无线内容分发网络中基于边缘存储技术的激励机制与优化方法的研究

Edge caching technology has the advantages of reducing backhaul traffic and improving user’s downloading rate. It has great significance to realize high efficient transmission in the next generation wireless networks. The key to implement this technology is: How to allocate files based on the requirements of local users, reducing users’ downloading delay; How to design the incentive mechanism to make different parties willing to participate into content caching. To this end, this proposal intends to carry out the following innovative researches: 1) We propose two-layer matching scheme to solve the file allocation problem. Firstly, we match the content provider to storage device and then we match the storage device to files, with the aim of reducing the local downloading delay and further reducing the total network downloading delay. 2) Since many parties are involved in this network and usually there exists information asymmetry, contract theory is therefore proposed to make content providers self-revealing and force them to choose the intended contracts, in this way to maximize the profits of network service provider. 3) the heterogeneous caching network can be divided into different layers, such as macro base station layer, small base stations layer and user terminals layer. Broker-based mechanism is proposed to overall planning the associations between multi-layers of caching resources and multiple content providers with different requirements. Contract theory is then applied to optimize the profit of broker in this network. The intended achievements will provide a theoretical basis of the development and commercialization of the next wireless content distribution networks incorporating edge caching technology.

边缘存储技术具有降低回程链路数据量，提高用户下载速率等优点，对实现下一代无线网络高效数据传输具有重要意义。这项技术实现的关键是：如何根据局部用户需求放置文件，降低用户下载延迟；如何设计合理的激励机制，使网络各方愿意使用边缘存储技术。为此，本项目拟开展如下创新性研究：1）针对文件分配问题，提出两层匹配，将内容提供商与存储设备进行匹配，再将存储设备与文件匹配，降低局部用户下载文件的延迟，进而降低整个网络的下载延迟。2）网络中涉及到多方利益，因存在信息不对称性，提出运用契约理论，使内容提供商自我显示，自愿选择对应的合同，最大化网络运营商的利益。3）将异构存储网络按照宏基站、小基站、用户终端划分为多个层次，提出使用代理机制，统筹规划各层存储资源，与不同需求的内容提供商对接，运用契约理论，优化代理商利益。预期成果将为推动具有边缘存储技术的下一代无线内容分发网络的发展和商业化提供理论依据。

通过对网络数据的分析和观察发现网络流量中存在很多重复的传输，比如：受欢迎的视频和电影，因其重复传输对回程链路产生严重的负担。通过在无线内容分发网络的边缘预存储热门文件能有效的缓解回程链路的压力。本项目围绕基于边缘存储技术的下一代无线内容分发网络中资源优化分配和激励机制的设计方面展开研究。按照申请时的方案，分别研究了三个方面的内容。1）针对文件分配问题，提出两层匹配，将内容提供商与存储设备进行匹配，再将存储设备与文件匹配，降低局部用户下载文件的延迟，进而降低整个网络的下载延迟。该研究内容提出的算法具有与穷搜法接近的性能，能有效减少平均时延，提高整个网络的收益。2）无线内容分发网络中涉及多方利益，存在信息不对称，运用契约理论，使内容提供商自我显示，自愿选择对应的合同，最大化网络运营商的利益。该研究内容提出的算法，可以实现运营商利益最大化。3）将异构的存储资源按照宏基站、小基站、用户终端分为多个层次，提出使用代理机制，统筹规划各层存储资源，与不同需求的内容提供商对接，运用契约理论，优化网络的收益。该研究内容提出的算法通过构造等价曲线，以直接通过回程链路传输的成本作为基线，优化带有异构存储资源网络的定价和收益。本项目的研究成果将为下一代无线内容分发网络中的网络运营商和内容提供商部署边缘存储提供理论依据，进一步增强无线内容分发网络的分发性能和推动其商业化。