一种移动边缘云中的内容缓存部署方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112020103A(43)申请公布日2020.12.01(21)申请号202010781085.7(22)申请日2020.08.06(71)申请人暨南大学地址510632广东省广州市天河区黄埔大道西601号(72)发明人周继鹏纪杨阳张效铨庄娘涛(74)专利代理机构广州市华学知识产权代理有限公司44245代理人詹丽红(51)Int.Cl.H04W28/14(2009.01)G06F16/172(2019.01)G06N3/00(2006.01)H04L29/08(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图2页(54)发明名称一种移动边缘云中的内容缓存部署方法(57)摘要本发明公开了一种移动边缘云中的内容缓存部署方法，该方法结合移动边缘计算与组播路由，构建带控制器的宏蜂窝‑微蜂窝二层异构网络架构，解决多小区的协作缓存问题。在此架构基础上将移动边缘云中的内容缓存部署问题转化为一种0‑1整数规划问题，提出解决此问题的缓存部署方法。该方法以组播交付作为切入点，将文件的流行度和交付时延作为部署的依据，结合基于组播和流行度感知的协作缓存算法和改进的蚁群优化组播算法优化交付时延，找到一种能够降低系统总时延的内容缓存部署方式，将热点内容合理地预缓存在边缘服务器中。该方法在减少交付时延从而提升用户服务质量的同时高效利用有限的网络资源，以响应5G低时延、高带宽、大连接的需求。CN112020103ACN112020103A权利要求书1/3页1.一种移动边缘云中的内容缓存部署方法，其特征在于，所述的内容缓存部署方法包括下列步骤：S1、构建一种移动边缘云的系统模型，该系统模型是由宏基站和微基站组成的带控制器的二层异构网络架构，其中，宏基站简称MBS，微基站简称SBS；每个小区配备一个MBS，MBS间通过光纤连接实现通信，每个MBS通过回程链路与远端核心云相连；多个低功率的SBS被部署在MBS的覆盖区域内，用户可直接由其接入的SBS提供服务，也可以由MBS提供服务；MBS通过控制链路连接到控制器，由控制器统一收集和维护各个小区内用户发出的请求情况；S2、每个宏基站配备一个移动边缘计算服务器，简称MEC服务器，将移动边缘云中的热点内容预缓存在宏基站的MEC服务器上，且每个内容文件在该系统模型下只能部署在唯一的一个MEC服务器上，即每个文件缓存无副本，若其他小区的用户请求该内容文件，则将缓存该文件的宏基站作为组播源，其它请求用户所在小区的MBS构成目的节点集，一定时间窗口内聚合成一个组播组，由一个宏基站组播流实现并行交付，各目的基站接收到该文件后再交付给本地用户；S3、控制器将运行时间划分为多个时隙，在每个时隙的开始，各MBS通过ARIMA预测算法来预测各小区内用户对各个内容文件的需求集合，控制器通过各MBS的预测结果来获取用户的需求信息；S4、控制器根据ARIMA预测算法的预测结果，选取缓存各内容文件的候选基站，再依据基于组播和流行度感知的协作缓存算法计算出该时隙的最佳缓存部署方式，从空分配开始始终将内容文件部署在使得系统时延最低的MEC服务器上；S5、根据系统模型构造对应的网络拓扑图作为网络模型，网络模型中每一个MBS节点侧部署带计算、存储、数据处理功能的MEC服务器，每条链路都设定相应的数据传输速率，各内容文件的传输时延即可依据该网络模型计算得出；S6、给定一个由文件缓存节点和请求此文件的目的节点集构成的组播组，利用改进的蚁群优化组播算法构建时延最小组播树，从而确定文件缓存在对应宏基站下的内容交付最小时延；S7、为给定组播组构建完组播树后，对构造的组播树中非目的节点的叶子节点进行剪枝操作；S8、移动边缘云的系统模型完成单时隙内的内容文件逐一部署后，该单时隙内进行基于组播的内容交付，即在一个组播持续窗口内，聚合对同一内容发出请求的基站集，由一个组播流统一并行服务。2.根据权利要求1所述的一种移动边缘云中的内容缓存部署方法，其特征在于，所述的步骤S3中，在每个时隙的开始执行ARIMA预测算法，将某内容文件在某小区宏基站下各历史时隙的请求数看做一个时间序列，导入此序列后对数据进行平稳化处理，并根据自相关和偏自相关图为ARIMA模型定阶，拟合ARIMA模型后即可预测出下一时隙该文件在指定宏基站下的请求数，将此结果与该文件的总请求数的比值作为预测的下一时隙该文件的流行度。3.根据权利要求1所述的一种移动边缘云中的内容缓存部署方法，其特征在于，所述的步骤S4中，单时隙内执行内容缓存部署操作时，首先将内容文件依据预测出的该时隙内各文件的总请求次数降序排序，然后从空分配开始，按照以上降序排序开始逐一部署内容文件。2CN112020103A权利要求书2/3页4.根据权利要求3所述的一种移动