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。     

基于深度强化学习的边缘网络内容协作缓存与传输方案研究

为了应对第五代无线通信网络中数据吞吐量急剧增加的问题,移动边缘缓存成为了一种有效的解决方案。它通过在边缘设备上存储网络内容,减轻回程链路和核心网络的负担,缩短服务时延。到目前为止,大多数边缘缓存研究主要在协作内容缓存的优化方面,忽略了内容传输的效率。研究超密集网络的内容协作边缘缓存与无线带宽资源的分配问题,通过余弦相似度和高斯相似度求解基站之间总的相似度,将网络中的小基站根据总相似度进行分组,把缓存和无线带宽分配问题建模成一个长期混合整数的非线性规划问题（LT-MINLP）,进而将协作边缘缓存与带宽分配问题转变为一个带约束的马尔可夫决策过程,并利用深度确定性策略梯度DDPG模型,提出了一种基于深度强化学习的内容协作边缘缓存与带宽分配算法CBDDPG。提出的基站分组方案增加了基站之间文件共享的机会,提出的CBDDPG算法的缓存方案利用DDPG双网络机制能更好地捕捉用户的请求规律,优化缓存部署。将CBDDPG算法与三种基线算法（RBDDPG、LCCS和CB-TS）进行了对比实验,实验结果表明所提方案能够有效地提高内容缓存命中率,降低内容传递的时延,提升用户体验。     

一种应用于分布式缓存系统中的缓存部署算法

缓存技术能有效的节省网络带宽,减少用户的访问延迟.在分布式缓存系统中,一个值得研究的问题是如何根据用户的请求动态的进行缓存部署,使得系统的收益最大.描述了缓存部署问题并建立了优化模型,在此基础上提出一种新的协作缓存部署算法,该算法利用对象的热度、网络距离,以及系统中各节点接收的请求和系统缓存分布信息,依次对请求路径上的节点进行缓存部署决策,同时该算法将计算分布到请求路径的各个节点上进行.仿真结果表明,该算法具有比LRU和Graph算法更高的缓存命中率和更低的访问延迟.     

基于动态流行度与请求代价的命名数据网络缓存策略

为实现高效的命名数据网络(NDN)缓存替换,设计动态流行度与请求代价相结合的缓存替换策略。使每个节点单独计算缓存内容的动态流行度与请求代价的加权(DPC)值,并基于该值进行缓存内容的替换,保留高流行度与高请求代价的内容。在此基础上,根据内容的DPC值对其分类,执行区分化的缓存决策算法,合理选择节点放置缓存。实验结果表明,相对于典型NDN缓存策略,该策略能有效提高缓存命中率,降低平均跳数。     

基于媒体流行度和前缀缓存的缓存替换算法

针对流媒体用户访问偏好的情况,提出了一种基于前缀缓存与媒体流行度的缓存替换算法。该算法根据不同媒体外部、内部流行度给出预估的综合流行度,进而选择可用缓存中具有低流行度的片断进行替换,使得缓存中的所有片断的再利用价值之和最大。模拟实验结果表明,该算法能减少缓存的替换次数,提高缓存命中率,性能较好。     

分布式缓存系统中一种优化缓存部署的图算法

数据缓存技术可以有效地减少网络拥塞,减轻服务器负载,加快信息访问速度.通过部署一组地域分布的缓存节点相互协作处理用户请求,可以进一步提高系统性能.在分布式缓存系统中,一个值得关注的问题是优化缓存的放置,使访问开销最小化.首先建立了一个理论模型来分析缓存副本放置对系统访问开销的影响.基于这个模型,缓存放置问题可以形式化地描述成一个最优化问题,提出了一种图算法来解决该问题.图算法使用修改的Dijkstra算法在访问代价图中寻找一条最短路径,该路径对应一种最优的缓存部署.理论上证明了图算法的正确性,并使用仿真实验对其性能进行评估.实验结果表明,图算法的性能优于大部分现有的分布式缓存机制.     

分布式缓存系统中一种优化缓存部署的图算法

数据缓存技术可以有效地减少网络拥塞,减轻服务器负载,加快信息访问速度.通过部署一组地域分布的缓存节点相互协作处理用户请求,可以进一步提高系统性能.在分布式缓存系统中,一个值得关注的问题是优化缓存的放置,使访问开销最小化.首先建立了一个理论模型来分析缓存副本放置对系统访问开销的影响.基于这个模型,缓存放置问题可以形式化地描述成一个最优化问题,提出了一种图算法来解决该问题.图算法使用修改的Dijkstra算法在访问代价图中寻找一条最短路径,该路径对应一种最优的缓存部署.理论上证明了图算法的正确性,并使用仿真实验对其性能进行评估.实验结果表明,图算法的性能优于大部分现有的分布式缓存机制.     

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。     

基于混合模式的流媒体缓存调度算法

介绍了一种结合了CDN和P2P互补优势的流媒体混合内容分发网络(HyCDN)。针对HyCDN不同区域提出了相应的缓存算法,域内用户端综合考虑了流媒体前缀字节的有用性、文件的传输代价及点播热度,在此基础上提出缓存替换算法(Comprehensive Value Cache Replacement Algorithm for P2P, CVCR4P2P);对域间边缘服务器采用 补丁预取与调度算法(Dynamic Scheduling Algorithm for Proxy Caching, DSA4ProxyC),通过基于用户访问情况自适应伸缩缓存的分配方案,使流媒体后缀部分在边缘服务器中缓存的数据段与其流行度成正比。理论分析及实验结果表明,混合流媒体缓存调度策略的实施能有效地降低骨干网络带宽资源消耗,对用户请求到达速率的变化具有良好的适应性。     

基于可变窗口的流媒体缓存算法研究与实现

缓存管理是影响流媒体服务器性能的关键因素之一。通过对流媒体访问特性的分析,提出并实现了基于可变窗口的流媒体缓存替换算法CABVW。该算法通过动态调整拆分代价和合并代价的阈值,实现了磁盘带宽和缓存的负载平衡。实验结果表明,该算法与传统主流算法相比明显地增加了流媒体服务器的并发用户数量;算法计算复杂度低,也较易于实现。     

一种基于两级缓存的协同缓存机制

信息中心网络(information-centric networking,简称ICN)将网络通信模式从当前的以地址为中心转变为以信息为中心.泛在化缓存是ICN重要特性之一,它通过赋予网络任意节点缓存的能力来缓和服务器的压力,降低用户访问延迟.然而,由于缺少内容热度的分布感知,现有ICN缓存策略仍存在缓存利用率较低、缓...     

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。     

基于动态内容流行度的NDN缓存决策和替换策略研究

命名数据网络(NDN)中的路由器节点具有缓存能力,这就极大地提高了网络中的数据发送与检索效率。然而,由于路由器的缓存能力是有限的,设计有效的缓存策略仍然是一项紧迫的任务。为了解决这个问题,提出了一种动态内容流行度缓存决策和替换策略(DPDR)。DPDR综合考虑内容流行度和缓存能力,利用一个和式增加、积式减少(AIMD)的算法动态调节流行度阈值,并将超过流行度阈值的内容存入缓存空间;同时提出了一个缓存替换算法,综合考虑了缓存空间中内容的流行度和内容最后被访问时间等因素,将替换值最小的内容移出内容缓存。大量仿真结果显示,与其他算法相比,本文所提的算法能够有效提高缓存命中率,缩短平均命中距离和网络吞吐量。     

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.     

Efficient staircase scheme with seamless channel transition mechanism

Video applications require large amount of bandwidth and also storage space. The Fast Broadcasting (FB) scheme is one of the simplest schemes to provide video services, but it requires considerably large buffer storage. This scheme assumes constant video popularity and thus has fixed amount of bandwidth requirement. The popularity of videos generally does not remain the same. It varies over a period of time and accordingly the bandwidth allocation should be adjusted. The variability in bandwidth requirement for videos based on popularity is overcome by incorporating seamless channel transition mechanism in a broadcasting scheme. After incorporating seamless channel transition mechanism, the scheme still delivers continuous video data to old and new users without jerks and hiccups. The FB scheme with seamless channel transition mechanism requires less buffer storage than the FB scheme. The staircase scheme also allocates a fixed amount of bandwidth to a video. The FB and staircase schemes divide a video into same number of segments; thus have same user’s waiting time. The basic difference between the FB and staircase schemes is that in the staircase scheme the segments are further divided into subsegments in order to reduce the buffer requirement. To consider variability of video popularity in the staircase scheme, seamless channel transition for staircase (SCTS) scheme has been discussed. The SCTS scheme performs better than the seamless Fast Broadcasting scheme as regard the buffer storage, while maintaining the same user’s waiting time. In this paper, we propose an efficient staircase scheme with seamless channel transition mechanism that performs better than the SCTS scheme. In the proposed scheme, the video (ESS scheme) data is downloaded at slower rate than that in the SCTS scheme without disrupting the user services and requiring less buffer storage.     

基于后缀动态多缓存协作的流媒体分发技术

在Internet上高效传输流媒体数据是推广诸如视频点播等应用的基础．现有方案仅考虑了采用单代理结构的前缀缓存和服务器调度来降低骨干网带宽消耗和服务器负载．在带前缀缓存的Batch patching基础上提出了后缀的动态缓存算法ICBR，并提出了基于ICBR缓存算法的多缓存协作体系结构及协作算法MCC，仿真结果表明，基于ICBR的多缓存协作显著地降低了获取补丁而导致的骨干网带宽的消耗，提高了客户端QoS同时也降低了服务器负载．     

移动边缘计算中一种贪心策略的内容卸载方案

基于移动边缘计算的内容卸载技术可以有效降低骨干网络的流量压力，提升终端用户体验。针对终端用户与小基站之间的异质接触率，设计了一种贪心策略的内容卸载方案。首先，将内容最优卸载问题转化为内容最大投递率问题；其次，证明最大投递率问题满足子模性，在此基础上，采用贪心算法部署内容，该算法可以以概率（1-1/e）保证其最优性；最后，详细分析了内容流行度指数以及缓存大小对不同卸载方案的影响。实验结果表明，所提方案提高了内容投递率同时降低了内容传输时延。     

流内容分送中的媒体后缀动态缓存技术研究

基于带前缀缓存的流调度方案OBP(optimized batch patching)提出了媒体后缀的增量缓存算法IC-BP和预分配缓存算法PA-BP,推导出两种算法下传输单一流媒体对象各自所需的平均骨干带宽、服务器平均使用输出通道数和代理所需最大缓存容量,并分析了以上两种缓存算法的综合传输代价.结果表明,两种缓存算法均有效降低了骨干带宽消耗和服务器负载,传输代价均明显低于带前缀缓存的OBP. 而PA-BP克服了IC-BP算法中每次批处理调度时都至少需请求一个批处理长度补丁的缺点,因而具有更低的传输代价,其性能优于IC-BP缓存算法.     

一种新的基于代理缓存的流媒体分送策略

提出了一种新的带缓存的补丁调度策略,有效地将代理缓存与服务器调度技术结合起来,采用基于缓存窗口自适应伸缩的缓存分配方案,实现了流媒体对象在代理服务器中缓存的数据段数与其流行度成正比的原则。理论分析及实验结果表明,该策略有效地降低了服务器及骨干网络带宽资源的消耗,对于客户请求到达速率的变化具有非常好的适应性。