内容中心移动边缘网络用户移动感知缓存机制-蔡岳平 , 陈文鑫 , 樊欣唯 , 罗森 , 邱娅 , 谭兵.pdf

上善若水

237

11页

0次

2022-05-21

免费下载

软件学报 ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@iscas.ac.cn

Journal of Software,2017,28(Suppl.(2)):7080 http://www.jos.org.cn

内容中心移动边缘网络用户移动感知缓存机制



蔡岳平

陈文鑫

樊欣唯

罗

森

邱

娅

谭

兵

(重庆大学通信工程学院,重庆 400030)

通讯作者: 蔡岳平, E-mail: caiyueping@cqu.edu.cn

摘要: 为了提高内容中心移动边缘网络的缓存性能,提出了一种基于用户移动性感知和节点中心性度量的内容

中心移动边缘网络缓存机制(user mobility-aware and node centrality based caching,简称 UMANCC).UMANCC 机制

利用边缘节点计算节点中心性、缓存空闲率以及小区内用户逗留时间.移动边缘网络控制器综合各边缘节点的信

息,计算各边缘节点的重要性并进行排序,最后根据排序结果选择内容缓存节点.仿真实验结果表明:与传统缓存机

制 LCE 及 Prob 相比,UMANCC 有效减少用户获取内容的平均跳数高达 15.9%,提高边缘节点缓存命中率至少

13.7%,减少进入核心网流量高达 32.1%,有效地提高了内容中心移动边缘网络的内容分发性能.

关键词: 内容中心网络;移动边缘网络;缓存;移动性感知;节点中心性

中文引用格式: 蔡岳平,陈文鑫,樊欣唯,罗森,邱娅,谭兵.内容中心移动边缘网络用户移动感知缓存机制.软件学报,2017,28

(Suppl.(2)):70. http://www.jos.org.cn/1000-9825/17020.htm

英文引用格式: Cai YP, Chen WX, Fan XW, Luo S, Qiu Y, Tan B. User mobility-aware caching mechanism in content-centric

mobile edge networks. Ruan Jian Xue Bao/Journal of Software, 2017,28(Suppl.(2)):70 (in Chinese). http://www.jos.org.cn/

1000-9825/17020.htm

User Mobility-Aware Caching Mechanism in Content-Centric Mobile Edge Networks

CAI Yue-Ping, CHEN Wen-Xin, FAN Xin-Wei, LUO Sen, QIU Ya, TAN Bing

(College of Communication Engineering, Chongqing University, Chongqing 400030, China)

Abstract: To improve the cache performance of content-centric mobile edge networks, a user mobility-aware and node centrality based

caching mechanism, UMANCC, is proposed. UMANCC utilizes edge nodes to calculate the node centrality, idle rate of cache and cell

sojourn time of users. A mobile edge network controller collects aforementioned information of edge nodes, and ranks each node base on

the calculated importance factor of nodes. The caching node is selected according to the ranking result. Simulation results show that

compared with the traditional caching mechanisms such as LCE and Prob, UMANCC effectively reduces the average number of hop count

of fetching contents by up to 15.9%; it improves the hit ratio of cache at edge nodes by at least 13.7%, and it reduces traffic flowing into

core networks by up to 32.1%. It greatly improves the performance of content distribution in content-centric mobile edge networks.

Key words: content-centric networking; mobile edge network; caching; mobility aware; node centrality

1 引言

互联网作为信息时代的代表产物以其前所未有的信息交换和资源共享能力,颠覆了现代人生产生活的方

式.但是随着网络业务的复杂化和网络规模的指数级增长,现有网络架构在可扩展性、移动性等方面的问题越

发凸显.由于无线网络连接速率提高,移动网络用户对稳定、高质量的网络服务需求也随之提高,这种需求加速

了移动网络服务流量的增长,进一步加剧了网络负担.

 基金项目: 国家自然科学基金(61301119); 教育部留学归国人员启动基金(1020607820140002)

Foundation item: National Natural Science Foundation of China (61301119); Scientific Research Foundation for the Returned

Overseas Chinese Scholars, Ministry of Education, China (1020607820140002)

收稿时间: 2017-06-30; 采用时间: 2017-10-20

蔡岳平等:内容中心移动边缘网络用户移动感知缓存机制

为了解决现有网络架构的不足,业界提出全新的未来网络架构——信息中心网络(information-centric

networking,简称 ICN).其中,内容中心网络(content-centric networking,简称 CCN)

[1,2]

架构作为 ICN 架构之一,

具有里程碑意义.

网内缓存是 CCN 架构的关键技术之一,与之密切相关的缓存策略已经成为研究热点.在目前的网络中,缓

存技术已经得到广泛应用.如 CDN,缓存内容通过服务器放置在网络边缘节点,并直接向内容请求者提供服

务

[3]

.CCN 则要求网络节点全部具备缓存能力,实现任意节点缓存.网内缓存以存储能力补充通信能力,提高内容

传输效率,缩短内容获取时间,减少核心网络流量,提高带宽利用率,最终节省设备成本和能耗.缓存技术决定了

系统的性能和实际使用价值.本文定义应用 CCN 技术的移动边缘网络为内容中心移动边缘网络(content-centric

mobile edge networks,简称 CCMEN).CCMEN 中,节点具有潜在的移动性,会导致网络拓扑发生变化.

在国内外学者的研究下,如今已涌现出大量网内缓存技术的相关算法,其中,缓存放置策略对于缓存节点的

选择有重要影响,较为典型的有:LCE(leave copy everywhere)是 CCN 的默认缓存策略,数据包在返回路径的所有

节点上均被缓存.能够充分利用缓存容量,提高了缓存普遍性,但却会导致网络中存在大量冗余缓存,降低了网

络缓存多样性.Prob(copy with probability),即在沿路返回的节点上,以一个固定概率 p 进行缓存,p 根据缓存内容

具体情况进行修改.基于节点介数中心性的缓存决策策略(Betw)

[4]

引入节点的介数中心性概念,通过计算社会

网络节点的介数中心性,对节点在网络中的信息控制能力进行排序,并根据排序结果对缓存放置位置进行决

策.PCBCS (popularity and centrality based caching scheme)

[5]

根据内容流行度与节点中心性匹配的选择性缓存

进行决策,相比于上面的缓存策略,PCBCS 在考虑内容流行度的基础上加入了网络的中心性量化,将路由器相关

联的链路条数作为其中心性,并根据流行度对缓存进行评价,决策是否进行缓存.编码缓存(coded caching)

[6]

相

比于传统缓存能够在多用户多缓存场景下降低缓存瓶颈.但缓存编码策略中存在如异步请求与动态网络、协议

开销、状态同步、计算能力限制等多种问题.PHY-cache

[7]

在 5G 无线网络中应用基于物理层的缓存方案.通过

在 BS 处适当缓存一些流行内容,所提出的 PHY 缓存可以将 RAN 的拓扑从不利拓扑(例如,中继或干扰拓扑)机

会性地转换为更有利的 MIMO 广播拓扑,并提升频谱效率. 结果显示,物理层缓存可以显著提高频谱效

率.Zeydan 等人提出一种分布式内容缓存和交付策略

[8]

,同时考虑流行度分布、多样性存储能力以及用户移动

性,结果表明,该策略可以明显降低内容检索延迟,在小区基站视频投递问题上有较好效果.SAVING(socially

aware vehicular information- centric networking)

[9]

则提出可以利用智能交通工具的缓存、计算与通信能力,借助

车联网应用,促进城市环境中的内容快速投递.本文分析了网络边缘节点属性与用户的移动性,提出基于用户移

动性感知和节点中心性度量的内容中心移动边缘网络缓存机制(user mobility-aware and node centrality based

caching,简称 UMANCC).

本文的贡献总结如下:

提出一种基于用户移动性感知与节点中心性度量的内容中心移动边缘网络缓存机制 UMANCC,用于降低

内容获取跳数,提高缓存命中率,降低核心网流量,从而提高边缘网络性能.

本文第 2 节对节点属性、用户移动性进行介绍与分析.第 3 节介绍 UMANCC 缓存机制.第 4 节建立仿真模

型并进行仿真实验,对仿真结果进行分析.第 5 节对本文的主要内容进行总结.

2 边缘节点属性与用户移动性分析

由于传统缓存放置策略对于用户移动性缺乏感知,用户在移动后原有请求得不到响应,或在原位置的响应

无法传达到新位置,导致传统缓存策略在用户发生节点移动后性能下降.因此,需要在缓存策略中引入用户的移

动性,使网络能够进行移动感知.缓存策略中的缓存放置问题是本文的研究重点.

缓存放置问题解决节点放置位置以及其放置位置选择的依据问题,对应的输出结果可以具体化为具有优

先级的缓存节点列表.定义该优先级为节点在内容缓存方面的重要性度量,简称重要性.本节将对边缘节点属性

与用户移动性进行详细介绍.

of 11

免费下载

软件学报计算机技术

关注

评论