高速网络中视频服务质量监测技术研究

作     者：刘亚 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴桦

授予年度：2022年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：视频服务 卡顿检测 Sketch 流量抽样 丢包检测 

摘      要：随着互联网技术不断发展以及网络基础设施的不断的完善,越来越多的用户通过移动终端访问视频网站,因此视频流量也成为网络流量的主体。为了更好地为用户提供服务,ISP需要在高速网络接入点对视频服务质量进行监测。视频卡顿是影响视频质量的一个重要因素,但是用户侧观看视频时的卡顿与终端播放设备也有关,在网络接入点难以获得用户端的卡顿。与此同时,丢包也是影响视频质量的一个关键Qo S参数,而现有网络中丢包检测方法无法适用于高速网络中,ISP监测视频服务流的端到端丢包也存在部署困难的问题。针对上述问题,本文提出了基于缓冲区信息的视频卡顿检测方法和基于流量抽样和Feature-Sketch的丢包检测方法,以实现ISP对高速网络中视频服务质量的有效监测。具体来说,本文主要包括以下几点工作内容:(1)提出了基于缓冲区信息的视频卡顿检测方法:针对现有视频卡顿检测训练成本较高,拓展性不足的问题,本文提出的基于缓冲区信息的视频卡顿检测方法首先根据视频传输过程中出现的规律脉冲现象计算视频播放过程中播放码率。然后,基于计算出的视频播放码率以及视频传输数据量重现出视频播放过程中视频缓冲区中的视频数据大小。最后,本文以时间窗口为单位根据视频缓冲区内的视频数据大小检测出视频播放过程中卡顿情况。实验结果表明,本方法可以准确预测视频卡顿情况。(2)提出了基于流量抽样和Feature-Sketch的丢包检测方法:针对现有丢包测量方法无法适用于高速网络中以及部署困难等问题,本文使用了抽样技术和Sketch数据结构可以快速处理流量并提取出能反映丢包状态的流量特征。同时,本文还利用机器学习分类模型对流量特征进行训练,从而构建出丢包检测模型来对高速网络中视频服务的丢包情况进行准确实时地检测。使用MAWI主干网流量作为背景数据的验证结果表明,上述方案与现有工作相比,在丢包检测延迟以及内存消耗上具有优势。(3)设计并实现了高速网络中视频服务质量监测原型系统:该原型系统实现了包括视频卡顿检测和丢包检测功能。本文通过该原型系统对基于缓冲区信息的视频卡顿检测方法、基于流量抽样和Feature-Sketch的丢包检测方法进行了测试,实验结果证明了方法的有效性。