WCMCgydF4y2Ba 无线通信和移动计算gydF4y2Ba 1530 - 8677gydF4y2Ba 1530 - 8669gydF4y2Ba HindawigydF4y2Ba 10.1155 / 2018/1680641gydF4y2Ba 1680641gydF4y2Ba 研究文章gydF4y2Ba 在无线边缘缓存效率增强用户的体验质量的担忧gydF4y2Ba 李gydF4y2Ba 冯gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 林gydF4y2Ba Kwok-YangydF4y2Ba 1gydF4y2Ba http://orcid.org/0000 - 0002 - 0468 - 9488gydF4y2Ba 王gydF4y2Ba 李gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba NagydF4y2Ba 宇gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 刘gydF4y2Ba 鑫gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba 锅gydF4y2Ba 清gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 常gydF4y2Ba 郑gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 计算机科学与工程学院gydF4y2Ba 南洋理工大学gydF4y2Ba 639798年gydF4y2Ba 新加坡gydF4y2Ba ntu.edu.sggydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 电子科学与工程学院gydF4y2Ba 南京大学gydF4y2Ba 南京210093gydF4y2Ba 中国gydF4y2Ba nju.edu.cngydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 信息工程学院gydF4y2Ba 浙江理工大学gydF4y2Ba 杭州310023gydF4y2Ba 中国gydF4y2Ba zjut.edu.cngydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 信息科学与技术学院gydF4y2Ba 大连海事大学gydF4y2Ba 大连116026gydF4y2Ba 中国gydF4y2Ba dlmu.edu.cngydF4y2Ba 5gydF4y2Ba 信息与通信工程学院gydF4y2Ba 大连理工大学gydF4y2Ba 大连116024gydF4y2Ba 中国gydF4y2Ba dlut.edu.cngydF4y2Ba 2018年gydF4y2Ba 30.gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 2018年gydF4y2Ba 2018年gydF4y2Ba 24gydF4y2Ba 11gydF4y2Ba 2017年gydF4y2Ba 29日gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba 2017年gydF4y2Ba 31日gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba 2017年gydF4y2Ba 30.gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 2018年gydF4y2Ba 2018年gydF4y2Ba 版权©2018冯李et al。gydF4y2Ba 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。gydF4y2Ba

内容缓存是一种很有前途的方法来提高带宽利用率和减少交付延迟新一代互联网应用程序。内容缓存的设计是基于原则,受欢迎的内容是在适当的网络边缘缓存以减少传输延迟和避免回程瓶颈。在本文中,我们提出一个合作缓存替换和效率优化方案基于ip的无线网络。无线边缘旨在建立一个单缓存信息表缓存替换的范围的情况下当没有足够的缓存资源可用的在自己的空间。期间,接收缓存请求后,每个缓存节点应该确定所需的内容,并提供响应的重量根据自己的缓存空间的可用性。此外,提高缓存效率从实用的角度来看,我们引入用户体验质量的概念(体验质量)和试图妥善分配缓存整个网络的资源,以更好地满足用户需求。不同的缓存分配策略是设计用来增强用户体验质量在各种情况下。数值结果进一步证明提供我们的建议从各个方面的性能改进。gydF4y2Ba

 中国国家自然科学基金gydF4y2Ba 51404211gydF4y2Ba 61601221gydF4y2Ba BAE系统公司gydF4y2Ba 1。介绍gydF4y2Ba

在今天的互联网应用的快速发展,用户需求不断增加的通信带宽,但高期望交付速度从互联网。在这一点上,学者们提出了做好网络(CCN)适合的爆炸性发展互联网服务(gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba]。CCN,网络基础设施实现一个统一的命名方案等内容的数据内容名称映射到中间的IP层。这种方式,CCN使内容网络寻址和通信的主要单位。实现高带宽利用率和减少交货延迟,CCN的操作是基于一个内置缓存功能网络在中间网络内节点缓存所有通过内容和因此可能可以响应用户请求从他们的消息来源没有获得所请求的内容。其中,缓存策略直接影响CCN的质量内容分发网络的性能,因此吸引了越来越多的关注近年来网络研究社区。gydF4y2Ba

从技术上讲,随着CCN,许多传统网络设计的基本原则不再适用于当前的网络环境。未来的互联网应该有功能或服务支持透明的分离内容的名字从内容驻留的主机的名称。除此之外,网络安全和服务质量也应该内置的属性的未来网络的一部分。未来互联网研究追求按照两个主要发展趋势:gydF4y2Ba (gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba )gydF4y2Ba 进化路线,基于现有的IP网络体系结构的顺利进化通过引入网络服务逐步以透明和向后兼容的方式gydF4y2Ba (gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba )gydF4y2Ba 革命性的理念,旨在改进互联网新与必要的下一代网络体系结构的基础设施服务。从长远来看,改进将引入大量的复杂性和低效率的网络基础设施,因此将无法从根本上解决问题的灵活性、可靠性和可控性的互联网架构。在本文中,我们关注的进化路线,研究一种基于ip的网络缓存满足新一代互联网应用的需求(gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

到处留下副本(特性)的缓存技术,作为一种路径缓存方案,是一个最受欢迎的缓存策略(gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 11gydF4y2Ba),其基本概念是缓存的内容数据的缓存节点接收的内容数据时返回路径。而缓存节点没有足够的空间,最近最少使用的替代政策,将需要执行更新本地保存的内容即最长的未使用的内容应该替换为新内容。尽管上述策略很简单,易于部署,它可能会导致缓存数据的冗余和高频率的缓存替换。因此,如何设计一个适当的缓存策略,减少缓存冗余和增加缓存命中,临界点是值得被关注的(gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 13gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

解决上面的缓存问题提出,许多研究者提出了不同的改进方法,如LCD战略提出了(gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba]。缓存数据时的反应,只有达到节点的下一跳节点。文献[gydF4y2Ba 15gydF4y2Ba]提到ProbCache策略,沿途节点概率gydF4y2Ba PgydF4y2Ba 缓存的内容,和接近请求者,更大的价值gydF4y2Ba PgydF4y2Ba 。此外,曹等人在gydF4y2Ba 16gydF4y2Ba)提出了波策略;流行的上游节点获得文件记录文件请求的次数。此外,根据流行到下游节点的值,这个提议建议需要缓存块及其数量。然而,上述策略主要集中在减少缓存冗余和缓存命中率的增加而较少考虑网络带宽的储蓄。文献[gydF4y2Ba 17gydF4y2Ba)提出了元素缓存解决方案。在拟议的方法,当数据包返回请求的路径,缓存只是在最重要的节点。这种策略减少了啤酒花的数量在内容网络中传输。然而,过度集中的缓存内容使high-center节点超载将不可避免地导致频繁更换缓存内容,从而减少后续利用缓存资源。在[gydF4y2Ba 18gydF4y2Ba],作者提出并描述了混合的主要构建块Fog-supported P2P架构的无线内容交付名叫Fog-Caching P2P架构。建议探讨了拓扑信息在本地可用的服务Fog-caching节点,为了加快搜索过程的数据对。在[gydF4y2Ba 19gydF4y2Ba],作者提出了另一种结构,在这种结构中,缓存和路由操作是分离和缓存路由器时致力于包路由缓存服务器控制整个网络缓存内容。期间,缓存服务器应该是安装在每一个领域。gydF4y2Ba

许多新兴技术和数学方法,包括凸优化,博弈论,和智能算法,用于解决无线网络的优化缓存问题[gydF4y2Ba 20.gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 23gydF4y2Ba]。此外,从其他领域的解决方案和策略在通信网络可以激发学者解决缓存困难(gydF4y2Ba 24gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 30.gydF4y2Ba]。在本文中,我们集中在基于ip的缓存架构,是近年来研究热点gydF4y2Ba 31日gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 35gydF4y2Ba]。在[gydF4y2Ba 31日gydF4y2Ba),作者提出了一个基于IP的网络中的缓存解决方案内容标识符插入一个新到IPv6扩展头,其中建议的体系结构被称为caching-based IP网络。在[gydF4y2Ba 32gydF4y2Ba),作者研究了以信息为中心的网络体系结构具有缓存功能的潜力适应紧急参与卫星通信网络的通信。在[gydF4y2Ba 33gydF4y2Ba),介绍了一种新的威胁coherence-exploiting硬件木马可以植入主组件在系统利用缓存一致性协议。在[gydF4y2Ba 34gydF4y2Ba),作者提出强制性内容访问控制、分布式信息流控制机制使内容提供商控制网络节点可以缓存的内容。gydF4y2Ba

在本文中,我们提出一个缓存策略以提高缓存的效率基于ip网络体系结构通过引入用户体验质量的概念(体验质量)和简化的邻居节点的缓存的替换方法。我们首先设计一个简单的合作缓存策略在基于ip的网络构建和发现合适的邻居缓存节点和确定缓存新内容的数据根据重量信息内容和当前缓存状态。缓存替换方法是单节点区域内执行便于操作。此外,我们主要的增强我们的注意缓存效率通过考虑缓存资源放置在用户体验质量的影响。由于缓存资源的增加之间的非线性关系和用户体验质量,详细研究用户体验质量的变化更值得关注。在这种情况下,我们给体验质量的定义对缓存分配。我们主要关注如何有效地使用的缓存资源条件没有足够的缓存空间无线边缘的请求。不同的解决方案来应对不同的情况下用户需求和紧急程度提出解决缓存资源分配。在增加,我们提供仿真结果证明我们的建议。gydF4y2Ba

本文的主要贡献如下:gydF4y2Ba

合作缓存策略的目的是简化的邻居缓存和替换的建立和实现的无线节点所需的缓存资源有限。本文的主要贡献在于,我们提出一个简化的缓存解决方案可行性高、低复杂性。gydF4y2Ba

缓存效率增强设计解决方案通过引入无线节点体验质量。我们研究如何使用有限的缓存空间,增加用户体验质量导致一个缓存效率的提高。gydF4y2Ba

本文的其余部分组织如下。给出了系统模型的缓存无线边缘部分gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba。然后,该计划对邻居节点的缓存替换策略,以提高缓存效率提出了部分gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba。节gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba,数值结果提供给评估算法的性能。最后,我们得出结论本文部分gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

 2。系统模型gydF4y2Ba

在本文中,我们考虑一个基于ip的以信息为中心的网络缓存,缓存是安装在许多无线边缘如图gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba。由于兼容性问题和路由的性能information-centric-based网络机制,完全丢弃传统的基于ip的网络,采用以信息为中心的网络实现和部署目前感到不安。另一方面,multimedia-oriented网络情况下,在基于ip的网络设备间传输的通信方式的缺陷不可用无线缓存。因此,我们考虑一个基于ip的以信息为中心的网络与许多边缘缓存作为平滑的混合网络的兼容性,提高网络性能。在图gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba,一些无线的边缘配有缓存模块,而不是全部。事实上,这并不是最重要的终端或基站缓存以提高网络性能。只有一些关键节点大接力传输任务应该由缓存模块安装。gydF4y2Ba

缓存的数字无线边缘。gydF4y2Ba

此外,缓存以信息为中心的网络具有大量的内容资源和动态网络机制,很难把它们集中系统。也存在可行性问题缓存网络完全取代传统的基于ip的网络。因此,我们考虑一个混合方法结合传统网络和缓存网络来执行我们的提出了提高缓存策略缓存效率,改善系统性能。传输信号的基本图和缓存内容提出的模型如图gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

图传输信号和缓存的内容。gydF4y2Ba

在图中所描述的场景gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba,用户可以决定他们是否应该携带IP选项根据应用程序服务的要求。当携带IP信息的数据包到达路由器,他们可以直接传递没有任何逻辑处理。当缓存数据包到达路由器时,他们将处理逻辑单元判断路由器是否应该缓存内容的一部分。例如,此外,许多无线边缘路由器、宏观基站,基站,中继节点,和移动终端,被认为是能够缓存数据。基于请求的标签标注内容,边缘响应的内容数据保存链接资源网络,实现快速传输的数据包。gydF4y2Ba

 3所示。缓存效率的提高gydF4y2Ba

缓存的广泛部署在无线transmit-delay边缘可以减少冗余流和内容。然而,由于缓存空间非常有限,尤其是在个人终端,如何有效地利用缓存空间的边缘以提高缓存效率和网络性能是一个关键问题。gydF4y2Ba

目前,古典到处留下副本(特性)的缓存策略可能导致大型缓存冗余和频繁的缓存替换,激发更多的实际合作缓存技术来提高。自路径合作缓存解决方案倾向于基于每一个路径,执行决策中缓存策略可以产生碰撞时的路径将经过相同的节点。与此同时,集中式处理模式在当地合作缓存方案最近提出将导致较大的通信开销。gydF4y2Ba

为了解决上述问题,本文提出了一个简单的被动合作缓存方法的考虑用户的体验质量提高缓存效率当没有足够的缓存空间可以在使用。我们的建议进行缓存和替换只在一跳相邻邻居路由器。合作缓存方法应该履行的基础和发现邻居关系,然后判断是否缓存数据根据当地的新内容和过去的邻居缓存信息。合作替代将发生在本地缓存空间不足和信息交换的邻居路由器已经完成。gydF4y2Ba

3.1。合作缓存gydF4y2Ba

我们提出的基于ip的合作缓存策略是无功实时策略缓存内容的数据。该策略可以包含以下流程如下:gydF4y2Ba

找到邻居缓存路由器之间和基础。gydF4y2Ba

当缓存路由器在这种情况下收到新内容数据,他们将检查的邻居缓存信息表。如果缓存表有相应的内容,没有缓存会被执行;否则,缓存操作会根据存储空间转发。如果存储空间足够充分,路由器缓存内容。否则,更换策略应该实现。gydF4y2Ba

3.1.1。邻居发现机制和基础gydF4y2Ba

一般来说,单内的路由器物理距离可以被称为邻居节点。提出了基于ip的网络缓存,一般路由器和缓存路由器同时共存,如图gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba。对传统的广播找邻居路由器模式,信息溢出和高通信成本可能会发生。因此,我们设计一个简单而有效的邻居发现机制。在本节中,我们提出一个基于IP地址替换方案采用请求集成表(RIT)来构建你的邻居缓存路由器之间的关系,以确保对称上行和下行数据和找到邻居路由器。图在图给出gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

节点的分布缓存路由器。gydF4y2Ba

基于ip路由器替换机制。gydF4y2Ba

基于IP地址发现的主要特征和替换缓存路由器提出了机制是每个缓存节点完成通过不断更新和记录单范围内邻居节点的状态信息。缓存的发现过程,当前缓存节点首先判断当前接收的数据是否有缓存值和检查自己的缓存状态是否适合存储内容。如果满足以上所有条件,当前节点可以完成内容缓存和继续转发相关内容到下一个节点。如果当前节点发现数据内容不需要缓存,它是直接转发到下一个节点。gydF4y2Ba

时发现值得缓存的缓存的内容是很重要的,当前节点需要检查最近的邻居节点缓存状态表如果一个缓存空间是不够的。如果当前节点发现一个邻居节点的缓冲区空间范围的一跳,它可能会发送一个请求消息请求缓存当前内容。gydF4y2Ba

接收缓存请求后,邻居节点也决定了内容,并提供响应的重量根据自己的缓存空间的可用性。如果所有的条件都能满足,它将回复确认请求节点;否则,请求将被拒绝。相应的缓存发现和替换过程如图gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba;程序架构用于算法中给出了我们的建议gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

<大胆>算法1:< /大胆>缓存置换算法。gydF4y2Ba

初始化gydF4y2Ba:gydF4y2Ba

缓存内容gydF4y2Ba VgydF4y2Ba =gydF4y2Ba {gydF4y2Ba vgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba vgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba …gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba vgydF4y2Ba ngydF4y2Ba }gydF4y2Ba 和相应的重量gydF4y2Ba

因素gydF4y2Ba WgydF4y2Ba =gydF4y2Ba {gydF4y2Ba wgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba wgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba …gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba wgydF4y2Ba ngydF4y2Ba }gydF4y2Ba ;gydF4y2Ba

体重阈值gydF4y2Ba WgydF4y2Ba tgydF4y2Ba ;数量的缓存内容gydF4y2Ba kgydF4y2Ba ;gydF4y2Ba

重量比较因素gydF4y2Ba ggydF4y2Ba ;gydF4y2Ba

新的缓存内容的大小gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba ;gydF4y2Ba

邻居路由器缓存大小gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ;gydF4y2Ba

主程序gydF4y2Ba:gydF4y2Ba

计算比较因素gydF4y2Ba ggydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba wgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba /gydF4y2Ba wgydF4y2Ba jgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba jgydF4y2Ba ∈gydF4y2Ba ngydF4y2Ba ;gydF4y2Ba

重新排序的比较因素的新缓存内容gydF4y2Ba

GgydF4y2Ba =gydF4y2Ba {gydF4y2Ba ggydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ′gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ggydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ′gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba …gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ggydF4y2Ba ngydF4y2Ba ′gydF4y2Ba }gydF4y2Ba

和缓存的大小设置为内容gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba =gydF4y2Ba {gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ′gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ′gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba …gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba ngydF4y2Ba ′gydF4y2Ba }gydF4y2Ba

如果gydF4y2Ba ggydF4y2Ba ≤gydF4y2Ba ggydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ′gydF4y2Ba (gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1、2gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba …gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ngydF4y2Ba )gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 然后gydF4y2Ba

新内容不会被缓存的数据本地缓存节点;gydF4y2Ba

如果gydF4y2Ba wgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ≤gydF4y2Ba WgydF4y2Ba tgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 然后gydF4y2Ba

新内容不会被缓存的数据本地缓存节点;gydF4y2Ba

其他的gydF4y2Ba

如果gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba ≤gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba ngydF4y2Ba ′gydF4y2Ba &gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba !gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 然后gydF4y2Ba

替换内容相关gydF4y2Ba ggydF4y2Ba ngydF4y2Ba ′gydF4y2Ba 新内容;gydF4y2Ba

其他的gydF4y2Ba

年代gydF4y2Ba ugydF4y2Ba =gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba ngydF4y2Ba ′gydF4y2Ba ;gydF4y2Ba

FgydF4y2Ba ggydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ;gydF4y2Ba

为gydF4y2Ba jgydF4y2Ba =gydF4y2Ba kgydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 运行gydF4y2Ba

如果gydF4y2Ba ggydF4y2Ba >gydF4y2Ba ggydF4y2Ba jgydF4y2Ba ′gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 然后gydF4y2Ba

年代gydF4y2Ba ugydF4y2Ba =gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba ugydF4y2Ba +gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba jgydF4y2Ba ′gydF4y2Ba ;gydF4y2Ba

如果gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba ≤gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba ugydF4y2Ba &gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba !gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 然后gydF4y2Ba

取代的队列gydF4y2Ba GgydF4y2Ba =gydF4y2Ba {gydF4y2Ba ggydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ′gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ggydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ′gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba …gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ggydF4y2Ba ngydF4y2Ba ′gydF4y2Ba }gydF4y2Ba 新gydF4y2Ba

内容数据;gydF4y2Ba

FgydF4y2Ba ggydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ;gydF4y2Ba

打破gydF4y2Ba;gydF4y2Ba

如果gydF4y2Ba

其他的gydF4y2Ba

打破gydF4y2Ba;gydF4y2Ba

如果gydF4y2Ba

结束了gydF4y2Ba

如果gydF4y2BaFg = = 1,gydF4y2Ba 然后gydF4y2Ba

新内容不会被缓存的缓存节点;gydF4y2Ba

如果gydF4y2Ba

结束gydF4y2Ba

结束gydF4y2Ba

3.1.2。缓存替换机制gydF4y2Ba

特定的缓存替换算法中描述机制gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba。执行缓存替换操作之前,你的邻居路由器单范围内应该判断每个缓存请求的重量因素,他们是否有足够的缓存空间利用目前。如果条件可以满足,更换将会转发。gydF4y2Ba

 3.2。根据用户的缓存改进质量的经验gydF4y2Ba

在本节中,我们将进一步调查缓存分配问题的条件没有足够的缓存空间用户的需求。先前的讨论的内容集中在如何找到合适的邻居节点和完整的缓存内容的请求和转移时当前缓存节点的空间是不够的。接下来,我们专注于此同时当当前节点的缓存空间不足,你的邻居节点的缓存空间也相对缺乏;此时的网络需要做出某种选择缓存内容。也就是说,整个网络的缓存空间不能满足实时传输的需要缓存的内容。在这种情况下如何提高缓存效率呢?由于移动数据服务的快速发展,各种各样的用户的数据信息是洪水。较大规模的数据服务,每个节点的缓存空间,路由器,服务器,终端,和其他设备是非常有限的;因此很难满足需求。在这种情况下,如何有效地缓存是非常重要的。gydF4y2Ba

传统方法提高效率的缓存内容包括划分的内容缓存或划分优先级,紧急程度,合理的清洗历史缓存信息。本文打算提出一个方法来提高缓存效率从用户满意度的角度。根据当前的网络负载,缓存配置策略对传统网络用户组假设单元用户的QoS需求是稳定的和类似的,从几个固定的缓存大小和邻居节点分配到用户。在实际的移动网络互动,不同的用户的行为特征和习惯是不同的。QoS心理预期的通信时间轴和用户满意度的变化会影响最终结果的缓存调度。也就是说,移动网络之间存在一定偏差的付款预期收入的缓存资源和用户满意度。在这种情况下,如何进一步提高满意度指数根据客户满意度的轻微变化,这是为了进一步提高缓存使用的效率,在资源有限的情况下,值得深入研究。gydF4y2Ba

首先,假设移动用户预计的完成时间任务完成任务的总时间长度从提交反馈确认gydF4y2Ba TgydF4y2Ba egydF4y2Ba 。如果任务是时间内完成gydF4y2Ba TgydF4y2Ba egydF4y2Ba ,任务可以获得较高的满意度。完成此任务所需的最小缓存资源是单位执行资源,标记为gydF4y2Ba CgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 。中央控制器的过程gydF4y2Ba ngydF4y2Ba 任务在一段时间先后gydF4y2Ba TgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 。与此同时,我们引入用户体验的质量代表用户体验满意度,和总用户体验的质量可以表示为每个任务的执行gydF4y2Ba (1)gydF4y2Ba 问gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∑gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ngydF4y2Ba 问gydF4y2Ba ogydF4y2Ba EgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 其中体验质量表示的质量执行后的用户体验得到了吗gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 的任务。用户体验质量密切相关的预期完成时间的用户。当gydF4y2Ba TgydF4y2Ba cgydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba TgydF4y2Ba egydF4y2Ba ≤gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba (gydF4y2Ba TgydF4y2Ba cgydF4y2Ba 任务的实际完成时间),体验质量值是最高的,否则会逐渐下降。然而,在一般情况下,在计算任务执行的过程中,两个因素之间的关系不是简单的线性减少,但阶梯折线,如图gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba。从梯子上可以看出曲线,系统完成任务时间,有时不能直接改善用户体验质量,减少或增加幅度并不成比例增长。然后,根据用户体验质量的非线性特征,更合理的缓存资源的调度可以提高网络资源的利用率。gydF4y2Ba

体验质量和任务完成的时间。gydF4y2Ba

对于给定的整体缓存容量gydF4y2Ba CgydF4y2Ba 在整个网络中,贡献程度与每个缓存资源可以体验质量gydF4y2Ba (2)gydF4y2Ba UgydF4y2Ba pgydF4y2Ba rgydF4y2Ba ogydF4y2Ba fgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba tgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∑gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ngydF4y2Ba 问gydF4y2Ba ogydF4y2Ba EgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba CgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

为了最大化的贡献程度在固定时间段gydF4y2Ba TgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba ,应该满足以下条件gydF4y2Ba (3)gydF4y2Ba 问gydF4y2Ba ogydF4y2Ba EgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 马克斯gydF4y2Ba ⁡gydF4y2Ba ∑gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ngydF4y2Ba FgydF4y2Ba TgydF4y2Ba egydF4y2Ba 我gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba BgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba (4)gydF4y2Ba CgydF4y2Ba =gydF4y2Ba BgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba +gydF4y2Ba BgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ⋯gydF4y2Ba +gydF4y2Ba BgydF4y2Ba ngydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

通过收集和分析用户行为的特征信息,我们可以获得负荷任务的分布概率函数,然后进一步预测集gydF4y2Ba CgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba TgydF4y2Ba egydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 时间槽gydF4y2Ba TgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 。因此,把上面提到的优化目标是一个多维和线性优化问题来解决。gydF4y2Ba

从系统的角度,缓存资源的分配策略主要取决于两个因素,包括用户的任务交付的分布概率随时间线和用户所期望的完成时间。我们计划把服务时间在任务控制器分成相等的时段gydF4y2Ba TgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba TgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba …gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba TgydF4y2Ba 米gydF4y2Ba 。单个任务的平均执行时间可以表示为gydF4y2Ba (5)gydF4y2Ba dgydF4y2Ba tgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∑gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba kgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 米gydF4y2Ba egydF4y2Ba tgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba kgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba kgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

用户的期望完成时间可以通过用户的反馈评价结果或任务的频率刷新。如果用户查询或刷新的频率更快,预期任务完成时间越短,越迫切需求,满足期望越高。根据用户的查询频率,预期的程度的时间段gydF4y2Ba TgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 可以分为三个优先级,不同的颜色。蓝色意味着低于平均水平,白色意味着平均,和红色意味着调查的频率大于平均水平。gydF4y2Ba

缓存资源供给的策略应该仔细划分根据程度的紧迫性和忙碌的状态。当用户的工作状态分为两种类型,闲置和忙,查询频率对应于一般和应急两种情况。缓存调度策略如图gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba。不同的优化策略应该应用于解决缓存在无线资源分配问题的边缘。在以下部分模拟测试中,我们将给我们提议的表演与其他一般方法的缓存解决方案。gydF4y2Ba

缓存管理图。gydF4y2Ba

 4所示。数值结果gydF4y2Ba

在本节中,我们执行几个模拟测试,以证明我们的方法。基于NS-3仿真平台(gydF4y2Ba 36gydF4y2Ba];我们模拟和分析提出合作缓存替换解决方案内邻居节点和缓存效率改进的方案。在接下来的测试中,一个网络平台构建基于数量的缓存模块,和一个闪亮拓扑生成器用于生成网络拓扑根据Waxman概率模型(gydF4y2Ba 37gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 38gydF4y2Ba]。网络包括整体80路由器,包含20缓存路由器。所有无线边的位置是随机的。此外,60终端以及10服务器共存的网络内容。用户请求发送信号的速度每秒10倍。网络数据有5000的内容类型。邻居之间的交互执行每3秒;仿真总时间是2000秒。gydF4y2Ba

如图gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba我们给缓存命中率的性能,改变我们的建议之间的缓存大小和其他两种方法。特性的解决方案表示离开的缓存技术无处不在是传统的方法复制到缓存的内容数据的缓存节点在接收内容数据时返回路径。CCTH表示方法与邻居合作缓存策略检测两跳的范围。CCTH采用类似缓存方案相比,我们的建议除了检测范围。我们从图可以观察到gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba的缓存命中率上升明显增加缓存大小。由于网络节点的缓存空间占领,形变特性的性能优于我们的方法。然而,缓存命中率的增加我们的建议是相对速度比特性。此外,缓存命中率接近CCTH方法特性的解决方案,比我们的方法由于扩大检测范围从一个邻居跳两跳邻居。gydF4y2Ba

缓存命中率和缓存大小的变化。gydF4y2Ba

此外,如图gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba与改变,交通减速比缓存大小。显然从通行能力将受到影响的图由于增加缓存大小。如冰的方法需要更多的缓存节点自涉及网络,交通减速比其他方法相比是比较高的。此外,由于扫描区域的增加CCTH邻居缓存替换的方法,更多的置换和交流的缓存内容会导致交通减速比的增加。gydF4y2Ba

交通减速比和缓存大小的变化。gydF4y2Ba

在图gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba下,我们进一步给用户体验质量的性能优化缓存分配提出了本文和平均缓存分配。体验质量的定义已经在(gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba),我们随机选择10终端计算出平均值。我们因此为终端分配并激活更多的缓存资源提高频繁请求在传播。最优弹性缓存配置为用户分配有限的资源。平均缓存分配方法相比,我们的方案可以得到高用户体验质量减少缓存大小。此外,如图gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba改变缓存大小的缓存命中率。与缓存大小的增加,最优缓存的缓存命中率分配方案正在接近的方法如冰多个缓存节点在网络。gydF4y2Ba

用户体验质量不同的缓存分配策略。gydF4y2Ba

缓存命中率和缓存大小的变化。gydF4y2Ba

 5。结论gydF4y2Ba

在本文中,我们调查缓存问题,包括缓存替换和缓存效率增强基于ip的通信系统的缓存是安装在各种无线边缘。本文的主要贡献在于,我们设计了一个简化的缓存替换和用户QoE-based缓存分配方案在无线边提高缓存效率。在缓存替换操作,完成每个缓存节点缓存检测通过不断更新和记录单范围内邻居节点的状态信息。此外,我们引入用户体验质量的概念来描述缓存效率从另一个方面。通过采用不同的优化解决方案妥善分配节点的缓存资源,可以提高用户的体验质量。模拟测试执行作证我们提议的表演。通过比较与其他传统缓存方法在无线系统中,我们给一些解决方案的演示的缓存命中率和交通减速比。使用缓存大小的增加,我们的建议可以获得合理的容量快速改善相对较低的缓存大小。gydF4y2Ba

 信息披露gydF4y2Ba

李王目前在计算机科学与工程学院,南洋理工大学,新加坡639798。gydF4y2Ba

 的利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突有关的出版。gydF4y2Ba

 确认gydF4y2Ba

这项工作在一定程度上支持中国的国家自然科学基金资助下51404211和61601221,部分由BAE系统公司。gydF4y2Ba

 他gydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba 张gydF4y2Ba Z。gydF4y2Ba 余gydF4y2Ba f·R。gydF4y2Ba 赵gydF4y2Ba N。gydF4y2Ba 阴gydF4y2Ba H。gydF4y2Ba 梁gydF4y2Ba v . c . M。gydF4y2Ba 张gydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba 深基于强化学习优化缓存支持机会干扰对齐无线网络gydF4y2Ba IEEE车辆技术gydF4y2Ba 2017年gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 85030242195gydF4y2Ba 10.1109 / TVT.2017.2751641gydF4y2Ba 梁gydF4y2Ba C。gydF4y2Ba 余gydF4y2Ba f·R。gydF4y2Ba 张gydF4y2Ba X。gydF4y2Ba 以信息为中心的网络功能虚拟化/ 5 g移动无线网络gydF4y2Ba IEEE网络gydF4y2Ba 2015年gydF4y2Ba 29日gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 68年gydF4y2Ba 74年gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84930937888gydF4y2Ba 10.1109 / MNET.2015.7113228gydF4y2Ba PaschosgydF4y2Ba G。gydF4y2Ba BastuggydF4y2Ba E。gydF4y2Ba 土地gydF4y2Ba 我。gydF4y2Ba CairegydF4y2Ba G。gydF4y2Ba DebbahgydF4y2Ba M。gydF4y2Ba 无线高速缓存:技术的误解和商业壁垒gydF4y2Ba IEEE通讯杂志gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 54gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba 16gydF4y2Ba 22gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84983372855gydF4y2Ba 10.1109 / MCOM.2016.7537172gydF4y2Ba 刘gydF4y2Ba D。gydF4y2Ba 陈gydF4y2Ba B。gydF4y2Ba 杨gydF4y2Ba C。gydF4y2Ba 莫氏利施gydF4y2Ba 答:F。gydF4y2Ba 缓存的无线优势:设计方面,挑战,未来的发展方向gydF4y2Ba IEEE通讯杂志gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 54gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba 22gydF4y2Ba 28gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84991111456gydF4y2Ba 10.1109 / MCOM.2016.7565183gydF4y2Ba 赵gydF4y2Ba N。gydF4y2Ba 刘gydF4y2Ba X。gydF4y2Ba 余gydF4y2Ba f·R。gydF4y2Ba 李gydF4y2Ba M。gydF4y2Ba 梁gydF4y2Ba v . c . M。gydF4y2Ba 面向通信、缓存和计算的小细胞网络干扰对齐gydF4y2Ba IEEE通讯杂志gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 54gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba 29日gydF4y2Ba 35gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84991106448gydF4y2Ba 10.1109 / MCOM.2016.7565184gydF4y2Ba 鞑靼人gydF4y2Ba 一个。gydF4y2Ba 德阿莫林gydF4y2Ba m D。gydF4y2Ba FdidagydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba AntoniadisgydF4y2Ba P。gydF4y2Ba 调查预测web内容的流行gydF4y2Ba 《互联网服务和应用程序gydF4y2Ba 2014年gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84908409961gydF4y2Ba 10.1186 / s13174 - 014 - 0008 - ygydF4y2Ba BastuggydF4y2Ba E。gydF4y2Ba 班尼斯gydF4y2Ba M。gydF4y2Ba DebbahgydF4y2Ba M。gydF4y2Ba 生活在边缘:主动缓存的作用5 g无线网络gydF4y2Ba IEEE通讯杂志gydF4y2Ba 2014年gydF4y2Ba 52gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba 82年gydF4y2Ba 89年gydF4y2Ba 10.1109 / mcom.2014.6871674gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84906079345gydF4y2Ba 刘gydF4y2Ba D。gydF4y2Ba 杨gydF4y2Ba C。gydF4y2Ba 能源效率在基站下行网络缓存gydF4y2Ba IEEE在选定地区通讯》杂志上gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 34gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 907年gydF4y2Ba 922年gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84969919762gydF4y2Ba 10.1109 / JSAC.2016.2549398gydF4y2Ba AhlehaghgydF4y2Ba H。gydF4y2Ba 戴伊gydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba Video-aware调度和无线接入网络的缓存gydF4y2Ba IEEE / ACM交易网络gydF4y2Ba 2014年gydF4y2Ba 22gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba 1444年gydF4y2Ba 1462年gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84908089408gydF4y2Ba 10.1109 / TNET.2013.2294111gydF4y2Ba 胡gydF4y2Ba Z。gydF4y2Ba 郑gydF4y2Ba Z。gydF4y2Ba 王gydF4y2Ba T。gydF4y2Ba 首歌gydF4y2Ba lgydF4y2Ba 李gydF4y2Ba X。gydF4y2Ba 游戏理论方法无线主动缓存gydF4y2Ba IEEE通讯杂志gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 54gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba 37gydF4y2Ba 43gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84983348123gydF4y2Ba 10.1109 / MCOM.2016.7537175gydF4y2Ba ZeydangydF4y2Ba E。gydF4y2Ba BastuggydF4y2Ba E。gydF4y2Ba 班尼斯gydF4y2Ba M。gydF4y2Ba 就gydF4y2Ba m·A。gydF4y2Ba KaratepegydF4y2Ba 我一个。gydF4y2Ba 呃gydF4y2Ba 答:S。gydF4y2Ba DebbahgydF4y2Ba M。gydF4y2Ba 为网络大数据缓存:从云到边缘gydF4y2Ba IEEE通讯杂志gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 54gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba 36gydF4y2Ba 42gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84991096537gydF4y2Ba 10.1109 / MCOM.2016.7565185gydF4y2Ba HassanzadehgydF4y2Ba P。gydF4y2Ba TulinogydF4y2Ba 一个。gydF4y2Ba LlorcagydF4y2Ba J。gydF4y2Ba ErkipgydF4y2Ba E。gydF4y2Ba Cache-aided编码组播相关资源gydF4y2Ba 学报》第九届国际研讨会涡轮码和迭代信息处理,信息灵通2016gydF4y2Ba 2016年9月gydF4y2Ba 法国gydF4y2Ba 360年gydF4y2Ba 364年gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84994444353gydF4y2Ba 10.1109 / ISTC.2016.7593137gydF4y2Ba KaramchandanigydF4y2Ba N。gydF4y2Ba 爱好者gydF4y2Ba U。gydF4y2Ba Maddah-AligydF4y2Ba m。gydF4y2Ba DiggavigydF4y2Ba s . 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