优化用户体验质量的移动边缘智能缓存技术研究

Due to proliferation of mobile application users, traffic usually increase substantially beyond the capacity of the network. Through the use of new techniques like software-defined networks, the new generation of communication networks can improve performance, but the capacity is still unable to meet user demands and guarantee user experience. Mobile edge networks feature low delay and high bandwidth. Considering the proximity of the access network to terminal users, the data demanded can be transmitted efficiently within the access cloud domain by deploying a cache system at the mobile edge. In this context, the focus of this project is to study the intelligent caching strategy within the new generation of communication environments. Users' Quality of Experience is quantitatively measured. Optimization of QoE is defined as the objective. Models are established, taking cached content and user behavior into account. The method for dynamically adjusting and optimizing the cache is investigated in the real-world scenario where the new mobile service and the user behavior exhibit varying characteristics. In addition to improving data transmission efficiency and enhancing user experience, the expected research achievements can reduce traffic and conserve the bandwidth of the forwarding core network domain. Moreover, the project provides novel theoretical foundations for the computing service of mobile edge networks, and introduces techniques essential for high-rate, low-delay networking and data transmission. Therefore, the project is of great theoretical and practical significance.

新型移动应用的激增带来的网络数据流量的暴涨经常超过网络本身的容量限制，结合了软件定义网络等技术的新一代通信网络虽然能提高基础网络性能，但无法完全解决网络资源容量与用户体验需求之间的矛盾。移动接入网边缘具有低延迟、高带宽等特点，利用边缘接入网与终端用户间的就近关系，在移动边缘配置缓存系统，可将终端用户所需的业务数据在接入云域内高效传输。因此，本项目拟利用新一代通信技术优势，通过定量分析终端用户体验质量特征的度量，以优化用户体验质量为目标，结合缓存内容和用户行为进行建模，研究新一代通信环境下的移动边缘智能缓存策略，并针对新型移动业务差异和用户行为变化的实际场景研究相应的智能缓存动态调整和优化方法。预期研究成果在提高数据传输效率和提升用户体验质量的同时，可节约核心转发网域的流量带宽，为移动边缘计算服务提供新的理论支撑，为解决高速率低时延的组网与传输关键技术提供新的解决方案，具有重要的理论意义和实践价值。

由于新型移动应用的激增带来的网络数据流量的暴涨经常超过网络本身的容量限制，当前结合软件定义网络等技术的新一代通信网络虽能提高基础网络性能，但无法完全解决网络资源容量与用户体验需求之间的矛盾。针对以上问题，本项目着眼于新型移动网络体系与架构，利用边缘接入云在性能与成本上的优势，研究了相应的移动边缘智能缓存关键技术，主要包括：（1）提出了一种面向终端用户体验质量特征度量模型。（2）研究了以优化 QoE为目标的移动边缘智能缓存设计方案，确立了以优化 QoE 为目标、结合终端用户行为和请求内容重复度建模的移动边缘缓存位置策略。（3）提出了基于业务 QoE 差异化及用户行为变化的缓存动态调整及优化方法。上述研究工作为移动边缘计算服务提供新的理论支出，为解决高速率低时延的组网与传输关键技术提供了新的解决方案，具有重要的理论和实践价值。经过三年的研究工作，团队共计发表学术论文17篇，其中SCI收录6篇，EI收录8篇，超额完成了任务。其中部分论文发表在通信与计算机网络领域中的顶尖会议 IEEE INFOCOM WKSHPS 、高水平期刊 IEEE Network。实际申请和授权发明专利6项，软件著作权1项。为研究成果的推广奠定了基础。项目在研期间，课题组成员多次参加学术交流，并邀请了知名专家进行交流。项目在研期间，课题负责人被山东省科学院聘为研究员，共计培养了博士研究生2名，硕士研究生8名。