[發明專利]一種面向移動邊緣計算網絡的自適應視頻緩存方法

有效

• 申請號: 202110996324.5
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113810931B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 徐小龍;陳培培;段衛華
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06;H04W28/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 田凌濤

本發明公開了一種面向移動邊緣計算網絡的自適應視頻緩存方法，綜合考慮在多接入邊緣計算網絡系統環境下進行視頻緩存的各種約束條件，在這些條件下通過緩存機制達到命中率的最大化，該方法包括以下步驟：首先將移動邊緣計算網絡系統環境下各邊緣服務器從云服務器中緩存視頻問題表述為命中率最大化的問題，再將緩存問題分解為緩存初始化問題、緩存調度問題和緩存替換問題，通過分步驟依次解決這三個問題，從而實現對邊緣服務器中緩存視頻命中率的最大化，并在仿真環境中進行實驗，可以有效提升實驗結果的準確度。

技術領域

本發明涉及邊緣計算領域，更確切地說，涉及一種面向移動邊緣計算網絡的自適應視頻緩存方法。

背景技術

在過去幾年里，視頻內容提供商每天產生數以億計的視頻內容，伴隨著移動設備多媒體處理能力的不斷增強，視頻流量的增長持續快速上升，成為移動數據流量激增的主要因素。思科視覺網絡指數預測，到2022年，全球近四分之一的互聯網流量(22％)將來自移動網絡，而2017年這一比例為12％，此外，IP視頻流量將占所有IP流量的82％。網絡運營商(MNOs)應特別優化視頻內容傳輸，避免回程擁堵，這些問題給移動網絡帶來巨大壓力。使用分布式緩存使視頻內容更靠近用戶，是目前較為認可的一種避免回程擁堵的一種很有前途的解決辦法。它在蜂窩網絡中緩存流行的內容，除了避免擁塞外，緩存網絡中經常訪問的內容也減少了向互聯網服務提供商(ISP)支付的傳輸服務費用。從而降低了蜂窩網絡的運營成本，避免了遠距離傳輸，通過快速的內容傳遞提高了用戶的體驗質量。

移動邊緣計算作為5G通信系統中的主要進化技術，它靠近用戶節點和數據源。其強大的智能存儲和計算功能避免了傳輸延遲時間長、帶寬浪費、能耗和隱私泄露的問題。移動邊緣計算技術是通過在BSs或APs旁邊部署通用的邊緣服務器來實現的，允許在移動用戶附近執行延遲敏感和上下文感知的服務和應用程序。區別于傳統的緩存方法，在邊緣端部署服務器同時具有存儲和計算能力，這對于較為復雜的視頻數據而言，是一種非常適合的存儲容器。

發明內容

本發明正是為了解決上述技術問題而設計的一種面向移動邊緣計算網絡的自適應視頻緩存方法，聯合邊緣服務器的存儲和計算能力協作緩存具有不同比特率的視頻，從而達到提高用戶的視頻請求在邊緣端的命中率，同時追求請求時延以及回程流量的優化,提升網絡整體性能的目的。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種面向移動邊緣計算網絡的自適應視頻緩存方法，基于各視頻分別具有的比特率種類彼此相同，按預設周期執行如下步驟，實現移動邊緣計算網絡系統環境下各邊緣服務器從云服務器中緩存的各視頻最大化命中用戶請求：

步驟1：由當前時刻向歷史方向的預設時長段內各視頻的流行度和各比特率種類的流行度，確定云服務器中各視頻被每個用戶請求的概率；

步驟2：針對移動邊緣計算網絡下服務器的分類，通過定義各類服務器分別所存儲的視頻表達式，結合云服務器中各視頻被每個用戶請求的概率，確定移動邊緣計算網絡下各邊緣服務器分別從云服務器中緩存視頻的目標函數和約束條件；

步驟3：緩存初始化，基于所確定移動邊緣計算網絡下各邊緣服務器分別從云服務器中緩存視頻的目標函數和約束條件，將緩存初始化看做分組背包問題，使用動態規劃算法解決分組背包問題，實現緩存初始化，確定各類邊緣服務器分別所對應的初始緩存視頻；

步驟4：緩存調度，基于各類邊緣服務器分別所對應的初始緩存視頻，針對每個用戶請求，使用緩存調度算法對各邊緣服務器和云服務器進行緩存調度，將符合用戶請求的視頻傳遞給用戶；

步驟5：緩存替換，針對從云服務器中進行緩存調度符合用戶請求的視頻，使用緩存替換算法對各類邊緣服務器初始緩存視頻進行緩存替換，更新各類邊緣服務器初始緩存視頻。

作為本發明的一種優選技術方案，所述步驟1中云服務器中各視頻被每個用戶請求的概率為：