باسمه تعالی

1397ماهآبان – پانزدهمین اجالس سراسری فناوری رسانه

1

به منظور بهبود کیفیت تجربه (SDN)افزار محور های نرماربرد شبکهک

ی خانگیبا تاکید برشبکه OTTدر یک شبکه (QOE)کاربران

2فرد، محمدرضا نوری1محمدعلی عظیمی

azimi94@chmail.irمخابرات دانشگاه صداوسیما، فارغ التحصیل کارشناسی برق

noorifard@yahoo.comدانشگاه صداوسیما، گروه مخابرات عضو هیئت علمی

چکیده

ی خدمات اینترنت های ارائه دهندهکه شرکت این راهکار است ،آنچه در این مقاله به آن پرداخته شده

(ISP)هایشبکهتوانند با روی آوردن به ها، میهای هنگفت برای گسترش کمی زیرساختبه جای صرف هزینه ها

ی خود، حجم های آن در شبکهزیرساخت سازیپیادهی اولیه و (، تنها با صرف یک هزینهSDNافزار محور )نرم

باند لینکبا واگذاری مدیریت پویای پهنای ) حداقل مشتریان پر اولویتشان را(، راشان وسیعی از رضایت مشتریان

ی خانگی تحت عنوان کاربر که، تامین کنند، با این کار، شخصی در هر شبهاآن به دست خود ، ی خانگیهاشبکه

بر روی کهای گرافیکیتواند بر اساس اولویت و اهمیت کار هر یک از کاربران و با استفاده از رابطارشد می

و کیفیت متناسب با اولویت هر کدام، بپردازدباند لینک بخشی از پهنای تخصیصشود به دستگاهش نصب می

ی خانگی تضمین کند. ترین کاربر شبکهکاربران و یا حداقل پر اولویتی همهرا برای (QOE) ی کاربرانتجربه

سنتی است و ISPی در سه سناریو )دو سناریو وقتی شبکه ی خانگییک شبکه ،به عنوان نمونه ،در این مقاله

های تحت نام ربا دو کارب ای ومگابیت بر ثانیه 1.5باند لینک محدود سناریوی سوم پس از اعمال راهکار(، با پهنای

U1 به عنوان کاربر پر اولویت وU2 است و با سازی شده پیاده ،نتدر اموالتور مینی ،به عنوان کاربر کم اولویت

، به خوبی نشان U1 ، برای کاربر پر اولویتQOEافزار ایولوید، تضمین استناد به نتایج بدست آمده توسط نرم

تری نگاه شود ی نمونه، تعمیم داده و با مقیاس وسیعحال اگر نتایج بدست آمده برای این شبکه داده شده است.

شود.ی این روش به خوبی روشن میمزیت عمده

.باندپهنایمدیریت کیفیت، اولویت، (،SDNافزار محور)ی نرمهای خانگی، شبکهشبکه: کلمات کلیدی

1397ماهآبان –پانزدهمین اجالس سراسری فناوری رسانه

2

و طرح مساله مقدمه

برای چند سال آتی های مختلفدر حوزه در آن ترافیک مصرفی جهانی را که ارائه شده توسط شرکت سیسکو آمارهای

های با قابلیت اتصال به اینترنت و از سوی های آتی از یک سو تعداد دستگاهکه تا سال ی این استنشان دهنده، کردهبینی پیش

سازی افزایش خواهد یافت. از این میان، ترافیک مربوط به جریان ،دیگر رشد ترافیک مصرفی هر دستگاه، به صورت فزاینده

خواهد را باشد، بیشترین سهم از ترافیک مصرفی اینترنت که ترافیکی حساس به تغییرات پهنای باند و تاخیرات شبکه می 1ویدیو

از جهت نیز از لحاظ فراگیرشدن و شوند وتر میرو به روز پیچیده های خانگیکه شبکه ی این استنشان دهندهداشت. این

های خانگی عموما محدود است و این لینک باند لینک شبکهاز طرفی پهنای؛ ستندبه سرعت در حال افزایش ه ،تعداد کاربران

باند محدود، توانایی ، در نتیجه، این پهنایبه اشتراک گذاشته شود ی کاربرانهمهممکن است گاها به صورت همزمان بین

یه خود معماری اینترنت هم، بر پایهی کاربران را به صورت همزمان نخواهد داشت و این درحالی است کپشتیبانی از همه

ی و در مورد حفظ کیفیت مطلوب، تضمینی نمی دهد در نتیجه ممکن است کاربران این شبکه است 2فایفو بیشترین تالش

ی خانگی به ویژه کسانی که مشغول تماشای ویدیوی آنالین هستند، با افت شدید کیفیت مواجه شوند و شرکت ارائه دهنده

بر اساس نوع 3ی خانگی را به صورت پویا های شبکهاگر بتوان دستگاه نت را مقصر این افت کیفیت ناگهانی بدانند.خدمات اینتر

توان کیفیت به هر کدام بخشی از پهنای لینک را اختصاص داد می انبندی کرد و متناسب با آناولویت هاکارشان و یا اهمیت آن

بندی تضمین کرد. این اولویت ،که در آن موقعیت در صدر اولویت قرار دارد ی خانگیاز شبکه را برای کاربران و یا حداقل کاربری

ها و اعمال این اولویت باشدشود، مییاد میی خانگی شبکهارشد ی خانگی که از آن به عنوان کاربری از شبکهی کاربربر عهده

لینک، باندپهنایقسمتی از اختصاص به صورت 5ریانج -و در جهت پایین ISPای واقع شده در SDN4توسط زیرساخت

وجود ISPبین کاربر و 6هادهیبنابراین نیاز به برخی عالمتگیرد؛ با اولویت تخصیص یافته به هر کاربر صورت می بمتناس

تواند بدون می ISP(، REST API)ارسال درخواست API ها از طریق یک تماسدهیی برقراری این عالمتدارد. به واسطه

برای ، حفظ کیفیت را7(DPI)ها بندی ها از طریق عملیات گرانی مثل بازرسی عمیق بستهنیاز به تشخیص و فهم این تقسیم

افزار محور فراهم نموده های نرمها می توانند با استفاده از بستری که شبکهISPتضمین کند. به عبارت دیگر های خاصجریان

ی های مشخص خود، بخشی از مدیریت لینک دسترسی شبکهی سیاستتر در محدودهتر و هوشمندانهانای ارزاند به شیوه

ی خانگی که به اولویت هر یک از اعضای آن آگاه است واگذار کنند تا وی بتواند با خانگی را به صورت پویا به کاربری از شبکه

تعیینتخصیص اولویت )و یا مستقیما صورت پویا به ود بهشگرافیکی ای که بر روی دستگاهش نصب میاستفاده از رابط

ای )حساسیت و یا عدم حساسیت به تغییرات های فنی نوع محتوای چندرسانهکار و یا ویژگیباند( متناسب با اهمیتپهنای

سازی، ی مدنظر برای جریانی خانگی و نوع دادهباند(، هر کاربر بپردازد. با این کار با توجه به ظرفیت لینک دسترسی شبکهپهنای

ی کهگی تضمین و رضایت آنان را کسب کرد. مثالی خانترین کاربر شبکهرا برای کاربران و یا حداقل پر اولویت QOEتوان می

پدر خانواده در، محدودباند ی خانگی با پهنایدر یک شبکهفرض کنید :روشن کندتواند این موضوع را به شود میادامه بیان می

کوچک باشد؛ در این حین، فرزند( میپر اولویتویدیو کنفرانس )جریان ویدیویی ی سمینار علمی مهم خود به صورتحال ارائه

( کم اولویتیک کارتون )جریان ویدیویی آنالین در یک سرویس اشتراک ویدیو، مشغول تماشای به صورت همزمان خانواده هم

ویدیویی تنها توانایی پشتیبانی از یک جریان ،ی خانگیلینک دسترسی این شبکه د محدودبانکه پهنایاما از آنجایی شود.می

ی دریافتی توسط پدر خانواده به باند این لینک بین دو دستگاه، کیفیت ویدیوی زندهآنالین معمولی را دارد لذا با اشتراک پهنای

تواند ، پدر خانواده میبررسی شده در این مقالهتفاده راهکار شود درحالیکه با اسکند و عمال کار پدر مختل میشدت افت می

ا در اختیار کاربر دیگر قرار باند رباند مربوط به خود را تضمین کند و مابقی پهنایحداقل در مدت زمان چنین فعالیتی پهنای

1 - Video streaming

2 - Best-effort FIFO 3 - Dynamically

4 - Software defined network

5 - Down-stream

6 - Signaling

7 - Deep Packet Inspection

1397ماهآبان –پانزدهمین اجالس سراسری فناوری رسانه

3

ی زمانی تضمین شود در این بازهیبا این روش کیفیت جریان ویدیویی مربوط به پدر که جریان با اولویت باالتر محسوب مدهد.

ابتدا به معرفی هر سناریو پرداخته که سه سناریو طراحی شده است گردد. در قسمت بعد برای اثبات صحت این موضوعمی

PSNRدر معیار QOEافزار ایولوید، سازی و با کمک نرمنت شبیهها در اموالتور مینیو در ادامه هریک ازین سناریوشود می

ی نتایج حاصل از این سه سناریو درستی عملکرد این راهکار عیان شود و در نهایت با مقایسهکاربر پر اولویت محاسبه می برای

شود.می

تحقیقات پیشین

ی آن قابلیت مدیریت ارائه کرده اند که به واسطه ISPی افزار محور برای شبکهیک معماری نرم ]1[ 8کومار و همکاران

ی ها برای کاربر ارشد شبکهها و اپلیکیشنگرافیکی در دو سطح دستگاهی خانگی با استفاده از یک رابطباند لینک شبکهپهنای

گی و نیز مفهوم های خانهای پیش روی شبکهبه تشریح مسائل و چالش ]2[ در 9فرناندز و همکاران شود.خانگی فراهم می

به ]3[ در 10پرداخته اند. سوتنس و همکارانکند هایی که ایجاد می( و مزایا و فرصتSDHNافزار محور)های خانگی نرمشبکه

افزار محور های خانگی ناهمگون با استفاده از به کارگیری تجهیزات نرمافزار محور برای مدیریت شبکهتشریح یک معماری نرم

های خانگی پرداخته اند.در خود شبکه

هامعرفی سناریو

ی د لینک دسترسی شبکهبانبندی پهنایای(. عدم امکان قسمتSDN )غیر سنتی ISPزیر ساخت ) قبل از اعمال راهکارالف(

:(ی خانگیها توسط کاربر ارشد شبکهخانگی متناسب با اولویت

سازی فایل ویدیویی از سرور است. )تمام پهنای باند لینک در اختیار ( در حال جریانU1سناریوی اول: تنها کاربر پراولویت )کاربر

گیرد.(این کاربر قرار می

پردازد. سازی یک فایل ویدیویی آنالین میهم به صورت همزمان به جریان U2کاربر، کاربر U1عالوه بر کاربر سناریو دوم:

شود.(به اشتراک گذاشته می U2و U1ی خانگی بین کاربر باند لینک شبکه)پهنای

توسط ی خانگی ای. فراهم شدن مدیریت پویای لینک دسترسی شبکهSDNبه صورت ISPزیرساخت بعد از اعمال راهکار ) ب(

هایشان(:باند برای هر کاربر متناسب با اولویتبندی پهنایکاربر ارشد و قسمت

افزار محور قرار داده شده با استفاده از زیرساخت نرمسناریو سوم: این سناریو همان تکرار سناریوی دوم است با این تفاوت که

بندی کرده و مقداری از آن را که ها قسمتناسب با اولویتباند لینک دسترسی را متی خانگی پهنای، کاربر ارشد شبکهISPدر

دهد. تخصیص میو مابقی را به کاربر دیگر را تضمین کند به آن U1کیفیت ویدیوی کاربر پر اولویت

8 - Kumar at al

9 - Fernandes at al

1 0 - Soetens

1397ماهآبان –پانزدهمین اجالس سراسری فناوری رسانه

4

باند به و این مقدار این پهنای گرفته استقرار U1تماما در اختیار دستگاه لینک باند پهنای کهاز آنجاییدر سناریوی اول

سازی ویدیویی برای این کاربر بدون جریانای است که توانایی پشتیبانی از یک جریان ویدیویی با کیفیت را دارد، بنابر این گونه

ری باشد که در آن یک معمابیانگر معماری شبکه برای این سناریو می 1گیرد. شکلصورت می باالییهیچ مشکلی و با کیفیت

باشد، به تصویر کشیده شده است.سازی داده میی خانگی که تنها کاربر پر اولویت در حال جریانی سنتی و شبکهشبکه

سناریوی اول یمعماری شبکه -1شکل

پشتیبانی همزمان از دو جریان ای است که توانایی به اندازهبه این علت که پهنای باند لینک دسترسی در سناریوی دوم

و تضمینی برای قرار داردبر مبنای بیشترین تالش فایفو هم و از طرفی کیفیت پایه معماری اینترنت ویدیویی آنالین را ندارد

نسبت به حالت U1باندکاربرکاهش سهم پهنای به دنبال آن، به مودم و U2بعد از اتصال کاربر بنابر ایندهد حفظ کیفیت نمی

بیانگر 2شکل گردد.های مکرر تصویر سبب نارضایتی وی میاولویت شدیدا افت کرده و فریز شدن قبل، کیفیت برای این کاربر پر

باشد.ی سناریوی دوم میمعماری شبکه

ی سناریوی دوممعماری شبکه -2شکل

فلو ای اوپن SDN کننده و سوییچنظیر کنترل ،ISPای در زیرساخت SDN کارگیری تکنولوژیبا به در سناریو سوم

( فراهم U1 اینجا کاربری خانگی )ی خانگی توسط کاربر ارشد شبکهباند لینک دسترسی شبکهقابلیت مدیریت پویای پهنای

باند یپهنا ،ی خانگیباند لینک شبکهاز کل پهنای گرافیکی نصب شده بر روی دستگاهش شود و این شخص با استفاده از رابطمی

ی دهد که در نتیجهقرار میکاربر دیگر در اختیارباند را و مابقی پهنای اختصاص خود ویتکافی را برای جریان ویدیوی پر اول

1397ماهآبان –پانزدهمین اجالس سراسری فناوری رسانه

5

این لینک، بهU2 تضمین شده است حتی با اتصال کاربر U1ویدیوی پر اولویت کاربر برای باند کافی پهنای کهاز آنجایی آن،

QOE ی ارسال درخواست به خوبی اجزای سناریو سوم و نحوه 3در شکل .گرددبرای وی تضمین و رضایت شخص نیز حفظ می

REST API .نشان داده شده است

ی سناریوی سوممعماری شبکه -3شکل

رابط گرافیکی

ی خانگی را گرافیکی طراحی شده به صورت ساده برای نصب بر روی دستگاه کاربر ارشد شبکهدو رابط 5 و 4هایشکل

به صورت مستقیم به تخصیص پهنای باند 4گرافیکی نشان داده شده در شکلتواند با استفاده از رابطمید که وی ندهنشان می

)فرضا فرزند U2و یا کاربر)فرضا پدر خانواده( U1ی خانگی، یعنی کاربرشبکه هر یک از دو کاربر دستگاه مربوط به برای

باند، برای هریک از تواند به جای تخصیص پهنایمی 5ن داده شده در شکلگرافیکی نشاخانواده( بپردازد و یا با استفاده از رابط

باند گرافیکی پهنایی نوشته شده برای رابطاولویتی متناسب با اهمیت کارشان انتخاب کند که در برنامه U2و U1دو کاربر

های مربوطه در درخواست در فیلدی خانگی محاسبه و باند لینک دسترسی شبکهها به صورت درصدی از کل پهنایمعادل آن

REST API ی خانگی با های مربوطه توسط کاربر ارشد شبکهگیرد. بعد از پر کردن فیلدارسالی برای کنترل کننده قرار می

ی که سوییچ سرویس دهنده به شبکه ISPی واقع شده در کنندهبرای کنترل REST APIفشردن کلید ارسال درخواست، پیام

های گنجانده شده در درخواست کننده، قواعد کیفیت سرویس متناسب با پارامترکند، ارسال و کنترلدیریت میخانگی را م

REST کند. سازی میی خانگی پیادهرا بر روی این سوییچ و پورت متصل به لینک شبکه

باند برای هر کاربرگرافیکی طراحی شده برای اختصاص مستقیم پهنایرابط -4کلش

1397ماهآبان –پانزدهمین اجالس سراسری فناوری رسانه

6

گرافیکی طراحی شده برای اختصاص اولویت متناسب با هر کاربررابط -5شکل

سازی سناریوهاابزارهای استفاده شده برای نمونه

استفاده شده است. اموالتور 11نتاز اموالتور مینی ی معادل هر سناریو،سازی توپولوژی شبکهبرای پیاده پروژهدر این

VMware از ماشین مجازی و برای نصب خود لینوکس اوبونتونصب Ubuntu 14.04 LTSروی لینوکس نت بر مینی

Workstation Pro.14.0.0 باشد که به زبان پایتون نوشته می "ریو"ی به کار رفته در پروژه کنندهکنترل است. شدهاستفاده

نت به توپولوژی اده از اموالتور مینیی خارجی، با استفکنندهکننده به صورت یک کنترلباشد. این کنترلفلو میشده و از نوع اوپن

( هستند در OVS) Open vSwitchنت که از نوع فرض مینیهای پیش. از خود سوییچگردداضافه میی ساخته شده، شبکه

و در نهایت برای گردیدهاستفاده VLCافزار های ویدیویی از نرمسازی فایلجریان به منظورتوپولوژی استفاده شده است.

استفاده شده است. EvalVidافزار سازی شده، از نرمهای جریانبرای ویدیوPSNR ی کیفیت تجربه کاربران در معیار همحاسب

از هستند اما mp4به فرمت شده اند،ها در عنوان بعدی آورده های ویدیویی مورد استفاده در این پروژه که مشخصات آنفایل

های ، فرمت فایلffmpegافزار الزم است با استفاده از نرم ،کندرا قبول می yuvتنها فرمت EvalVidافزار که نرمآنجایی

یافته به سمت کاربران را به این فرمت تبدیل کرد.ویدویی مرجع و جریان

سازی پیادهسازی از سوی سرورها ای انتخابی، برای جریانمشخصات محتوای چندرسانه

فریم 30فریم در ثانیه( و تعداد فریم زیاد ) 25سازی، دو ویدیو با تعداد فریم معمولی )برای جریانکار رفته های بهویدیو

آورده شده است. 1ها در جدولدر ثانیه( که مشخصات دقیق آن

ای انتخابیمشخصات محتوای چندرسانه -1جدول

فریم کمترویدیوی با تعداد ویدیوی با تعداد فریم بیشتر)سریع شده( مشخصات

25ثانیه/فریم 30ثانیه/فریم تعداد فریم

ثانیه30 ثانیه27 زمان کل ویدیو

(kbpsکیلوبیت بر ثانیه)510 (kbpsکیلوبیت بر ثانیه)۶88 ریت کلمتوسط بیت

باند، کاهش کیفیت باند حساس تر است و به ازای افت پهنایکه ویدیوی سریع تر نسبت به تغییرات پهنایاز آنجایی

ترین شرایط، شود تا با ایجاد حساسانتخاب می U1، این ویدیو برای کاربر پر اولویت ]4[ بیشتری نسبت به ویدیوی معمولی دارد

ن پروژه در حفظ کیفیت ویدیوی دریافتی توسط این کاربر، به خوبی نشان داده شود.عملکرد مناسب راهکار بررسی شده در ای

1 1 Mininet emulator

1397ماهآبان –پانزدهمین اجالس سراسری فناوری رسانه

7

نتدر اموالتور مینی هاسناریوسازی پیاده

با استفاده ها،سازیپیاده .شده استنت استفاده ناریو از اموالتور مینیسازی هر سه سبرای پیاده گفته شدقبال همانطور که

فلو( صورت ای اوپنSDN های ی مرکزی و سوییچکنندهای )وجود کنترل SDNنت و در قالب معماری از اموالتور مینی

ای این دو سناریو برست ااما از آنجایی که در سناریوهای اول و دوم زیرساخت شبکه یک زیرساخت سنتی فرض شده .استگرفته

کننده به توپولوژی شبکه در مراحل شدن کنترلکننده اعمال نمی شود و اضافه ا و نه بر کنترلهنه بر سوییچ یهیچگونه مدیریت

ها در های مختلف و تبادل داده بین آنهای متصل به سوییچسازی این دو سناریو صرفا برای برقراری ارتباط بین میزبانشبیه

های های متصل به سوییچنت، ارتباط بین میزباندر اموالتور مینیکننده )در صورت عدم وجود کنترل باشدنت میاموالتور مینی

های فرضشان به هدایت بستهباشد و تبادل داده میسر نیست.(. با این کار سوییچ ها بنابر تنظیمات پیشمختلف با هم قطع می

شود.ی سنتی، استفاده مییک شبکه ها به مثابه تجهیزاتناز آ ی اول و دوم،پردازند و اینگونه بنابر فرض سناریوهاداده می

پس در قالب یک سو ها نوشته شدهی آنی پایتون مربوط به توپولوژی شبکهابتدا برنامه ،سازی سناریوهابرای شبیه

اسکریپت فراخوان با استفاده از خط فرمان لینوکس این بعد ی. در مرحلهگردیده استذخیره بر روی لینوکس اسکریپت پایتون

ی خارجی کنندهی بعدی، کنترلنت اصطالحا ساخته می شود. در مرحلهشود و توپولوژی شبکه در اموالتور مینیو سپس اجرا می

صرفا برای امکان تبادل د برای دو سناریوی اول و دومکننده همانگونه که بیان ششود؛ کنترلریو به توپولوژی شبکه اضافه می

ی برقراری باشد اما حضور آن جزئی از سناریوی سوم است و بر اساس راهکار ارائه شده در این پروژه الزامیست و از آن براداده می

نت برای شود. بعد از ایجاد کامل زیرساخت در اموالتور مینیی خانگی استفاده میامکان مدیریت پویای لینک دسترسی شبکه

،کنندهبه کنترل REST API رسال درخواستباند لینک با اسناریو )در سناریوی سوم عالوه بر ایجاد زیرساخت، پهنایهر

افزار با استفاده از نرم نت،ای ایجاد شده به کمک اموالتور مینیدر ادامه در بستر شبکهشود(، مدیریت می توسط کاربر ارشد،

VLC ریو برای هر سنا هاسازیاین جریان. شده استسازی )سرورها( برای هر کاربر جریانرورهای ویدیویی مرجع از سمت سفایل

یافته در هر سناریوهای ویدیویی جریانفایل .تری را بدست دهدها نتایج نهایی دقیقمیانگین آن تا گرفته استده مرتبه صورت

ی کیفیت تجربه، EvalVidافزار با استفاده از نرم ،yuvبه mp4پس از تبدیل فرمت از و در نهایت شدهای ذخیره در پوشه

قدار مگیری از هر ده ، پس از میانگیننتایج حاصله شده محاسبه و سر انجامبرای ویدیوهای ذخیره PSNRکاربران در معیار

PSNR آمده و بدست آوردن بدستPSNR نهایی با نامPSNR ،شده اند.ابی ارزی میانگین برای هر سناریو

REST APIباند و ارسال درخواست یتخصیص پهنا

لینک الزم است تا ویدیوی کاربر پر اولویت Mbps 1.5باند از ظرفیت آوردن اینکه حداقل چه میزان پهنای برای بدست

U1نتمینیسازی در اموالتور ، هنگام جریان سازی از سرور به سمت کاربر کیفیت مطلوب خود را حفظ کند با استفاده از پیاده،

، U1باند برای حفظ کیفیت ویدیوی کاربر دهد حداقل پهنایی آن نشان میآزمایشات متعددی انجام شده است که نتیجه

Kbps1200 کیلوبیت دیگر به آن اختصاص داده شده است. در نتیجه با اختصاص 100باشد که برای اطمینان از تضمین آن می

Kbps1300 ازKbps1500 لینک به جریان مربوط به کاربر باندکل پهنایU1ی ، حفظ کیفیت ویدیوی دریافتی وی در بازه

مانده از باقی Kbps200و U1برای کاربر Kbps1300 مقادیر پس از واردکردن شود.زمانی دلخواه برای این کاربر تضمین می

، با فشردن کلید ارسال درخواست شده در شکل.... گرافیکی نشان دادههای مربوطه در رابطفیلد در U2باند لینک برای کاربرپهنای

کننده واقع شده در زیرساخت ، برای کنترلCurl با استفاده از ابزار REST APIگرافیکی مشهود است، درخواست که در رابط

ISP نشان داده شده است دو صف ۶، همانگونه که در شکلخواستکننده پس از دریافت و تحلیل این درشود. کنترلارسال می

بر روی ، 12(HTBهای سلسله مراتبی لینوکس )باکتکیلوبیت بر ثانیه با استفاده از الگوریتم تکن 200و 1300باند با پهنای

جریان مربوط به مه در اداکند و خانگی، ایجاد می یدهنده به شبکهسرویس یفلوسوییچ اوپن متصل به لینک دسترسی پورت

1 2 Hierarchy Token Bucket

1397ماهآبان –پانزدهمین اجالس سراسری فناوری رسانه

8

شوند که برای کنترل کننده ارسال میای REST APIهای دهد. در زیر درخواستهر کاربر را به صف مربوطه، تخصیص می

نوشته شده اند: JSONبه فرمت REST APIهای آورده شده است. این پیام

و "0"بندی ی صفصف با شناسه برایKbps1300های باندمربوط به ایجاد دو صف با پهنای REST APIدرخواست

Kbps200 فلو سوییچ اوپن 3، بر روی پورت اترنت"1"بندی ی صفبرای صف با شناسهs1 که در زیر ساختISP واقع شده

:دهدی خانگی سرویس اینترنت را ارائه میاست و به شبکه

{"port_name": "s1-eth3", "type": "linux-htb", "max_rate":"1500000", "queues":[

{"min_rate": "0","max_rate":"1300000"} , {"min_rate": "0","max_rate":"200000"}]}

به Kbps1300باند )اختصاص پهنای "0"بندی ی صفبه صف با شناسه U1اختصاص جریان کاربر REST APIدرخواست

(:queue_id=0بر روی صف با U1()ترسیم جریان کاربرU1کاربر

{"priority": "1","match": {"nw_dst": "10.0.0.2", "nw_proto": "UDP", "tp_dst":"5004"},

"actions":{"queue": "0"}}

به Kbps200باند )اختصاص پهنای "1"بندی ی صفبه صف با شناسه U2اختصاص جریان کاربر REST APIدرخواست

(:queue_id=1بر روی صف با U1() ترسیم جریان کاربرU2کاربر

{"priority": "1","match": {"nw_dst": "10.0.0.4", "nw_proto": "UDP", "tp_dst":"5004"},

"actions":{"queue": "1"}}

RESTهای اختصاص داده برای هر یک از دو کاربر پس از دریافت درخواست باندایجاد دو صف با پهنای -۶شکل

سناریوهاسازی تحلیل نتایج حاصله از پیاده

بدست 35برابر با ،کاربر برای این مرجع سازی فایل ویدیوییمیانگین حاصل از ده مرتبه جریان PSNR، اول سناریوی در

باند یرفت، چراکه تمام پهناباشد و همین هم انتظار میاین کاربر می ویدیوی دریافتیی کیفیت مطلوب آمد که نشان دهنده

لینک هم به U2، کاربرU1وقتی که عالوه بر کاربر در سناریوی دوملینک بدون هیچ رقیبی در اختیار این کاربر قرار داشت.

به شدت افت ، U1برای کاربر پر اولویت QOE ،باند لینک شریک شددر مصرف پهنای، U1با ی خانگی متصل و همزمان شبکه

برای این کاربر شده و عمال های مکرر این امر سبب فریز شدن که کندتنزل پیدا می 19به مقدار 35میانگین از PSNRو کرده

ینمیانکPSNR مقدار ،U2کاربرجریان ویدیویی برایبدست آمده ینتیجه، نتیجههمزمان با این کند،کار وی را مختل می

1397ماهآبان –پانزدهمین اجالس سراسری فناوری رسانه

9

کار دارای اولویت کمتری از منظر اهمیت 2U. این درحالی است که ویدیوی کاربر دهدمی شانرا که عددی مطلوب است، ن 33

باند لینک محدود است و توانایی پشتیبانی باشد و تضمین کیفیت برای این کاربر با توجه به اینکه پهنایمی U1نسبت به کاربر

در سناریوی سوم پس از باشد.ی زمانی خاص، ضروری نمیهمزمان از دو جریان ویدیویی آنالین را ندارد، حداقل در یک بازه

با وجود اینکه حتی ی زمانی دلخواه،در بازه U1باند کافی برای کاربر هنایاعمال راهکار بررسی شده در این مقاله و تضمین پ

،بر اساس نتایج بدست آمده برای وی افت نکرده و QOE پرداخت،به صورت همزمان، به تماشای فایل ویدیویی U2کاربر

PSNR 1ین رضایت کاربر پر اولویت که این امر سبب تامکند افزایش پیدا می 35مجدد به مقدار اصلی و مطلوب میانگینU

7بندی نتایج در شکلجمع .دهدامر تحقق هدف مطرح شده در این مقاله را به خوبی نشان می این کهشود می در تمای حاالت

آورده شده است.

تایج بدست آمده برای هر سه سناریو در یک نگاهن -7شکل

هاپیشنهاد

هستند، از طرفی برای سازی ویدیوی خانگی در حال جریاندو کاربر شبکهدر این مقاله فرض بر این بوده است که هر

ای انتخاب شده است که توانایی واضح نشان دادن عملکرد مناسب راهکار بررسی شده در این مقاله، پهنای باند لینک به گونه

ای حساس به تغییرات پهنای ندرسانهسازی محتوای چپشتیبانی همزمان از دو جریان ویدیویی را نداشته باشد از طرفی جریان

باند و تاخییرات شبکه هستند، بالتبع با تضمین کیفیت برای ویدیوی یک کاربر، ویدیوی کاربر دیگر با افت کیفیت رو به رو

س اما چنانچه به جای جریان ویدیویی، این کاربر مشغول دانلود شود، با توجه به این ویژگی که دانلود یک فایل حساشود. می

باشد؛ بنابراین یک و آنچه برای کاربر مهم است دانلود کامل فایل در یک زمان معقول می به تغییرات پهنای باند نیست

سازی فایل ویدیویی که شود که بتوان از سهم پهنای باند مربوط به دانلود یک فایل به جریانپذیری در شبکه ایجاد میانعطاف

سازی یک فایل به جای جریان U2توان برای کاربربنابراین می .ب نیازمند است اختصاص دادبه تضمین پهنای باند حداقلی مناس

200باند عامل در نظر گرفته شود که در این صورت پهنایدانلود فایل ایزوی یک سیستم مثلویدیویی، دانلود یک فایل حجیم

ی خانگیشبکه کیفیت برای هر دو کاربر ی آننتیجهدر را نیز جلب کند. که U2تواند رضایت کاربرای میکیلوبیت بر ثانیه

گردد تمامی مراحل این پروژه با این فرض پیاده شود و نتایج حاصله، مشاهده، تحلیل رضایت بخش خواهد بود؛ حال پیشنهاد می

و درستی ادعای فوق بررسی شود.

حاصل شده QOEگیرد میزان بهبود ( را در نظر میHVSکه سیستم بینایی انسان) SSIMتوان با استفاده از معیار می

را بهتر و مناسبتر نشان داد.

1397ماهآبان –پانزدهمین اجالس سراسری فناوری رسانه

10

API باندبندی و اختصاص پهنایبا تقسیم ی خانگیشده در این پروژه مربوط به اولویت بندی بین کاربران شبکهاستفاده

رای کنترل دسترسی کاربر یا های دیگری نظیر مسدودکردن سایت از یک منبع مشخص که بAPIتوان باشند ولی میمی

.و آن را در رابط گرافیکی گنجاند استفاده کرد ( نیز13رود ) نظیر: قابلیت کنترل والدینکاربرانی معین به منابع خاص به کار می

ارامترهای پابتدا امکان سنجی درخواست مشتری را براساس ،کننده نوشت کهی الگوریتمی در سمت کنترلتوان برنامهمی

بسنجد و در صورت عدم تجاوز از حدود اربر،ک APIی آن با پارامترهای موجود در تماسو مقایسه ISPین شده توسط تعی

سازی کند.ی خانگی پیادهدرخواست مشتری را بر روی سوییچ خدمات دهنده به شبکه QOSپارامترهای های ،تعیین شده

گیرینتیجه

با واگذاری مدیریت ،با دو کاربر نمونه ی خانگیدر یک شبکه روشن شد کهبه خوبی ، نتایج قبل نشان دادکه همانطور

ین شد. حال اگر مقیاس تضمآن کیفیت برای کاربر پر اولویت چگونه ،شبکه اینبه کاربر ارشد ،دسترسی باند لینکپهنای

های کالن ها به جای صرف هزینهISPه بینیم کهای خانگی را در نظر بگیریم، میو مجموعه ای از شبکه تری را نگاه کنیموسیع

توانند با روی های مضاعف تعمیر، نگهداری و مانیتورینگ منظم آنها، میاز آن دشوارتر، هزینهگسترش کمی زیرساخت ها و

افزار نرم هایختی اولیه و فراهم کردن زیرسابا صرف یک هزینه تنها ،SDNتر، نظیر تکنولوژی های منطقیآوردن به شیوه

های لینکپویای مدیریت حجم وسیعی از رضایت مشتریان پر اولویتشان را به دست خود آنان و با واگذاری ،ی خودحور در شبکهم

ی هاکهارشد شب انباند لینک توسط کاربرصحیح پهنای حال آنکه با مدیریتخودشان، تامین کنند، دست ی خانگیشان به هاشبکه

به صورت همزمان ی خانگی،شبکه ی کاربرانبرای همهنه فقط برای کاربر پر اولویت بلکه ا توان کیفیت رخانگی چه بسا می

ی کاربران به صورت همزمان به لینک متصل نباشند ی خانگی، اوال ممکن است همهبه عنوان مثال در یک شبکه .تضمین کرد

سازی فایل ویدیویی آنالین ند همگی درحال جریانو یا ثانیا آن دسته از کاربرانی که به صورت همزمان به لینک متصل هست

کند باند لینک ایجاد میپذیری در مدیریت پهناینباشند و برخی از آنان مشغول دانلود یک فایل باشند که همین امر یک انعطاف

تر به تغییرات متر و حساسهای مهها گرفته و در اختیار جریانباند دانلودنایتواند از سهم پهی آن کاربر ارشد میکه به واسطه

های ویدیویی قرار دهد چراکه اگردانلودها مدت زمانی منطقی بیشتر طول بکشند سبب سازی فایلپهنای باند نظیر جریان

سازد، پس بنابراین، این یک ناراضی و کالفه میا م قطع و وصل شود، بیننده رشود اما اگر ویدیوی آنالین مدانارضایتی نمی

باند لینک های مشتریان خود و دادن حق مدیریت پویا و آسان پهنایها با احترام به اولویتISP .سر برد است ی دومعامله

مدیریت صحیح لینک و کاربران نیز با تر فراهمی کمتر و منطقیهارا با صرف هزینهنان ، رضایت آهابه آن خانگیشان یهاشبکه

امید است بتوان با حرکت به سمت این لذا برند.بولی از سرویس اینترنت خود بهره میرضایت قابل ق هایشان باخود بنابر اولویت

ای های چندرسانهها، به ویژه دادهی فناوری اطالعات، تبادل مطمئن و کیفیت مطلوب دادههای کاربردی در حوزهقبیل فناوری

د.ده و آن را مدیریت و پشتیبانی نموحرکت کر IP جهانی را تضمین و همپای با این ترافیک به شدت رو به رشد

منابع و مآخذ

[1] Himal Kumar, Hassan Habibi Gharakheili, Vijay Sivaraman, “ User Control of Quality of Experience in

Home Networks using SDN”, pages: all pages

[2] Eder Leao Fernandes, Christian Esteve Rothenberg, Marcos Rogerio Salvador, “ Software Defined Home

Networking: Research Challenges and Innovation Opportunities”

[3] Niels Soetens, Jeroen Famaey, Matthias Verstappen, Steven Latre, “ SDN-based management of

heterogeneous home networks”

و QoS ی معیارهایو اندازه گیر Mininet برای انتقال محتوای چندرسانهای با POX کارگیری کنترل کننده به”رمضانی اول، جابر ]4[

QoE 139۶، بهمن“ ی نرم افزار محور نمونهدریک شبکه

1 3 Parental control