隨著智能移動設備使用的增長,互聯(lián)網(wǎng)流量正以驚人的速度飛速增長,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)為云供應商和視頻內容提供商帶來了巨大的壓力。移動邊緣計算(Mobile Edge Computing,MEC)作為一種經(jīng)濟有效的模式出現(xiàn),在網(wǎng)絡邊緣靠近用戶的地方提供存儲、計算和網(wǎng)絡資源。視頻內容提供商能夠利用MEC提供的資源部署低延遲和計算密集型視頻服務。如何在滿足服務質量(Quality of Service,QoS)的前提下盡可能節(jié)約MEC資源的租賃成本,成為視頻內容提供商關心的重要研究課題。本文提出了一種聯(lián)合協(xié)同緩存、處理和資源租賃模型,旨在幫助視頻內容提供商在視頻變體緩存放置方案、視頻請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資源的租賃代價最小。為適應用戶需求的多樣性,模型考慮了自適應比特率視頻流技術,這使得用戶能夠根據(jù)自身的網(wǎng)絡狀況、移動設備的處理能力和自身喜好調整對某一特定比特率版本視頻的需求。為更加貼近現(xiàn)實世界的場景,模型考慮了帶寬限制條件,由于回程鏈路的網(wǎng)絡資源有限,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原始問題的非平凡解,為問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)合建模問題分解成兩個子問題:(i)利用當前MEC系統(tǒng)內未逾期的MEC資源最大化能夠覆蓋的用戶請求數(shù)目和(ii)最小化新租賃的資源代價同時能夠覆蓋當前MEC系統(tǒng)內未處理的用戶請求。對于子問題(i),本文將該子問題轉化為單調次模函數(shù)的最大化優(yōu)化問題,并給出了基于自適應比特率的主動式緩存算法,基于求解得到的緩存方案本文給出了近似在線請求路由算法。對于子問題(ii),本文利用拉格朗日松弛方法對原始問題中較復雜的限制條件進行松弛,將子問題(ii)分解為兩個子問題,最后利用次梯度優(yōu)化算法對子問題的解進行調整。本文通過實驗仿真驗證了算法在提升緩存命中率、減少根服務器到MEC系統(tǒng)的回程鏈路負載和最小化租賃代價方面的價值,并和傳統(tǒng)方法進行了對比。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN948.6
【部分圖文】：

地連接到網(wǎng)絡中的其他節(jié)點，完成數(shù)據(jù)的協(xié)作分發(fā)，最終發(fā)送到客戶端求可以通過網(wǎng)絡中的其他節(jié)點協(xié)助接收請求的節(jié)點完成，這使得每個節(jié)與數(shù)據(jù)傳遞，提升網(wǎng)絡的吞吐量[60]。Mesh 網(wǎng)絡具有自行完成動態(tài)組織，動態(tài)自我配置可以實現(xiàn)工作負載的動態(tài)調整，從而提升系統(tǒng)性能。我們的問題場景中，存在一個根服務器為用戶提供V 類視頻內容。由于用戶較遠，因此需要在靠近用戶的網(wǎng)絡邊緣部署 CDN，用于服務用戶題建模采用的是圖 3-1 的 Mesh 網(wǎng)絡結構，假設 CDN 構建在擁有N 個統(tǒng)中，用集合 1 , 2,..., N 表示，每個基站都配有緩存單元和轉碼單當 n 0時表示根服務器。系統(tǒng)中每個基站可以接收和發(fā)送信息，每個基對等基站通過回程鏈路進行直接通信，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請求的內容，當用戶請求不能在 到解決方案時，用戶請求會被定向至云端的根服務器進行處理。

jP 為基站 的處理器資源上限。 租賃模式大多數(shù)云供應商會按照固定時間周期T 出租服務器資源并收取費用（Amazo時出租資源）。由文獻[56]可知視頻內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致資源利用不均衡商在租賃新的 MEC 服務器資源前需要充分利用當前已租賃未過期的服務資源浪費。為便于討論，這里設定T 為 t 的整數(shù)倍，例如： T 5 t ，表務器出租周期內，帶寬、存儲及處理器資源租賃方案會更新 5 次，若當前耗盡，則新租賃的資源會在下一個周期T （5 t ）時間段內持續(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 分別表示當前基站 在下期 （n t ）內需要新租賃的存儲、帶寬及處理器資源。

圖 3-3 MEC 轉碼模塊RTP/RTSP 客戶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碼，轉碼器將視頻內容轉換成某一特定比特率并緩存在輸出緩沖TP/RTSP 服務器端發(fā)送至移動終端用戶手中。們的設定中，根服務器為用戶提供V 類視頻服務，可以用集合 1 ,2,簡化問題建模（也可擴展到更一般的情況），假設每類視頻內容的時長頻均有兩個視頻變體：高清分辨率（High Definition，SD）版本和標準dard Definition，SD）版本，分別用hv 和lv 表示。HD 和 SD 版本的視頻和 表示。在我們的問題場景中，高比特率的視頻能經(jīng)過轉碼成為低比頻，即lv 可以由hv 轉碼得到，轉碼消耗的處理器資源用hlp 表示，根據(jù)，我們近似認為hlp 和 成正比，于是可以將hlp 簡化表示為lp 。

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本文編號：2808300