[发明专利]基于边缘缓存的能量有效的网络内容分发机制构建方法

说明书

本发明公开了一种基于边缘缓存的能量有效的网络内容分发机制构建方法，包括如下具体步骤：根据网络服务模式的变化，构建系统模型，根据所述系统模型，在网络边缘部署内容；根据网络边缘部署内容，构建ISP和CP的网络功耗模型，并进行约束和简化；基于强化学习对所述网络功耗模型进行优化求解。本发明解决了现有研究基本针对内容流行度、缓存命中率等预测角度，缺乏基于机器学习的最优路由方案解决ISP、CP协作能耗问题，通过研究边缘缓存环境下的网络参与者行为变化，对ISP和CP功耗建立了一个集中系统模型，并使用机器学习进行了分布式在线与离线求解，计算结果与理论值相比拟。

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，更具体的说是涉及一种基于边缘缓存的能量有效的网络内容分发机制构建方法。

背景技术

根据预测2023年将有53亿人使用互联网，这带来了互联网产业的迅猛发展，标志着对互联网需求的具象化，设备增多，网络流量激增，移动通信网络的通信量负担沉重，能耗问题严重。虽然网络运营商(Internet Service Provider，ISP)和内容提供商(ContentProvider，CP)的动机是不同的，但在现有网络体系，CP与ISP无法单独实现各自目标，只有协作才能准确获取网络和请求信息，使CP选择最优内容服务器实现负载平衡，降低延迟，ISP最小化传输流量，降低堵塞。因此，ISP和CP希望协作为用户提供更好的内容交付服务。

通过对互联网状况的深度调研：由于传统互联网具有端对端通信的特点，使传统互联网缺乏对内容交付服务的内在支持，因此迫切需要消除网络内容的冗余传输问题的新方案。如果在网络通信的接入侧缓存流行内容，则可以有效减少流量问题。研究人员针对此架构做出了许多初步尝试：P2P打破了传统IP网络的用户和服务器模式，但节点难以维护。CDN建立了缓存层，但应用层的架构缺乏对下层网络的感知，难以提高内容分发效率。为了根本解决此问题，研究者们提出网络层的内容检索架构ICN，使用户只需关注内容，其最流行的实现方案CCN是本发明的根基，通过在网内缓存流行内容，有效解决上述问题，但在ICN中并不总是需要广泛的缓存部署以及基于内容复制的最近路由可能会带来更多的消耗。针对上述解决方案，对ICN的研究指明提高缓存利用率的紧迫性。大量研究者关注缓存部署、ISP内协作等，但缺乏与CP合作控制能耗。研究者讨论了多种影响能耗因素，提供了先导意义，但缺乏系统地研究。进一步的，现有研究基本针对内容流行度、缓存命中率等预测角度，缺乏基于机器学习的最优路由方案解决ISP、CP协作能耗问题。

因此，如何提供一种基于边缘缓存的能量有效的网络内容分发机制，通过优化缓存资源的分配和最佳路由路径传输来实现整个网络的功耗最小化是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于边缘缓存的能量有效的网络内容分发机制构建方法，解决相关技术问题中能耗大的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种基于边缘缓存的能量有效的网络内容分发机制构建方法，包括如下具体步骤：

根据网络服务模式的变化，构建系统模型，根据所述系统模型，在网络边缘部署内容；

根据网络边缘部署内容，构建ISP和CP的网络功耗模型，并进行约束和简化；

基于强化学习对所述网络功耗模型进行优化求解。

进一步地，构建所述系统模型包括：

根据Zipf分布构建内容流行度模型；

构建网络模型；所述网络模型包括网络服务与架构模型、网络拓扑模型。

进一步地，所述内容流行度模型构建，假设内容种类数为F，按照从1到k给视频内容编号；在给定的固定时间内，网络总的请求数为R，内容编号为k的内容流行度的分布为：