面向下一代移动通信网络的内容缓存协同关键技术研究

With the rapid deployment of LTE networks and the prosperity of mobile applications, mobile networks are facing the challenge of the increasing traffic volume. Meanwhile, with the development of cloud computing technology, it is now possible to endow mobile edge devices, such as base stations, with the capability of computation and storage. Under these circumstances, the concept of supporting in-network caching and content distribution in mobile edge devices is emerging to alleviate the pressure of mobile networks and improve the user experience, through bringing contents closer to users. It is also believed to be one of the most important technical trends for future 5G systems by both academia and industry. In this project, we will conduct systematic research on collaborative caching mechanisms in mobile networks from collaborative framework to optimization models and algorithms, in order to analyse and address the fundamental problems and explore the potential benefits of mobile edge content caching.

随着LTE移动通信网络在全球范围内的加速部署和创新移动互联网应用的层出不穷，移动网络正面临着日益增长的流量压力。与此同时，云计算/虚拟化技术的快速发展，使得在基站等移动边缘设备引入增强的计算和存储能力逐渐成为可能。在此背景下，通过在移动边缘设备支持缓存和内容分发功能，将内容引入到距离用户更近的地方，以缓解流量增长对移动核心网和回传链路的升级压力、提升用户体验，成为学术界和工业界的重要共识和5G移动通信网络发展的重要趋势。本项目面向下一代移动通信网络，系统地开展缓存协同优化技术研究，包括面向移动网络的缓存协同框架、RAN缓存/EPC缓存协同策略、异构网络环境下缓存优化机制、移动网络中的主动缓存机制等，解决其面临的重大技术挑战，并充分挖掘移动边缘计算在内容分发与缓存优化方面的潜力和空间，具有重大的理论价值和现实意义。

在移动网络中引入内容分发/缓存能力，有助于缓解流量增长对移动网络的升级压力、提升用户体验，这已成为学术界和工业界的重要共识和移动通信网络发展的重要趋势。本课题主要研究内容是移动网络环境下的缓存协同优化问题。具体来说，我们首先通过对国内某运营商省会城市的商用LTE网络HTTP访问日志数据进行分析，分析无线网络的流量特征，并验证了RAN Cache基本性能和缓存协同的可行性。其次，我们设计并实现了支持CDN内容节点下沉至无线接入侧的In-RAN CDN方案，加深我们对移动网络缓存协同问题域的理解。进一步地，我们针对EPC/RAN缓存协同策略、无线异构环境下的缓存协同策略、基于内容热度预测的缓存放置算法、边缘缓存感知的视频码率自适应算法、泛在缓存协同及路由优化等关键技术展开深入研究。研究表明，即使在用户数量较少（>1000人）的无线接入网侧，内容请求仍符合Zipf分布，这说明RAN Cache具有可实施性；而低复杂度、高效的缓存协同算法则可有效提升总体性能。