移动边缘计算中收益最大化的缓存协作策略

移动边缘计算（MEC）通过将资源部署在用户的近邻区域,可以减少移动设备的能耗,降低用户获取服务的时延;然而,大多数有关缓存方面的研究忽略了用户所请求服务的地域差异特性。通过研究区域所请求内容的特点和内容的动态性特性,提出一种收益最大化的缓存协作策略。首先,考虑用户偏好的区域性特征,将基站分为若干协作域,使每一个区域内的基站服务偏好相同的用户;然后,根据自回归移动平均（ARIMA）模型和内容的相似度预测每个区域的内容的流行度;最后,将缓存协作问题转化为收益最大化问题,根据存放内容所获得的收益,使用贪心算法解决移动边缘环境中缓存的内容的放置和替换问题。仿真实验表明,与基于MEC分组的协作缓存算法（GHCC）相比,所提算法在缓存命中率方面提高了28%,且平均传输时延低于GHCC。可见,所提算法可以有效提高缓存命中率,减少平均传输时延。     

兼顾个性化需求的云边协作两级内容缓存研究

针对用户访问移动短视频响应时延过长、不能满足个性化需求等问题,基于短视频的时延敏感性、个性化需求等特点,综合考虑短视频的内容流行度和用户偏好,提出一种云边协作环境下的两级内容缓存方案。根据用户对短视频偏好的平均值表征边缘节点的偏好值,进而计算边缘节点的相似度,综合考虑边缘节点之间的物理距离和相似度对节点协作的影响,建立边缘节点的协作节点集。基于长尾理论提出一种两级内容缓存策略,将每个边缘节点分为流行内容缓存区和用户偏好内容缓存区两部分,流行内容缓存区采取主动缓存策略,针对用户偏好内容缓存区的缓存内容,综合分析用户访问请求在不同响应方式下的延迟,并以最小化整体内容请求延迟为目标,设计一种基于改进离散蛙跳算法的边缘协作缓存方案。实验结果表明,在同一数据集上与RC、BEP等缓存方案相比,该方案的用户请求命中率提高近40%,并能够降低回程链路负载,减少用户请求延迟,满足时延敏感性特点及90%的用户个性化需求。     

机会网络节点协作缓存策略设计与实现

针对如何有效利用机会网络中节点间的协作关系以及节点有限的缓存资源,避免拥塞和提升数据传输性能的问题,提出一种机会网络协作缓存优化策略——HMP-Cache。该策略根据节点不同运动状态的特点,利用目标地址匹配标准选择协作缓存节点,采用同步Cache数据表达到局部域内缓存信息共享的目的。仿真实验结果表明,该策略能够有效控制数据访问的网络开销,降低网络热点数据访问延迟。     

基于社会关系感知的边缘网络缓存策略

针对当前的边缘缓存策略存在的传输时延高、对较小区域中用户社会关系感知不足的问题,结合热点内容平均流行度和用户兴趣度,提出基于社会关系感知的边缘缓存策略.首先,根据热点内容平均流行度和用户兴趣度,估算用户需求,用户需求相似度反映了用户的社交关系强度;然后,依据用户的关系强度选择用户作为辅助缓存位置;最后,综合考虑缓存位置的选取和用户需求的选择,设计了基站协作缓存、用户辅助缓存的联合缓存策略.仿真实验表明,所提缓存策略相比较于传统的缓存策略在缓存命中率和系统缓存时延上均有一定的提升.     

基于非协作博弈的边缘分布式缓存方案

随着多媒体数据流量的急剧增长,传统云计算模式难以满足用户对于低延时和高带宽的需求.虽然边缘计算中基站等边缘设备拥有的计算能力以及基站与用户之间的短距离通信能够使用户获得更高的服务质量,但是如何利用边缘节点的收益和成本之间的关系设计边缘缓存策略,仍然是一个具有挑战性的问题.利用5G和协作边缘计算技术,在大量短视频应用场景下,提出了一种协作边缘缓存技术来同时解决以下3个问题：（1）通过减少传输延时,提高了用户的服务体验;（2）通过近距离传输,降低了骨干网络的数据传输压力;（3）分布式的工作模式减少了云服务器的工作负载.首先定义了一个协作边缘缓存模型,其中,边缘节点配备有容量有限的存储空间,移动用户可以接入这些边缘节点,一个边缘节点可以服务多个用户;其次,设计了一个非协作博弈模型来研究边缘节点之间的协作行为,每一个边缘节点看成一个玩家并且可以做出缓存初始和缓存重放策略;最后,找到了该博弈的纳什均衡,并设计了一个分布式的算法以达到均衡.实验仿真结果表明,提出的边缘缓存策略能够降低用户20%的延时,并且减少了80%的骨干网络的流量.     

一种空间信息网络缓存决策策略

针对空间信息网络（space information network,SIN）中卫星节点缓存容量有限,且卫星高速移动使得星间链路时变,导致地面用户内容访问延迟增大的问题,提出一种基于人工蜂群算法的空间信息网络缓存决策策略（satellite improved artificial bee colony,SIABC）。首先根据低轨卫星节点链路切换的周期性和可预知性,建立网络分区模型,对空间信息网络的卫星节点进行分区,在此基础上,建立区域节点协作缓存模型,使得整个网络区域内的卫星节点有选择性地缓存不同流行度的内容,同时兼顾区域内节点的协作缓存,从而流行度高的内容缓存在网络边缘。仿真结果表明,与现有缓存机制相比,该缓存策略能够明显提高内容的平均缓存命中率,并显著降低用户的内容访问时延。     

基于区域划分的混合式NDN缓存策略

针对NDN(命名数据网络)中确定性缓存和概率性缓存各自特点,提出一种确定性缓存和概率性缓存相结合的混合式NDN缓存策略(HDP)。基于区域划分的思想,在网络边缘采用基于热度的确定性缓存策略,在网络核心采用基于缓存收益和内容热度的概率性缓存策略,从而将两种缓存策略的优势相结合,进一步提高NDN缓存性能。实验表明该策略与现有NDN缓存方法相比,能有效提高缓存服务率和命中率,并有助于降低内容访问延迟,改善用户体验。     

基于节点热度与缓存替换率的ICN协作缓存

信息中心网络默认的LCE缓存策略在数据包返回路径上的每个节点缓存内容,会产生大量冗余副本,无法充分利用缓存资源。针对该问题,提出基于节点热度与缓存替换率的缓存策略。在数据包返回路径上选择特殊节点缓存内容,考虑网络流量在不同区域和不同时间段内的差异性,周期性地计算节点热度和缓存替换率,并将其作为内容是否被缓存在节点上的度量指标。实验结果表明,相对于LCE和CLFM策略,该策略能有效降低平均请求跳数和源端命中率,获得较高的缓存收益。     

基于簇头中继的边缘车联网多层缓存策略

针对边缘车联网中移动云计算传输延迟高、车辆高速移动且单一车辆节点存储能力有限而引起内容获取延迟过高的问题，建立基于协同式自适应巡航控制的车辆簇模型，提出基于簇头中继的多层缓存策略(CHRMC),实现内容缓存位置的最优选取。在建立相对稳定的簇内车间通信和多车辆协同缓存的情况下，利用簇头车中继传输的缓存策略，降低车辆移动性和存储资源有限性对内容缓存效率的影响。仿真结果表明，相比已有研究，所提策略能够在有效增加车辆簇内容缓存的同时，降低内容获取的延迟。     

命名数据网络中基于内容类型的隔跳概率缓存机制

网络化缓存是命名数据网络实现对信息的高效获取,有效降低互联网骨干网络流量的关键技术.网络化缓存将缓存作为普适的功能添加到每个网络节点.用户需要获取信息时,缓存有该内容的任意网络节点(例如路由器)接收到用户请求后都可直接向用户返回相应内容,提升用户请求响应效率.然而,命名数据网络采用泛在缓存使得内容发布者到用户的传输路径上的各节点对内容进行重复并无差别缓存,造成数据冗余、内容缓存无差别对待问题.为此,提出一种基于内容类型的隔跳概率缓存机制.首先根据业务特征(例如时延要求、带宽占用)将内容划分为4种类型:动态类、实时类、大数据类、以及小数据类;其次构造隔跳待定缓存策略,将数据存储在非连续的传输节点上,从空间上减少冗余缓存;最后针对不同内容提供差异化缓存服务:无缓存、网络边缘概率缓存、网络次边缘概率缓存、以及网络核心概率缓存策略,从而进一步降低冗余数据,同时提高用户获取内容的效率.实验结果表明,该机制能够减少冗余缓存,降低用户请求内容时延.     

基于缓存优化的移动边缘计算资源分配策略

移动边缘计算研究中,边缘服务器通过缓存任务数据可以有效节约计算资源,但如何分配缓存资源解决边缘服务器的竞争关系,以及能耗和效益问题,达到系统性能最优是一个NP难问题。为此提出基于缓存优化的在线势博弈资源分配策略OPSCO(online potential-game strategy based on cache optimization),采用新的缓存替换策略CASCU(cache allocation strategy based on cache utility),最大化缓存的效用。通过优化边缘服务器的效益指示函数,将缓存替换代价等因素与李雅普诺夫优化、势博弈以及EWA(exponential weighting algorithm)算法结合,对边缘服务器的竞争关系建模,进行势博弈相关证明和分析。仿真结果表明,OPSCO相比于其他资源分配策略,可以明显提升任务完成率和缓存效用,并降低设备能耗和时间开销,解决了移动边缘计算在线缓存场景中的资源分配以及数据缓存问题。     

基于区域用户需求感知的边缘缓存策略研究

针对当前的边缘缓存策略存在的传输能耗高、对较小区域中用户需求感知不足的问题,结合全网与区域在流行内容和流行特征的差异,提出基于区域用户需求感知的边缘缓存策略。首先,依据区域用户的长/短期兴趣和全网流行度信息,估算用户的请求意愿;然后,综合区域用户的需求选择待缓存内容及缓存优先级;最后,考虑基站的位置和用户需求的差异,设计区域缓存能耗优化的联合放置策略。仿真结果表明,所提策略与传统的缓存策略相比在请求命中率、字节命中率和缓存能耗上均有一定提升。     

基于谱聚类的Web多级缓存替换策略

服务器缓存性能的核心是缓存替换策略, 缓存替换策略直接影响缓存的命中率, Web缓存可以解决网络拥塞和用户访问延迟问题, 提高服务器的性能. 传统缓存替换算法的命中率往往不高, 为此文中提出了一种基于谱聚类的多级缓存替换策略. 该策略利用循环滑动窗口机制提取日志文件的多项时序特征和访问属性, 通过谱聚类对过滤后的数据集进行聚类分析从而得到访问预测结果. 多级缓存替换策略综合考虑了缓存对象的局部频率、全局频率以及资源大小能更好地对低价值资源进行剔除, 同时对高价值资源进行保留. 通过与传统替换算法LRU、LFU、RC、FIFO进行实验对比, 实验结果表明本文将谱聚类和多级缓存替换策略进行结合有效地提高了缓存请求命中率和字节命中率.     

一种基于节点中心性近似算法的ICN协作缓存策略

为了降低信息中心网络(Information Centric Networking, ICN)缓存冗余度和平均接入代价,提出一种基于节点中心性度量近似算法的协作缓存策略Centrality Metric Approximation Algorithm (CMAA)。考虑到精确计算最短路径的工作量对缓存性能的影响,CMAA策略利用最短路径近似估计值以提高节点中心性的计算效率,将节点中心性近似度量加权融合值、节点热度和缓存利用率三者作为缓存影响因子,计算得出兴趣包转发路径各节点的缓存优先级。在多种实验条件下对CMAA进行仿真实验,结果表明与LCE (Leave Copy Everywhere)和CLFM (Cache “Less for More”)相比,CMAA在平均缓存请求时延变化不大的情况下,可有效地提高缓存命中率,降低平均接入代价,从而改善缓存系统性能。     

Research on key technologies of edge cache in virtual data space across WAN

The authors of this paper have previously proposed the global virtual data space system (GVDS) to aggregate the scattered and autonomous storage resources in China’s national supercomputer grid (National Supercomputing Center in Guangzhou, National Supercomputing Center in Jinan, National Supercomputing Center in Changsha, Shanghai Supercomputing Center, and Computer Network Information Center in Chinese Academy of Sciences) into a storage system that spans the wide area network (WAN), which realizes the unified management of global storage resources in China. At present, the GVDS has been successfully deployed in the China National Grid environment. However, when accessing and sharing remote data in the WAN, the GVDS will cause redundant transmission of data and waste a lot of network bandwidth resources. In this paper, we propose an edge cache system as a supplementary system of the GVDS to improve the performance of upper-level applications accessing and sharing remote data. Specifically, we first designs the architecture of the edge cache system, and then study the key technologies of this architecture: the edge cache index mechanism based on double-layer hashing, the edge cache replacement strategy based on the GDSF algorithm, the request routing based on consistent hashing method, and the cluster member maintenance method based on the SWIM protocol. The experimental results show that the edge cache system has successfully implemented the relevant operation functions (read, write, deletion, modification, etc.) and is compatible with the POSIX interface in terms of function. Further, it can greatly reduce the amount of data transmission and increase the data access bandwidth when the accessed file is located at the edge cache system in terms of performance, i.e., its performance is close to the performance of the network file system in the local area network (LAN).     

基于变周期数据广播的缓存一致性维护

为了提高移动计算环境中缓存数据效率,在分析现有成果的基础上,提出了基于变周期数据广播的缓存一致性维护的策略。该策略根据数据的访问用户数目以及数据更新的频率等方法来动态调整服务器广播数据更新报告的频率及内容,在客户端接收服务器广播的数据更新报告后将缓存中已被更新过数据项的值用新值替换掉,而不直接将该数据项立即移出缓存。通过对该方法进行性能的分析,表明该方法能良好地适应数据更新频率不断变化的移动数据计算环境。     

面向非正交多址的车联网中资源优化方案

为了解决车辆端计算能力不足、任务处理时延大、能源消耗多、无线资源缺乏等问题,该文考虑利用非正交多址技术进行任务上传和数据包下载的车辆边缘计算系统,对系统的卸载决策、缓存决策、计算和缓存资源的分配进行联合优化.由于车辆需要在动态网络环境下实时确定任务卸载和缓存策略,提出了一个以移动边缘计算服务器平均能耗最小化为目标的随机...