【摘要】：隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)繁榮發(fā)展,豐富多彩的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?例如智慧城市、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、在線游戲、高清視頻等。這些新興的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用在豐富人們生活的同時(shí),也給移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施帶來了巨大的挑戰(zhàn):一方面這些網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用產(chǎn)生的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長的態(tài)勢(shì);另一方面,這些新興的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用對(duì)計(jì)算資源的需求也越來越大。為了給用戶提供更高體驗(yàn)質(zhì)量的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù),積極地開展并推進(jìn)第五代(5G)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究具有重要意義。其中,在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中部署緩存和計(jì)算資源被認(rèn)為是降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延和內(nèi)容冗余傳輸,提升內(nèi)容分發(fā)效率和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算處理能力的重要途經(jīng),并且已經(jīng)得到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注和認(rèn)同。考慮到5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中部署緩存和計(jì)算資源的發(fā)展趨勢(shì),本論文對(duì)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中緩存和計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)展開了深入研究,主要包括:在5G核心網(wǎng)絡(luò)中,如何實(shí)現(xiàn)高效的緩存資源分配機(jī)制;在5G邊緣網(wǎng)絡(luò)中,如何實(shí)現(xiàn)協(xié)作高效的內(nèi)容緩存與分發(fā)機(jī)制;在5G邊緣網(wǎng)絡(luò)中,如何實(shí)現(xiàn)計(jì)算任務(wù)卸載機(jī)制。具體研究?jī)?nèi)容和主要?jiǎng)?chuàng)新工作概括如下:(1)5G核心網(wǎng)絡(luò)中高效的緩存資源分配機(jī)制研究在5G核心網(wǎng)絡(luò)中部署內(nèi)容緩存已經(jīng)被認(rèn)為是改善內(nèi)容分發(fā)效率和終端用戶體驗(yàn)質(zhì)量的重要方法,然而隨著在5G核心網(wǎng)絡(luò)中引入網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù),內(nèi)容緩存在5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)切片中并沒有得到很好的考慮。網(wǎng)絡(luò)切片是5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中引入的一項(xiàng)新技術(shù),它可以創(chuàng)建虛擬網(wǎng)絡(luò),并根據(jù)用戶的需要提供定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。本論文聯(lián)合的考慮了5G核心網(wǎng)絡(luò)緩存與網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù),提出了一種高效的5G核心網(wǎng)緩存資源分配機(jī)制。首先將5G核心網(wǎng)絡(luò)緩存資源分配問題抽象建模為一個(gè)整數(shù)線性規(guī)劃模型,然后提出了一種基于化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法的緩存資源分配策略,仿真結(jié)果顯示了所提方法的有效性。(2)5G邊緣網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作高效的內(nèi)容緩存與分發(fā)機(jī)制研究在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中,將內(nèi)容緩存的部署位置進(jìn)一步下沉,部署在更加靠近終端用戶的網(wǎng)絡(luò)邊緣,可以進(jìn)一步地降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延,對(duì)于改善移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容分發(fā)效率具有重要意義。其中,編碼緩存和協(xié)作分發(fā)被認(rèn)為是5G邊緣網(wǎng)絡(luò)中兩種很有前途的技術(shù)。雖然在編碼緩存和協(xié)作分發(fā)方面有許多優(yōu)秀的工作,然而這兩項(xiàng)技術(shù)傳統(tǒng)地是分開處理解決的。有必要聯(lián)合考慮這兩個(gè)重要問題,以降低回程率,改善內(nèi)容分發(fā)效率以及終端用戶的體驗(yàn)質(zhì)量。本論文聯(lián)合地考慮編碼緩存和協(xié)作分發(fā)問題,提出了一種協(xié)作高效的內(nèi)容緩存與分發(fā)機(jī)制;并基于所提出的方案,從內(nèi)容緩存和內(nèi)容分發(fā)的角度建立了能量消耗模型,以優(yōu)化內(nèi)容緩存和內(nèi)容分發(fā)的能量效率。此外,本論文提出了一種基于啟發(fā)式貪婪算法的緩存放置算法,通過優(yōu)化緩存放置來解決這個(gè)能量效率優(yōu)化問題。最后仿真結(jié)果表明了該方案的性能。(3)5G邊緣網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算任務(wù)卸載機(jī)制研究在5G邊緣網(wǎng)絡(luò)中部署計(jì)算資源已經(jīng)成為5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要趨勢(shì),對(duì)于提高網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算處理能力和終端用戶的體驗(yàn)質(zhì)量具有重要意義。這種在5G網(wǎng)絡(luò)邊緣中部署計(jì)算資源以及信息技術(shù)服務(wù)環(huán)境,并為終端用戶提供低時(shí)延高帶寬服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)新范式被稱之為邊緣計(jì)算,也是5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)引入的一項(xiàng)新技術(shù)。與此同時(shí),考慮到移動(dòng)終端的電池容量和計(jì)算能力的有限性,在移動(dòng)終端中處理計(jì)算密集型任務(wù)是十分困難的。因此,有必要將計(jì)算任務(wù)卸載到邊緣計(jì)算服務(wù)器中,而計(jì)算任務(wù)卸載也被認(rèn)為是邊緣計(jì)算領(lǐng)域的關(guān)鍵問題之一。本論文聯(lián)合地考慮了邊緣計(jì)算和D2D(Device-to-Device,設(shè)備到設(shè)備)通信技術(shù),提出了一種能量高效的計(jì)算任務(wù)卸載機(jī)制。特別地,計(jì)算任務(wù)執(zhí)行模型可由本地執(zhí)行、霧計(jì)算設(shè)備執(zhí)行和移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器執(zhí)行組成。然后,本論文將計(jì)算任務(wù)卸載問題建模為隨機(jī)優(yōu)化問題,并利用李雅普諾夫優(yōu)化理論求解該問題。最后,仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出方案的有效性。
【圖文】：

？逡逑圖１－１：論文組織架構(gòu)逡逑如圖１－１所示。逡逑本論文第二章對(duì)５Ｇ移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中緩存與計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了全面的概述，包逡逑括５Ｇ移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景、關(guān)鍵指標(biāo)、重要使能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)、以及緩逡逑存與計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)的研宄進(jìn)展。逡逑本論文第三章詳細(xì)敘述了邋５Ｇ核心網(wǎng)絡(luò)中緩存資源高效分配機(jī)制，首先介紹了集逡逑成網(wǎng)絡(luò)切片和緩存資源的５Ｇ核心網(wǎng)架構(gòu)，然后給出了緩存資源分配問題的系統(tǒng)模逡逑型和問題建模，并提出了基于ＣＲＯ算法的緩存資源分配機(jī)制來解決緩存資源分配問逡逑題，最后仿真結(jié)果也證明了所提方案的有效性。逡逑本論文第四章詳細(xì)敘述了邋５Ｇ邊緣網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作高效的內(nèi)容緩存與分發(fā)機(jī)制，首先逡逑描述了邋５Ｇ網(wǎng)絡(luò)邊緣系統(tǒng)模型，包括編碼緩存機(jī)制、協(xié)作緩存和內(nèi)容分發(fā)機(jī)制。然后逡逑分析了能耗模型和問題建模。為了求解優(yōu)化問題

網(wǎng)絡(luò)管理員也就可以通過集中的方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，而無需單獨(dú)訪問逡逑和配置每個(gè)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備。逡逑ＳＤＮ架構(gòu)主要可以分為三大部分：數(shù)據(jù)平面、控制平面以及應(yīng)用平面，如圖２－１逡逑所示。數(shù)據(jù)平面主要由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備構(gòu)成，其核心設(shè)備是交換機(jī)，包括物理交換機(jī)逡逑以及虛擬交換機(jī)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)以及狀態(tài)收集等。由于在ＳＤＮ中網(wǎng)絡(luò)設(shè)逡逑備的數(shù)據(jù)平面與控制平面完全解耦，所有數(shù)據(jù)包的控制策略以及網(wǎng)絡(luò)的配置管理都逡逑由控制器通過南向接口協(xié)議下發(fā)，從而網(wǎng)絡(luò)的管控變得更加靈活高效。這也極大地逡逑解放了數(shù)據(jù)平面的交換設(shè)備，從而交換設(shè)備可以只保留數(shù)據(jù)平面，專注于數(shù)據(jù)包的逡逑高速轉(zhuǎn)發(fā)。控制平面主要由ＳＤＮ控制器構(gòu)成，能夠獲取網(wǎng)絡(luò)資源的全局信息，，并能逡逑夠根據(jù)業(yè)務(wù)需要進(jìn)行資源的全局調(diào)配和優(yōu)化，例如流量調(diào)度、負(fù)載均衡等。而且采逡逑用這種集中式的管控模式后
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN929.5

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本文編號(hào)：2687568