隨著智能移動(dòng)設(shè)備使用的增長(zhǎng),互聯(lián)網(wǎng)流量正以驚人的速度飛速增長(zhǎng),其中視頻數(shù)據(jù)逐漸成為互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中的主流數(shù)據(jù)形式。海量數(shù)據(jù)為云供應(yīng)商和視頻內(nèi)容提供商帶來(lái)了巨大的壓力。移動(dòng)邊緣計(jì)算(Mobile Edge Computing,MEC)作為一種經(jīng)濟(jì)有效的模式出現(xiàn),在網(wǎng)絡(luò)邊緣靠近用戶(hù)的地方提供存儲(chǔ)、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源。視頻內(nèi)容提供商能夠利用MEC提供的資源部署低延遲和計(jì)算密集型視頻服務(wù)。如何在滿足服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)的前提下盡可能節(jié)約MEC資源的租賃成本,成為視頻內(nèi)容提供商關(guān)心的重要研究課題。本文提出了一種聯(lián)合協(xié)同緩存、處理和資源租賃模型,旨在幫助視頻內(nèi)容提供商在視頻變體緩存放置方案、視頻請(qǐng)求路由方案和資源租賃方案上做出更好的決策,最終使得MEC資源的租賃代價(jià)最小。為適應(yīng)用戶(hù)需求的多樣性,模型考慮了自適應(yīng)比特率視頻流技術(shù),這使得用戶(hù)能夠根據(jù)自身的網(wǎng)絡(luò)狀況、移動(dòng)設(shè)備的處理能力和自身喜好調(diào)整對(duì)某一特定比特率版本視頻的需求。為更加貼近現(xiàn)實(shí)世界的場(chǎng)景,模型考慮了帶寬限制條件,由于回程鏈路的網(wǎng)絡(luò)資源有限,帶寬更能成為視頻傳輸?shù)钠款i。模型的NP完全性使得不存在對(duì)原始問(wèn)題的非平凡解,為問(wèn)題的求解造成了困難。受到“分治”思想的啟發(fā),本文將原始的聯(lián)合建模問(wèn)題分解成兩個(gè)子問(wèn)題:(i)利用當(dāng)前MEC系統(tǒng)內(nèi)未逾期的MEC資源最大化能夠覆蓋的用戶(hù)請(qǐng)求數(shù)目和(ii)最小化新租賃的資源代價(jià)同時(shí)能夠覆蓋當(dāng)前MEC系統(tǒng)內(nèi)未處理的用戶(hù)請(qǐng)求。對(duì)于子問(wèn)題(i),本文將該子問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單調(diào)次模函數(shù)的最大化優(yōu)化問(wèn)題,并給出了基于自適應(yīng)比特率的主動(dòng)式緩存算法,基于求解得到的緩存方案本文給出了近似在線請(qǐng)求路由算法。對(duì)于子問(wèn)題(ii),本文利用拉格朗日松弛方法對(duì)原始問(wèn)題中較復(fù)雜的限制條件進(jìn)行松弛,將子問(wèn)題(ii)分解為兩個(gè)子問(wèn)題,最后利用次梯度優(yōu)化算法對(duì)子問(wèn)題的解進(jìn)行調(diào)整。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證了算法在提升緩存命中率、減少根服務(wù)器到MEC系統(tǒng)的回程鏈路負(fù)載和最小化租賃代價(jià)方面的價(jià)值,并和傳統(tǒng)方法進(jìn)行了對(duì)比。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN948.6
【部分圖文】：

地連接到網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)，完成數(shù)據(jù)的協(xié)作分發(fā)，最終發(fā)送到客戶(hù)端求可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)協(xié)助接收請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)完成，這使得每個(gè)節(jié)與數(shù)據(jù)傳遞，提升網(wǎng)絡(luò)的吞吐量[60]。Mesh 網(wǎng)絡(luò)具有自行完成動(dòng)態(tài)組織，動(dòng)態(tài)自我配置可以實(shí)現(xiàn)工作負(fù)載的動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而提升系統(tǒng)性能。我們的問(wèn)題場(chǎng)景中，存在一個(gè)根服務(wù)器為用戶(hù)提供V 類(lèi)視頻內(nèi)容。由于用戶(hù)較遠(yuǎn)，因此需要在靠近用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)邊緣部署 CDN，用于服務(wù)用戶(hù)題建模采用的是圖 3-1 的 Mesh 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，假設(shè) CDN 構(gòu)建在擁有N 個(gè)統(tǒng)中，用集合 1 , 2,..., N 表示，每個(gè)基站都配有緩存單元和轉(zhuǎn)碼單當(dāng) n 0時(shí)表示根服務(wù)器。系統(tǒng)中每個(gè)基站可以接收和發(fā)送信息，每個(gè)基對(duì)等基站通過(guò)回程鏈路進(jìn)行直接通信，基站和基站可以協(xié)同工作。但由緩存資源有限，并不能緩存所有用戶(hù)請(qǐng)求的內(nèi)容，當(dāng)用戶(hù)請(qǐng)求不能在 到解決方案時(shí)，用戶(hù)請(qǐng)求會(huì)被定向至云端的根服務(wù)器進(jìn)行處理。

jP 為基站 的處理器資源上限。 租賃模式大多數(shù)云供應(yīng)商會(huì)按照固定時(shí)間周期T 出租服務(wù)器資源并收取費(fèi)用（Amazo時(shí)出租資源）。由文獻(xiàn)[56]可知視頻內(nèi)容提供商的租賃策略更新周期 t 這種情況下很有可能出現(xiàn)一部分租賃的資源并未逾期導(dǎo)致資源利用不均衡商在租賃新的 MEC 服務(wù)器資源前需要充分利用當(dāng)前已租賃未過(guò)期的服務(wù)資源浪費(fèi)。為便于討論，這里設(shè)定T 為 t 的整數(shù)倍，例如： T 5 t ，表務(wù)器出租周期內(nèi)，帶寬、存儲(chǔ)及處理器資源租賃方案會(huì)更新 5 次，若當(dāng)前耗盡，則新租賃的資源會(huì)在下一個(gè)周期T （5 t ）時(shí)間段內(nèi)持續(xù)生效，視商的租賃模式圖 3-2 所示。本文用參數(shù)ujs 、ujb 和ujp 分別表示當(dāng)前基站 j 的、帶寬及處理器資源，并引入變量njs 、njb 和njp 分別表示當(dāng)前基站 在下期 （n t ）內(nèi)需要新租賃的存儲(chǔ)、帶寬及處理器資源。

圖 3-3 MEC 轉(zhuǎn)碼模塊RTP/RTSP 客戶(hù)端從回程鏈路中接收從其他基站獲取的視頻流放置在輸需要轉(zhuǎn)碼，轉(zhuǎn)碼器將視頻內(nèi)容轉(zhuǎn)換成某一特定比特率并緩存在輸出緩沖TP/RTSP 服務(wù)器端發(fā)送至移動(dòng)終端用戶(hù)手中。們的設(shè)定中，根服務(wù)器為用戶(hù)提供V 類(lèi)視頻服務(wù)，可以用集合 1 ,2,簡(jiǎn)化問(wèn)題建模（也可擴(kuò)展到更一般的情況），假設(shè)每類(lèi)視頻內(nèi)容的時(shí)長(zhǎng)頻均有兩個(gè)視頻變體：高清分辨率（High Definition，SD）版本和標(biāo)準(zhǔn)dard Definition，SD）版本，分別用hv 和lv 表示。HD 和 SD 版本的視頻和 表示。在我們的問(wèn)題場(chǎng)景中，高比特率的視頻能經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)碼成為低比頻，即lv 可以由hv 轉(zhuǎn)碼得到，轉(zhuǎn)碼消耗的處理器資源用hlp 表示，根據(jù)，我們近似認(rèn)為hlp 和 成正比，于是可以將hlp 簡(jiǎn)化表示為lp 。

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本文編號(hào)：2808300