淺談移動邊緣網絡緩存技術

任媛 李家興 張博洋

摘 要：為有效提升網絡速率，降低網絡時延，移動邊緣緩存技術在第五代網絡技術中得以運用。首先，本文對移動邊緣緩存技術進行概述，分析其技術特性以及緩存分類方式。其次，總結了獲取資源熱度的方法，最后對移動邊緣緩存技術的未來發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：邊緣網絡；緩存技術；資源熱度

1 移動邊緣網絡緩存技術概述

1.1 概念

隨著移動互聯網、物聯網的發展，日益增長的移動網絡流量給當前移動網絡帶來了極大的挑戰。目前在以基站為主的蜂窩接入網中，每次用戶請求視頻、社交等業務，從基站到遠端服務器之間都會產生很大的時延，更何況在短時間內大量用戶對統一熱門內容提出傳輸請求時，給網絡鏈路帶來了巨大的壓力，同時造成帶寬資源浪費、用戶體驗差等問題。為了避免上述問題，在邊緣網絡中部署緩存成為行業研究的熱點。

1.2 移動邊緣緩存特性

（1）用戶終端的移動性。無線邊緣網絡的最大特征就是用戶終端的移動性，終端位置的持續變動會改變網絡的拓撲結構，這就需要具備自適應的緩存策略來進行調整。

（2）邊緣網絡的復雜性。信道的衰落和干擾導致無線環境的不確定性，緩存內容所需要的最佳環境可能在無線環境發生變化時失效。

（3）緩存空間的有限性。單個基站或者用戶終端的存儲空間相對于核心網的存儲空間都是有限的，再加上接入單個基站的用戶數很少，可能導致緩存的命中率低。可以采取多個相近基站邊緣網協作緩存的方式，來優化全局緩存并滿足用戶需求。

2 移動邊緣網絡緩存技術分類

2.1 基站緩存

即在基站部署緩存，將移動基站網絡抽象成分布式網絡模型，能夠極大緩解移動核心網絡鏈路的壓力。

2.2 移動內容分發網絡CDN

在核心網外部建立分布式本地網關，移動數據流量可直接通過本地網關接入網絡，這種流量卸載的方式能夠緩解核心網的壓力，分布式的本地網關為分布式緩存部署提供了基礎。

2.3 透明緩存

主要由互聯網服務提供商（ISP）進行管理，在距離用戶很近的位置進行緩存，用戶不知道內容由緩存提供，即緩存對用戶透明、對內容提供商透明，對應用透明。

3 資源緩存熱度

為了保證在邊緣緩存服務器中緩存的內容是用戶實際需要的，需要采取相應的措施對內容的流行度進行預測，在內容流行度預測過程中所采用的方法與預測效果的好壞有直接關系，常見的預測方法有靜態模型、動態模型、大數據預測模型。

3.1 靜態分布

在靜態模型對內容熱度的預測方法通常是統計相應內容出現的頻率，頻率越高表明需要對內容的流行度越高，其具體的內容熱度預測表達式如下所示：

pi=xi∑Ni=1xii∈（1，N）

其中，pi表示在內容個數為N的情形下第i個內容的流行度。

在該靜態模式下雖然預測方法簡單，但是在實際復雜多變的業務內容需求下不能取得良好的預測效果。

3.2 時變分布

內容時變分布即表示內容流行度是是隨時間變化的。網絡中的許多內容是存在實時變化特征的，并且具有明顯的變化特征，比如當一個地方發生地震，這時候這個消息所具有的信息量是巨大的。在短時間內，內容流行度急劇增加，并且很快達到峰值，隨后逐漸衰減。

3.3 學習和預測流行度

目前數據量存在指數增長的趨勢，如果還是以傳統的方式來對內容流行度進行處理將難以達到想要的效果。結合當下的大數據平臺以及機器學習方法對解決該問題提出新思路，例如運用機器學習中的聚類分析對數據進行處理，將用戶的業務內容使用情況進行聚類，從而根據數據制定相應的緩存策略。

4 移動邊緣技術未來展望

（1）無線邊緣網絡中，用戶的移動會導致網絡拓撲的變動，以及緩存內容信息更新速度與實際無線環境變換速度不匹配，未來需要更具有自適應性能的邊緣緩存策略來發揮邊緣網絡緩存的優良性能。

（2）結合軟件定義網絡的方法，在分布式緩存基站和分布式邊緣云的基礎上，提高網絡資源管理的效率，提高計算、緩存和網絡利用率。

參考文獻：

[1]王景福，楊鑫.移動邊緣計算技術及其視頻應用研究[J].電信網技術，2017（12）：5256.

[2]王瑩，費子軒，張向陽，孫瑞錦，繆中宇.移動邊緣網絡緩存技術[J].北京郵電大學學報，2017，40（06）：113.

[3]朱丹，王曉冬.移動網絡邊緣計算與緩存技術研究[J].鐵路計算機應用，2017，26（08）：5154.

[4]鄧聰.移動邊緣計算是5G關鍵技術之一[N].中國電子報，20170519（006）.

[5]張曉慧.試析云計算分布式緩存技術在物聯網中的實施要點[J].計算機光盤軟件與應用，2014，17（15）：5051.