对 SVC优化的 P2P分片算法、节点调度算法、解码优化算法 充分利用可用的网络通道，选择最佳的网络（ 3G/WLAN），传输各层的数据，优化利用网络资源，提升视频质量15演进方案：新型宽带移动 IP承载网中科院声学所高性能网络实验室 融合内容交换网络的缺陷 缺乏对网络承载层状态的实时感知 网络、应用和用户需求复杂性急剧增长，网络管理愈加困难 网络元素缺乏智能的自适应能力，系统端到端性能优化机制差 新型宽带移动 IP承载网架构 演进型智能节点重叠网（ eINON：evolved Intelligent Node Overlay Network） 引入认知网络和跨层优化技术 基于策略的网络管理，自管理 /自配臵 /自优化 /自愈合能力 基于重叠网架构，充分兼容底层网络的异构性和动态性 国家重大专项支持16新型承载网传输优化技术 重叠层实现承载网络实时性能状态感知 基于认知网络技术的传输优化策略生成 基于策略的传输优化控制 eINON提供基于策略的网络配臵，实现网络流量疏导与优化 eINON通过标准应用接口，为主流业务流量提供数据转发传输优化 eINON提供网络优化应用 API，指导私有应用进行自适应配臵（如跨层优化编解码等）M A C 和 物 理 层流 媒 体 服 务 器 / 终 端应 用 层传 输 层无 线 资 源 控 制 层无 线 网 络 控 制 器 （ R N C）基 站 （ N o d e B）H . 2 6 4/ A V CM A C 和 物 理 层终 端无 线 资 源 控 制 层传 输 层应 用 层无 线 信 道网 络 层基 于 I P 的 网 元 设 备网 络 层基于策略的网络传输优化控制基于跨层优化的视频编解码应用API中科院声学所高性能网络实验室 17提纲背景与趋势演进方案18革命方案中科院声学所高性能网络实验室互联网的发展趋势和挑战中科院声学所高性能网络实验室信息密集 的业务类型慢慢迁移到互联网 ， 如银行 、 金融服务 、 旅行等被数字化编码的内容逐渐增多 ， 不仅只有文本 ， 还有声音 、 图像和视频Web使任何人都可以创建 、发现和使用内容 ， 导致新内容每年 以 EB的速度 增长摩尔定律驱动着硬件的增长 ， 不仅是超级计算机 、 工作站 ， 还有电话 、 汽车 、 家用电器 ， 甚至是照明开关都可以连入互联网互联网 已经成为人类社会的重要基础设施， 但是在性能、安全、管理和能耗方面存在着挑战，未来网络的研究正在展开 19中科院声学所高性能网络实验室 20未来网络研究现状 目标：开发一个更健壮 、 安全和可靠的未来网络Named Data Networking (NDN)加州大学洛杉矶分校MobilityFirst罗格斯大学NEBULA宾夕法尼亚大学XIA卡内基梅隆大学美国 NSF 日本 NICT欧盟 FP7 ITU-T的 FGFN美国 NSF未来网络架构项目组于 2010年 8月，从不同维度 (内容、移动、计算和应用 )，设计四种不同的未来网络架构。名称 内容Named Data Networking (NDN)通过 名字 实现命名和路由，而不是通过地址；提出 NDN架构，支持面向内容的安全功能MobilityFirst 提出以 移动为中心 的网络框架，使用通用的延迟容忍网络（ GDTN）来提供链路和网络不连接时的鲁棒性NEBULA (Latin for cloud) 提出 云计算为中心 的未来网络架构，数据中心由高速可靠、安全的骨干网络连接，支持网络服务的云计算模型eXpressive Internet Architecture (XIA)针对网络 应用模型的多样性 、可信通信的需求，探索网络创新的技术挑战，提供互联网服务的行为内容网络是未来网络的重要方向中科院声学所高性能网络实验室互联网 NDN命名 对传统终端进行命名，路径由全局路由决定，而不是局部的选择地址必须有命名数据，而不是传统的终端，包需要描述“ what”，而不是如何得到它的过程存储 不可见，有限制，信息一旦到达目的端，缓存的信息便不能再重复使用随着时间平移、间歇式连通和移动等异步事件的出现，存储和通信同等重要安全 采用通用模型通过 2个 IP地址间提供防御的安全方法，保障整个过程的安全满足数据生产者和使用者的端到端的安全需求，保障内容数据本身的安全互联网的价值在于其包含了哪些内容（ What） ，但通信方式仍然采用基于主机的寻址方式（ Where），有必要创建以内容为中心的未来网络21内容为中心的未来网络中科院声学所高性能网络实验室电话网线路互联互联网节点互联内容网内容互联改变了传统客户机 -服务器的交互模式 ， 设计面向内容的安全 、可信的网络架构22IP模型与 NDN模型中科院声学所高性能网络实验室IP模型信息转发表进行 单播 的转发NDN模型增加 内容存储 、 兴趣表 和 信息转发表 进行寻路和内容的 多播 转发23IP网络与 NDN内容获取方式中科院声学所高性能网络实验室Current Internet NDN未来内容交换网络需要可靠的内容传输机制，未来内容交换网络的研究还需要大规模网络试验环境24网络虚拟化分层模型中科院声学所高性能网络实验室Virtual Network ManagerVirtual Network ProviderSubstrate Network Provider资源发现 /资源配臵虚拟网络初始化 /管理 可编程网络节点路由器资源虚拟化动态可编程，支持多种协议和组网结构25 网络虚拟化环境多种网络架构并存可演进网络新型商业模式虚拟资源映射资源与拓扑发现资源与拓扑发现 虚拟资源绑定虚拟资源绑定映射算法InP1