[发明专利]一种基于簇内智能共享的边缘主动缓存方法

说明书

本发明公开了一种基于簇内智能共享的边缘主动缓存方法，根据资源互补规则将可以有效通信的边缘节点组建成簇，利用簇内资源共享的技术手段，从而提高资源利用率，降低用户请求时延，改善用户体验质量。在一个由移动客户端、移动通信蜂窝网以及内容供应网共同组成的系统中实现；在蜂窝网控制下，移动客户端发出内容请求，当该请求内容缓存在所述移动客户端的关联节点中时，可以直接从关联节点中下载该内容的数据包；与已有的一对多的基站‑用户模式相比，该方案能够提升边缘节点缓存资源的利用价值，从而提高缓存命中率，缩短用户请求延时，使用户体验质量得到明显改善，同时可以为其带来更多的用户和收益。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种基于簇内智能共享的边缘主动缓存方案。

背景技术

移动通信技术的发展和移动智能终端设备的普及，极大的推动了社会的发展，同时对人们的生活方法产生了深刻的影响。用户需求的增多带动了新型无线通信业务的发展，但同时也导致了移动通信流量的爆炸式增长，给现有的内容交付网络带来了巨大的挑战。为了满足不断增长的移动数据流量的需求，传统的解决方案是提升网络带宽、提高频谱效率或者增大基站部署密度，但这些方法提供的网络吞吐量依然有限，而且实现成本较高。边缘主动缓存应运而生。

边缘主动缓存可以利用网络边缘节点的各种端设备，包括基站、移动终端等进行内容的缓存。边缘主动缓存之所以能够引起学术界的广泛关注，一方面是由于近年来缓存服务器价格的不断降低，缓存能力不断提升，另一方面是由于移动边缘计算技术的飞速发展，使得云计算和存储能力扩大到无线网络的边缘，能够有效地降低服务延时，减少基站的峰值速率，缓解基站的卸载延迟问题。

针对无线通信网络中的缓存问题，可以利用5G网络的预测技术和边缘设备的主动缓存能力。在网络节点处部署缓存服务器，根据用户的历史请求进行内容的流行度预测，将预测排名较高的内容缓存在服务器中，并周期性更新缓存，能够提高用户请求命中率，降低用户获取内容的时延，从而提高用户体验质量。

因此，如何综合利用以上技术手段，提供一种能够提高缓存命中率、缓解互联网带宽和负载压力的主动缓存方案是当前通信面临的重要问题。为了了解现有缓存方案的研究状况，对相关论文和专利进行了检索、对比和分析，筛选出与本发明相关度较高的技术信息如下。

已有技术方案1：发表于IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS,，编号为VOL.19,NO.1的《Trace-Driven QoE-Aware Proactive Caching for Mobile VideoStreaming in Metropolis》论文，属于通信技术领域，提出一种追踪驱动的主动缓存策略，根据用户偏好对内容进行智能缓存，提高系统端频谱效率和用户端的体验质量。基站和用户以通信距离最短为标准建立一对多的关联，即当用户发送内容请求时，系统自动将该用户与附件的某基站建立关联，该基站根据请求内容将数据包返回给用户，并利用服务用户的历史请求进行流行度预测，将预测内容周期性更新至内容服务器。然而，一对多的服务体系忽略了边缘节点之间的资源共享，不仅造成了缓存资源的浪费，并且由于单一基站的缓存空间有限，导致用户请求命中率不高，用户体验质量效果提升不显著。

已有技术方案2：专利号为CN110784881A的《一种物联终端多级边缘节点主动缓存方法、设备及介质》专利，属于物联网领域，尤其涉及一种多级边缘节点主动缓存方法。利用一阶马尔可夫模型预测节点的移动概率，计算移动概率的熵值来衡量移动性预测的不确定性，从而判断内容在网络中预取和缓存的位置，并根据判断的节点下一跳位置，提前缓存内容至节点。该方案是建立在未来网络构架——信息中心网络(ICN)上的，ICN中缓存节点不固定，缓存的拓扑结构具有任意性，因此缓存系统呈现出更高的动态性，在增加缓存结构全面性的同时，也降低了系统的可拓展性，增加了方案实施的复杂度和系统协调调度的难度。