边缘内容缓存与分享的经济分析

文摘   科技   2023-09-19 11:00   广东  

作者:何均懿

(图片来源于网络)

研究背景

移动边缘缓存(MEC)允许边缘设备缓存流行内容,并将其直接交付给最终用户,这可以有效缓解不断增加的网络负载,提高最终用户的服务质量。对等内容共享(PCS)使边缘设备能够与其他设备共享缓存的内容,并可以进一步提高缓存效率。尽管在内容缓存或共享技术方面已经做出了许多努力,但这些研究要么只关注边缘缓存或内容共享,例如如何设计缓存策略或如何以公平高效的方式共享内容,而没有捕捉缓存和共享策略的相互作用。研究这两种技术之间复杂的技术和经济相互作用仍然是开放的。因此,本文旨在研究以下问题:

      1. 设备如何做出缓存和共享决策?
      2. 不同设备的决策如何相互影响?

      3. 什么是系统均衡状态,如何实现?

研究方法

如图1所示,本文提出了一个联合的MEC-PCS框架,并专注于捕捉不同类型边缘设备之间的战略交互。具体而言,每个边缘设备可以选择是代理(卖方),缓存内容并将缓存的内容出售给请求者,或者是请求者(买方),不缓存内容,从代理处购买内容。缓存内容的每个边缘设备(即代理)都可以将缓存的内容出售给不缓存内容的其他对等设备(即请求者)。这一框架考虑了实际的因素,例如异构文件的需求以及有限的设备存储和服务能力。
本文将边缘设备策略性的交互建模为非合作博弈,每个设备(玩家)策略地选择成为每个内容的代理(缓存并与他人共享内容)或请求者(不缓存但请求他人的内容)。系统地分析了在基于使用的定价策略下(对于PCS)博弈均衡的存在性和唯一性。为了解决不完全信息问题,进一步设计了一个行为迭代更新策略,允许玩家通过动态学习算法实现均衡。

图1. 系统模型图:联合的MEC-PCS框架

研究结果

图2将所提出的联合框架与纯缓存框架(没有PCS)进行比较,并表明了在不同文件共享成本下实现的总系统成本。我们可以看到,与基准的纯缓存框架相比,本文提出的联合框架总是可以实现更低的系统成本。

图3进一步显示了通过对等内容共享实现的成本降低的最大百分比。我们可以看到,成本降低的百分比随着文件共享成本的增加而降低,而随着服务能力的增加而增加。也就是说,对于较小的文件共享成本或较大的服务能力,所提出的联合框架可以降低更多的系统成本。在实验中中,总的系统成本可以降低多达60%。   


               

图2. 联合框架与纯缓存框架的性能比较

图3. 对等内容共享降低系统总成本

参考文献

[1] C. Jiang, "Economic Analysis of Joint Mobile Edge Caching and Peer Content Sharing," 2023 IEEE International Conference on Computer Communications (INFOCOM 2023), May 2023.

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