任媛 李家興 張博洋

摘 要：為有效提升網(wǎng)絡(luò)速率，降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，移動(dòng)邊緣緩存技術(shù)在第五代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中得以運(yùn)用。首先，本文對(duì)移動(dòng)邊緣緩存技術(shù)進(jìn)行概述，分析其技術(shù)特性以及緩存分類方式。其次，總結(jié)了獲取資源熱度的方法，最后對(duì)移動(dòng)邊緣緩存技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：邊緣網(wǎng)絡(luò)；緩存技術(shù)；資源熱度

1 移動(dòng)邊緣網(wǎng)絡(luò)緩存技術(shù)概述

1.1 概念

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，日益增長(zhǎng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)流量給當(dāng)前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。目前在以基站為主的蜂窩接入網(wǎng)中，每次用戶請(qǐng)求視頻、社交等業(yè)務(wù)，從基站到遠(yuǎn)端服務(wù)器之間都會(huì)產(chǎn)生很大的時(shí)延，更何況在短時(shí)間內(nèi)大量用戶對(duì)統(tǒng)一熱門(mén)內(nèi)容提出傳輸請(qǐng)求時(shí)，給網(wǎng)絡(luò)鏈路帶來(lái)了巨大的壓力，同時(shí)造成帶寬資源浪費(fèi)、用戶體驗(yàn)差等問(wèn)題。為了避免上述問(wèn)題，在邊緣網(wǎng)絡(luò)中部署緩存成為行業(yè)研究的熱點(diǎn)。

1.2 移動(dòng)邊緣緩存特性

（1）用戶終端的移動(dòng)性。無(wú)線邊緣網(wǎng)絡(luò)的最大特征就是用戶終端的移動(dòng)性，終端位置的持續(xù)變動(dòng)會(huì)改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這就需要具備自適應(yīng)的緩存策略來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

（2）邊緣網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。信道的衰落和干擾導(dǎo)致無(wú)線環(huán)境的不確定性，緩存內(nèi)容所需要的最佳環(huán)境可能在無(wú)線環(huán)境發(fā)生變化時(shí)失效。

（3）緩存空間的有限性。單個(gè)基站或者用戶終端的存儲(chǔ)空間相對(duì)于核心網(wǎng)的存儲(chǔ)空間都是有限的，再加上接入單個(gè)基站的用戶數(shù)很少，可能導(dǎo)致緩存的命中率低?？梢圆扇《鄠€(gè)相近基站邊緣網(wǎng)協(xié)作緩存的方式，來(lái)優(yōu)化全局緩存并滿足用戶需求。

2 移動(dòng)邊緣網(wǎng)絡(luò)緩存技術(shù)分類

2.1 基站緩存

即在基站部署緩存，將移動(dòng)基站網(wǎng)絡(luò)抽象成分布式網(wǎng)絡(luò)模型，能夠極大緩解移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)鏈路的壓力。

2.2 移動(dòng)內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)CDN

在核心網(wǎng)外部建立分布式本地網(wǎng)關(guān)，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量可直接通過(guò)本地網(wǎng)關(guān)接入網(wǎng)絡(luò)，這種流量卸載的方式能夠緩解核心網(wǎng)的壓力，分布式的本地網(wǎng)關(guān)為分布式緩存部署提供了基礎(chǔ)。

2.3 透明緩存

主要由互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）進(jìn)行管理，在距離用戶很近的位置進(jìn)行緩存，用戶不知道內(nèi)容由緩存提供，即緩存對(duì)用戶透明、對(duì)內(nèi)容提供商透明，對(duì)應(yīng)用透明。

3 資源緩存熱度

為了保證在邊緣緩存服務(wù)器中緩存的內(nèi)容是用戶實(shí)際需要的，需要采取相應(yīng)的措施對(duì)內(nèi)容的流行度進(jìn)行預(yù)測(cè)，在內(nèi)容流行度預(yù)測(cè)過(guò)程中所采用的方法與預(yù)測(cè)效果的好壞有直接關(guān)系，常見(jiàn)的預(yù)測(cè)方法有靜態(tài)模型、動(dòng)態(tài)模型、大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模型。

3.1 靜態(tài)分布

在靜態(tài)模型對(duì)內(nèi)容熱度的預(yù)測(cè)方法通常是統(tǒng)計(jì)相應(yīng)內(nèi)容出現(xiàn)的頻率，頻率越高表明需要對(duì)內(nèi)容的流行度越高，其具體的內(nèi)容熱度預(yù)測(cè)表達(dá)式如下所示：

pi=xi∑Ni=1xii∈（1，N）

其中，pi表示在內(nèi)容個(gè)數(shù)為N的情形下第i個(gè)內(nèi)容的流行度。

在該靜態(tài)模式下雖然預(yù)測(cè)方法簡(jiǎn)單，但是在實(shí)際復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)內(nèi)容需求下不能取得良好的預(yù)測(cè)效果。

3.2 時(shí)變分布

內(nèi)容時(shí)變分布即表示內(nèi)容流行度是是隨時(shí)間變化的。網(wǎng)絡(luò)中的許多內(nèi)容是存在實(shí)時(shí)變化特征的，并且具有明顯的變化特征，比如當(dāng)一個(gè)地方發(fā)生地震，這時(shí)候這個(gè)消息所具有的信息量是巨大的。在短時(shí)間內(nèi)，內(nèi)容流行度急劇增加，并且很快達(dá)到峰值，隨后逐漸衰減。

3.3 學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)流行度

目前數(shù)據(jù)量存在指數(shù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，如果還是以傳統(tǒng)的方式來(lái)對(duì)內(nèi)容流行度進(jìn)行處理將難以達(dá)到想要的效果。結(jié)合當(dāng)下的大數(shù)據(jù)平臺(tái)以及機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)解決該問(wèn)題提出新思路，例如運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)中的聚類分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將用戶的業(yè)務(wù)內(nèi)容使用情況進(jìn)行聚類，從而根據(jù)數(shù)據(jù)制定相應(yīng)的緩存策略。

4 移動(dòng)邊緣技術(shù)未來(lái)展望

（1）無(wú)線邊緣網(wǎng)絡(luò)中，用戶的移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖儎?dòng)，以及緩存內(nèi)容信息更新速度與實(shí)際無(wú)線環(huán)境變換速度不匹配，未來(lái)需要更具有自適應(yīng)性能的邊緣緩存策略來(lái)發(fā)揮邊緣網(wǎng)絡(luò)緩存的優(yōu)良性能。

（2）結(jié)合軟件定義網(wǎng)絡(luò)的方法，在分布式緩存基站和分布式邊緣云的基礎(chǔ)上，提高網(wǎng)絡(luò)資源管理的效率，提高計(jì)算、緩存和網(wǎng)絡(luò)利用率。

參考文獻(xiàn)：

[1]王景福，楊鑫.移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)及其視頻應(yīng)用研究[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2017（12）：5256.

[2]王瑩，費(fèi)子軒，張向陽(yáng)，孫瑞錦，繆中宇.移動(dòng)邊緣網(wǎng)絡(luò)緩存技術(shù)[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，40（06）：113.

[3]朱丹，王曉冬.移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算與緩存技術(shù)研究[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2017，26（08）：5154.

[4]鄧聰.移動(dòng)邊緣計(jì)算是5G關(guān)鍵技術(shù)之一[N].中國(guó)電子報(bào)，20170519（006）.

[5]張曉慧.試析云計(jì)算分布式緩存技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)施要點(diǎn)[J].計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2014，17（15）：5051.