基于反向拍卖的无线业务协作缓存技术研究

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随着流媒体业务的飞速增长,移动数据流量持续呈现井喷式增长的趋势。为了缓解通信网络的压力,采用缓存技术卸载数据流量行之有效。而且,用户协作缓存将大大降低缓存内容放置的成本。为此,本文对基于反向拍卖的无线业务协作缓存技术进行了研究。在本研究中,我们考虑用户终端(UTs)协作将无线热点业务缓存到智能路由中继(IRR)侧的方案。为了有效激励用户参与协作缓存任务,本文构建了基于反向拍卖的协作缓存模型,其中,IRR扮演热点业务的购买者,UTs扮演热点业务的提供者和消费者。本文采用社会总收益作为优化目标来衡量拍卖策略的有效性;除此之外还定义了平台总收益、用户总收益、任务完成率和用户获胜率等策略评价指标。首先,我们提出了基于流行度的同步反向拍卖(PBSRA)策略来激励用户协作缓存。PBSRA策略一共包含三个算法:在收集所有用户的竞标之后,我们采用基于流行度的获胜竞标选择算法来分配缓存任务;采用基于VCG的用户报酬分配算法计算用户的拍卖收益;为了避免用户竞标集中在少数流行度较高的热点业务上,我们还采用了基于排名反馈的用户竞标调整算法。仿真结果表明:PBSRA策略相较于随机分配(RA)策略,无论热点业务的供求关系如何,在除用户获胜率之外的所有指标上都有绝对的优势。除此之外,我们还在课题组搭建的“热点新闻爬取及呈现分享系统”中做了验证实验,实验结果进一步证明了PBSRA策略的可行性和有效性。其次,我们发现在PBSRA策略中,用户往往需要等待很长时间拍卖才会开始,这严重影响了用户积极性。因此,考虑了用户等待时间成本之后,我们重新定义了“最终社会收益”,并且采用了异步反向拍卖策略,通过牺牲部分社会收益换取用户“零等待”。我们采用了基于先到先得的异步反向拍卖(FBARA)策略,以最简单高效的方式选择获胜竞标,从而观察异步和同步策略在社会收益上的差距。然后我们采用了基于均值价格的异步反向拍卖(MBARA)策略,使得最终社会收益有进一步的提升。仿真结果表明:在当前供过于求的场景下,MBARA策略在最终社会收益上比FBARA策略提高了5.8%;而在供小于求的场景下,性能提升更加明显。此外,考虑用户等待时间成本之后,MBARA策略比PBSRA策略性能更优。实验结果也进一步验证了FBARA和MBARA策略的可行性和有效性。然后,由于PBSRA策略在用户等待时间上表现不佳,而MBARA策略在决策中具有“短视性”,无法达到社会收益的最优。因此,我们提出了基于流行度的混合反向拍卖(PBHRA)策略,通过在PBSRA策略中增加子拍卖周期,从而实现同步和异步反向拍卖策略的优势互补。仿真结果表明:在当前热点业务供过于求的场景下,PBHRA策略较之MBARA策略在最终社会收益上有0.9%的性能提升,当热点业务的绝对流行度较低时,性能提升可以达到3.1%;而在供求相当或供小于求的场景下,MBARA策略有4%左右的性能优势。实验结果同样验证了仿真结果的准确性,以及PBHRA策略的可行性和有效性。最后,我们总结了现有研究工作,并对接下来的研究提出展望。
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