面向5G移動通信網絡中內容分發(fā)機制.pdf

1、在移動通信系統(tǒng)的極速發(fā)展進程中，移動設備的數(shù)量以爆發(fā)式的速度增長。傳統(tǒng)的語音業(yè)務正逐漸地被移動數(shù)據(jù)業(yè)務所取代，下一代移動通信系統(tǒng)（5G）將會面臨巨大的挑戰(zhàn)。為了解決下一代移動網絡中巨大的數(shù)據(jù)流量帶來的沖擊，有效提高用戶體驗質量(Quality of Experience，QoE)并減少網絡運營成本，發(fā)展高效的內容分發(fā)與緩存技術來減少冗余數(shù)據(jù)傳輸以提升移動網絡性能勢在必行。近年來新興的移動云計算技術能夠為數(shù)據(jù)內容服務提供充足的存儲與計算資

2、源，為互聯(lián)網數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展提供了新的技術途徑。
　　由于目前的移動蜂窩網絡采用集中式架構，系統(tǒng)中無線接入網、回程網絡以及核心網絡的無線鏈路容量與帶寬實際上不足以應對移動通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流量的增長。針對5G通信系統(tǒng)中海量的數(shù)據(jù)流量對移動通信網絡的沖擊問題，本文從以下三個方面對內容分發(fā)與緩存技術進行了研究：
　　首先，我們對面向5G網絡的內容分發(fā)與緩存的關鍵技術進行了調研?；谕ㄐ艠I(yè)界對于未來5G網絡架構的共識，在前人研究工作的基

3、礎上，我們在本文中提出一種面向5G的分層次分布式云服務移動通信系統(tǒng)架構（HDCSN），該模型由云接入層（C-RAN）、分布式微云系統(tǒng)（DCSN），以及核心云數(shù)據(jù)中心（DCs）三個層次組成。DCSN由多個被部署到網絡邊緣的微云（Cloudlet）所組成，可以將DCs中的服務內容（Web、Video）提前部署緩存到本地微云服務器，以減少用戶請求內容在網絡中重復冗余的傳輸以減少網絡流量，減少內容獲取時延以獲得更高質量的用戶體驗。
　　在

4、HDCSN架構基礎上，我們提出一種合作內容緩存架構，基本思路是利用微云服務之間相互協(xié)作共享緩存內容?；谠摼彺婕軜嫞覀兲岢鲆环N最優(yōu)化協(xié)作式內容分發(fā)機制，利用流行度區(qū)分內容，根據(jù)內容在系統(tǒng)中被請求、更新與新到達的情況進行狀態(tài)變換，實施內容緩存的動態(tài)管理。我們基于內容狀態(tài)建立并求解一個最優(yōu)化模型，以得到最優(yōu)的內容分發(fā)方案，在HDCSN中獲得盡可能低的平均總傳輸時延。計算機仿真結果顯示，本文提出的方案可以明顯提高緩存命中率，減少網絡流量和減

5、少內容傳輸時延。
　　另外，針對緩存內容的實時更新與節(jié)省網絡傳輸開銷的問題，我們在進一步的研究中提出了一種基于馬爾科夫決策過程（MDP）的內容緩存與傳輸機制。在HDCSN架構基礎上，該方案利用隨機線性網絡編碼處理DCs中的數(shù)據(jù)內容，微云服務器預先在本地緩存數(shù)據(jù)服務（例如網頁、視頻等）的編碼包，并同樣采用流行度區(qū)分內容。我們提出了三種在貪心算法背包問題中的度量標準，并利用貪心算法基于MDP動態(tài)地進行緩存更新與數(shù)據(jù)傳輸決策，以最小化H