面向异构网的边缘协作缓存机制研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘 要 随着无线通信技术的快速发展，用户通过无线网络获取文件内容的需求急剧 增长。然而，对于流行的文件内容，特别是视频内容，当用户都从远程服务器获取 这些流行的内容时，将会造成大量重复访问，从而造成了无线资源的严重浪费，同 时也会造成网络拥塞，降低用户体验，并增大了传输能耗。针对上述问题，如何对 流量进行有效的卸载已成为学术界和工业界共同关心的话题。为了应对这种挑战， 实现绿色通信，边缘缓存是有效的解决措施，即把流行的内容提前缓存在靠近用户 的地方，如基站，当用户请求的内容在本地基站被缓存时，用户就可以直接从本地 基站获取，而不必经过核心网到远程服务器获取，这样大大减少了网络回程。 本文首先介绍了移动网络架构，指出在现有的移动网络架构下，用户请求文件 内容所面临的问题，并引出边缘缓存机制，并对边缘缓存进行了详细的介绍，以及 对异构网进行了阐述。接着提出基于缓存和传输的联合优化的协作缓存机制，将小 基站进行集群，并把小基站的存储空间进行合理地划分为两个区，一个用于缓存提 前从远程服务器获取的内容，另一个用于临时存储即将进行无线传输的内容。利用 排队论等数学知识进行建模，对内容进行协作缓存和分发，通过分配两部分空间的 比例最小化网络能耗，最终得到当分配给无线传输的缓存队列的空间为小基站总 空间的百分之一时，网络能耗最小。 基于上述研究结果，为进一步提高缓存的效率，提出基于异构网的协作缓存方 式，使其宏基站也具备缓存文件的功能，同时考虑文件内容的流行度，由于此问题 是 NP 难问题，为了有效解决这个问题，提出了两种次优的解决方案，一是启发式 的模拟退火算法，二是根据用户请求内容的流程和所对应的网络能耗开销，设计了 有效的基站缓存配置策略。仿真结果表明，此方法与缓存最流行的内容方法相比， 能降低网络系统的能耗，实现绿色通信的目的。 关键词：异构网络，绿色通信，协作缓存，空间优化分区 I 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 ABSTRACT With the rapid development of wireless technology, the demand of obtaining file content through wireless network is increasing rapidly. However, for the popular contents, especially video contents, when users obtain the popular contents from the remote servers, there will be a large number of repeated transmission, and it will cause the waste of resources. Moreover, it will cause network congestion, reduce the quality of user service and increase energy consumption. How to offload the traffic effectively has become a common concern of academia and industry. In response to solving this challenge and realizing the green communication, caching is an effective means. It allows the popular content cached in the place where is close to the user terminal, such as base stations. When the content