[发明专利]基于边缘缓存的网络节能方法及系统

说明书

本发明实施例提供了一种基于边缘缓存的网络节能方法及系统，首先构建基于边缘缓存的目标网络模型，然后基于目标网络模型，构建目标网络中ISP的第一功耗模型以及CP的第二功耗模型，并基于第一功耗模型和第二功耗模型，确定目标网络的网络功耗模型；最后，以目标网络的网络功耗最小为目标、以目标网络中边缘缓存单元中缓存的网络内容大小小于边缘缓存单元的容量为约束条件，确定网络功耗最小时边缘缓存单元内缓存的网络内容以及缓存的网络内容的数量。本发明实施例中从ISP与CP合作的角度出发，同时考虑了缓存大小、网络内容的流行度分布、网络拓扑结构以及不同内容的数量等因素的影响，达到网络节能的效果。

技术领域

本发明涉及网络节能技术领域，更具体地，涉及基于边缘缓存的网络节能方法及系统。

背景技术

目前，移动互联网流量呈爆炸式增长趋势。由于移动通信网络的通信量负担沉重，网络功效问题越来越受到人们的重视。随着无线网络流量的快速增长，网络运营商(Internet Service Provider，ISP)和内容提供商(Content Provider，CP)都在尝试使用大规模的网络设备来改善他们的网络服务。这不但导致了高成本的投入，还没有带来令用户满意的网络性能。此外，他们改善网络服务的动机是不同的，ISP关注的是流量工程问题，以使网络堵塞的概率达到最小，而CP的目标是解决服务器选择问题，通过减少延迟来满足用户需求，实现服务器的负载均衡。因此，ISP和CP有意愿通过合作共同为用户提供更好的内容交付服务。

通过对互联网流量的深入分析发现：由于传统互联网具有终端用户之间通信的特点，使传统互联网缺乏对内容交付服务的内在支持，目前迫切需要研究新的解决方案来消除网络内容的冗余传输问题。如果在网络通信接入侧上缓存流行内容，则可以明显减少域内和域间的流量。因此，各界研究人员都致力于在网络中部署缓存来降低网络功耗，以减轻ISP和CP的沉重负担。

各界研究学者们围绕这一思路做出了许多初步尝试：点对点(P2P)和内容分发网络(Content Delivery Networks，CDNs)通过在网络中部署广泛的分布式缓存来提高内容分发效率。为了在网络层实现上述功能，以信息为中心的网络(Information-centricnetworking，ICN)体系结构被提出。在ICN中，每个路由器设备能够缓存网络内容，从而缩短终端主机请求的传输距离。虽然广泛的网络内缓存功能可以获得有效的数据创术，但广泛的缓存部署以及基于内容复制的最近邻路由比不一定能够带来更好的网络性能，而且这可能会消耗更多的网络功耗。

近年来，一些学者从无线网络的功效角度对边缘缓存这一新领域进行了研究。在基站(Base Station，BS)场景下，有研究学者提出了一种能量延迟权衡模型来降低无线接入网络。也有研究学者提出了一个高效节能的缓存布局问题，最小化地降低具有缓存能力的异构小单元的能量。此外研究学者还设计了一种在单多用户缓存辅助的BS环境下的缓存和卸载策略，用于降低网络能量。最后，研究学者提出了一种基于编码的缓存算法，并试图讨论它对无线接入网络能量消耗的影响。

虽然这些研究工作充分利用了边缘缓存的思想来提高能源效率，但能源消耗问题主要在接入网中进行研究，缺乏从服务行为的变化以及ISP与CP之间的合作角度进行深入分析，难以从网络整体降低能耗。

发明内容

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供了一种基于边缘缓存的网络节能方法及系统。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于边缘缓存的网络节能方法，包括：

构建基于边缘缓存的目标网络模型，所述目标网络模型包括服务子模型、内容流行度子模型以及网络结构子模型；

基于所述目标网络模型，构建目标网络中网络运营商ISP的第一功耗模型以及内容提供商CP的第二功耗模型，并基于所述第一功耗模型和所述第二功耗模型，确定所述目标网络的网络功耗模型；