KR102541077B1 - Method and apparatus for caching content in 5G MEC-based information-centric network - Google Patents
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Abstract
본 발명은 5G MEC 기반 정보 중심 네트워크에서 컨텐츠 캐싱 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면, 개별 엣지 네트워크에 속하는 복수의 MEC (Multi-Access Edge Computing) 서버 각각이, 요청 노드의 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 제1 컨텐츠 요청 빈도를 계산하는 단계; 상기 복수의 MEC 서버 각각이, 상기 계산된 제1 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제1 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 캐싱하는 것으로 결정하는 단계; SDN 컨트롤러가, 상기 개별 엣지 네트워크 내에서 상기 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 제2 컨텐츠 요청 빈도를 계산하는 단계; 및 상기 SDN 컨트롤러가, 상기 계산된 제2 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제2 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 상기 개별 엣지 네트워크에 연결되는 ICN (Information-Centric Networking) 노드에 캐싱하는 것으로 결정하는 단계를 포함하는 컨텐츠 캐싱 방법이 제공된다. The present invention discloses a method and apparatus for caching content in a 5G MEC-based information-centric network. According to the present invention, each of a plurality of MEC (Multi-Access Edge Computing) servers belonging to individual edge networks calculates an expected first content request frequency through request information on the first content of a request node; determining, by each of the plurality of MEC servers, to cache the first content when the calculated first content request frequency is greater than a preset first threshold; calculating, by an SDN controller, a second content request frequency expected through request information on the first content within the individual edge network; and when the calculated second content request frequency is greater than a preset second threshold, the SDN controller determines to cache the first content in an Information-Centric Networking (ICN) node connected to the individual edge network. There is provided a content caching method comprising the step of doing.
Description
본 발명은 5G MEC 기반 정보 중심 네트워크에서 컨텐츠 캐싱 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for caching content in a 5G MEC-based information-centric network.
5G에서는 초저지연 서비스의 효과적인 제공을 위해 코어 클라우드에서 사용자와 인접한 엣지로 다양한 네트워크 자원을 이동하여 신속한 서비스를 제공 가능한 MEC (Multi-Access Edge Computing)를 활용한다.In order to effectively provide ultra-low latency services, 5G utilizes MEC (Multi-Access Edge Computing), which can provide fast services by moving various network resources from the core cloud to the edge adjacent to users.
정보 중심 네트워크인 ICN (Information-Centric Networking)은 효과적인 컨텐츠 전송을 위해 이름 기반의 라우팅을 수행하는 네트워크로 이동성 관리, 컨텐츠 보안 등의 측면에서 장점이 있어 5G에서 유용하게 활용될 수 있다.ICN (Information-Centric Networking), an information-centric network, is a network that performs name-based routing for effective content transmission and can be usefully used in 5G because of its advantages in terms of mobility management and content security.
최근에는 5G MEC 네트워크 환경에서 엣지 노드에 컨텐츠를 캐싱함으로써 컨텐츠 전달 지연 및 배포 비용을 줄이는 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, research on reducing content delivery delay and distribution cost by caching content at the edge node in the 5G MEC network environment is being actively conducted.
5G MEC 네트워크 환경에서 제안된 정보 중심 네트워크 컨텐츠 캐싱 기법 중 선행문헌 1의 연구에서는 5G 네트워크에서 서비스 제공 시간을 최적화하기 위해 컨텐츠 요청 및 생성 시간으로 계산된 Freshness, 캐싱 노드부터 요청 노드까지의 홉 수로 계산된 Distance Factor 및 캐싱 노드로 요청된 빈도수로 계산된 Access Frequency Rate를 이용하여 계산된 컨텐츠 인기도에 기반한 컨텐츠 캐싱 기법을 제안했다. Among information-centric network content caching techniques proposed in the 5G MEC network environment, in the study in
선행문헌 2의 연구에서는 5G 환경에서 Caching Resource Allocation (CRA) 최적화 문제를 엣지 노드의 특성에 기반하여 엣지에 연결된 기지국으로 적절한 캐싱 용량을 할당하는 Base Station Caching Capacity (BSCC) 문제 및 할당된 컨텐츠에 대해 기지국과 요청 노드를 연결하는 Request MATching (RMAT) 문제로 분류하고 캐싱에 소비되는 에너지 사용 및 컨텐츠 서비스 시간을 최소화하는 캐싱 기법을 제안했다.In the study of
그러나, 상기 연구는 중앙 집중식 클라우드 인프라를 통해 데이터를 분석, 처리하므로 SDN 컨트롤러와 같은 중앙 제어기의 부하를 발생시킬 수 있고 이로 인한 서비스 지연 문제를 야기할 수 있다.However, since the above research analyzes and processes data through a centralized cloud infrastructure, it may generate a load on a central controller such as an SDN controller, which may cause a service delay problem.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 중앙 제어기의 부하를 줄이면서 서비스 지연 문제를 방지할 수 있는 5G MEC 기반 정보 중심 네트워크에서 컨텐츠 캐싱 방법 및 장치를 제안하고자 한다. In order to solve the above problems of the prior art, the present invention is to propose a content caching method and apparatus in a 5G MEC-based information-centric network that can prevent service delay while reducing the load of the central controller.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 5G MEC 기반 정보 중심 네트워크에서 컨텐츠 캐싱 방법으로서, 개별 엣지 네트워크에 속하는 복수의 MEC (Multi-Access Edge Computing) 서버 각각이, 요청 노드의 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 제1 컨텐츠 요청 빈도를 계산하는 단계; 상기 복수의 MEC 서버 각각이, 상기 계산된 제1 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제1 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 캐싱하는 것으로 결정하는 단계; SDN 컨트롤러가, 상기 개별 엣지 네트워크 내에서 상기 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 제2 컨텐츠 요청 빈도를 계산하는 단계; 및 상기 SDN 컨트롤러가, 상기 계산된 제2 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제2 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 상기 개별 엣지 네트워크에 연결되는 ICN (Information-Centric Networking) 노드에 캐싱하는 것으로 결정하는 단계를 포함하는 컨텐츠 캐싱 방법이 제공된다. In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, as a content caching method in a 5G MEC-based information-centric network, each of a plurality of Multi-Access Edge Computing (MEC) servers belonging to individual edge networks, calculating an expected first content request frequency through request information on the first content of a request node; determining, by each of the plurality of MEC servers, to cache the first content when the calculated first content request frequency is greater than a preset first threshold; calculating, by an SDN controller, a second content request frequency expected through request information on the first content within the individual edge network; and when the calculated second content request frequency is greater than a preset second threshold, the SDN controller determines to cache the first content in an Information-Centric Networking (ICN) node connected to the individual edge network. There is provided a content caching method comprising the step of doing.
상기 SDN 컨트롤러가, 상기 제1 컨텐츠를 상기 ICN 노드에 캐싱하는 것으로 결정한 이후, 상기 개별 엣지 네트워크에 속하는 복수의 MEC 서버에 캐싱된 제1 컨텐츠를 삭제하는 것으로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include determining, by the SDN controller, to delete the first content cached in a plurality of MEC servers belonging to the individual edge network after determining to cache the first content in the ICN node.
상기 제1 컨텐츠 요청 빈도는 이전 주기에서 계산된 제1 컨텐츠에 대한 컨텐츠 요청 빈도와 현재 주기 동안 상기 복수의 MEC 서버 각각으로 전달된 제1 컨텐츠에 대한 요청 횟수의 지수 가중 이동 평균을 이용하여 계산될 수 있다. The first content request frequency may be calculated using an exponentially weighted moving average of the content request frequency for the first content calculated in the previous period and the number of requests for the first content transmitted to each of the plurality of MEC servers during the current period. can
상기 제2 컨텐츠 요청 빈도는 이전 주기에서 상기 개별 엣지 네트워크 내에 존재하는 복수의 MEC 서버에서의 제1 컨텐츠에 대한 컨텐츠 요청 빈도와 현재 주기 동안 상기 개별 엣지 네트워크 내에 존재하는 복수의 MEC 서버로 전달된 제1 컨텐츠에 대한 요청 횟수의 지수 가중 이동 평균을 이용하여 계산될 수 있다. The second content request frequency is the content request frequency for the first content from the plurality of MEC servers present in the individual edge network in the previous cycle and the second content request frequency transmitted to the plurality of MEC servers present in the individual edge network during the current cycle. 1 may be calculated using an exponentially weighted moving average of the number of requests for content.
요청 노드의 Interest 패킷을 수신한 MEC 서버 및 상기 MEC 서버를 포함하는 엣지 네트워크에 연결되는 ICN 노드에 상기 요청 노드가 요청하는 컨텐츠가 캐싱되어 있지 않은 경우, 정보 중심 네트워크 라우팅을 통해 코어 네트워크 내의 ICN 노드가 상기 요청 노드가 요청하는 컨텐츠를 전송할 수 있다. If the contents requested by the requesting node are not cached in the MEC server receiving the interest packet of the requesting node and the ICN node connected to the edge network including the MEC server, the ICN node in the core network through information-centric network routing may transmit the content requested by the requesting node.
상기 복수의 MEC 서버 각각이 상기 제1 컨텐츠를 캐싱하는 것으로 결정하는 단계는, 상기 계산된 제1 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제1 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 캐싱할 후보 컨텐츠로 결정하는 단계; 및 상기 캐싱할 후보 컨텐츠에 대한 컨텐츠 전달 소비 비용의 최적화를 수행하여 상기 캐싱할 후보 컨텐츠의 캐싱 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. The step of determining that each of the plurality of MEC servers caches the first content may include determining the first content as candidate content to be cached when the calculated first content request frequency is greater than a preset first threshold value. doing; and determining whether to cache the candidate content to be cached by optimizing a content delivery consumption cost for the candidate content to be cached.
상기 SDN 컨트롤러가, 상기 제1 컨텐츠를 상기 ICN 노드에 캐싱하는 것으로 결정하는 단계는, 상기 계산된 제2 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제2 임계값보다 큰 경우, 상기 제2 컨텐츠를 상기 ICN 노드에 캐싱할 후보 컨텐츠로 결정하는 단계; 및 상기 캐싱할 후보 컨텐츠에 대한 컨텐츠 전달 소비 비용의 최적화를 수행하여 상기 캐싱할 후보 컨텐츠의 캐싱 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. The step of determining, by the SDN controller, to cache the first content in the ICN node may include, when the calculated second content request frequency is greater than a preset second threshold value, the second content to the ICN node. determining candidate content to be cached; and determining whether to cache the candidate content to be cached by optimizing a content delivery consumption cost for the candidate content to be cached.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기한 방법을 수행하는 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공된다. According to another aspect of the present invention, a computer readable recording medium storing a program for performing the above method is provided.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 5G MEC 기반 정보 중심 네트워크에서 기지국 내에 위치하는 컨텐츠 캐싱 장치로서, 프로세서; 및 상기 프로세서에 연결되는 메모리를 포함하되, 요청 노드의 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 제1 컨텐츠 요청 빈도를 계산하고, 상기 계산된 제1 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제1 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 캐싱하는 것으로 결정하고, SDN 컨트롤러가, 상기 개별 엣지 네트워크 내에서 상기 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 제2 컨텐츠 요청 빈도를 계산하여 상기 제1 컨텐츠를 상기 개별 엣지 네트워크에 연결되는 ICN (Information-Centric Networking) 노드에 캐싱하는 것으로 결정하는 경우, 상기 캐싱한 제1 컨텐츠를 삭제하도록, 상기 프로세서에서 실행되는 프로그램 명령어들을 저장하는 컨텐츠 캐싱 장치가 제공된다. According to another aspect of the present invention, a content caching device located in a base station in a 5G MEC-based information-centric network, comprising: a processor; and a memory connected to the processor, wherein an expected first content request frequency is calculated through request information on the first content of a request node, and the calculated first content request frequency is greater than a preset first threshold value. If the first content is large, it is determined that the first content is cached, and the SDN controller calculates a second content request frequency expected through the request information for the first content within the individual edge network to store the first content as the first content. Provided is a content caching device that stores program instructions executed in the processor to delete the cached first content when it is determined to cache in an Information-Centric Networking (ICN) node connected to an individual edge network.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 5G MEC 기반 정보 중심 네트워크에서 코어 네트워크에 연결되는 컨텐츠 캐싱 장치로서, 프로세서; 및 상기 프로세서에 연결되는 메모리를 포함하되, 개별 엣지 네트워크 내에서 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 컨텐츠 요청 빈도를 계산하고, 상기 계산된 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 상기 개별 엣지 네트워크에 연결되는 ICN (Information-Centric Networking) 노드에 캐싱하는 것으로 결정하고, 상기 제1 컨텐츠를 상기 ICN 노드에 캐싱하는 것으로 결정한 이후, 상기 개별 엣지 네트워크에 속하는 복수의 MEC 서버에 캐싱된 제1 컨텐츠를 삭제하는 것으로 결정하도록, 상기 프로세서에서 실행되는 프로그램 명령어들을 저장하는 컨텐츠 캐싱 장치가 제공된다. According to another aspect of the present invention, a content caching device connected to a core network in a 5G MEC-based information-centric network, comprising: a processor; and a memory connected to the processor, wherein an expected content request frequency is calculated through request information for first content within an individual edge network, and when the calculated content request frequency is greater than a preset threshold, the After determining to cache the first content in an Information-Centric Networking (ICN) node connected to the individual edge network and caching the first content in the ICN node, a plurality of MECs belonging to the individual edge network A content caching device that stores program instructions executed in the processor to determine to delete first content cached in a server is provided.
본 발명에 따르면, 컨텐츠 캐싱 방법을 통해 MEC 및 중앙 제어기에서 데이터를 분석, 처리함으로써 중앙 제어기로 집중되는 부하를 줄이고 엣지 네트워크에 빈번히 요청되는 잠재적인 컨텐츠를 캐싱함으로써 효과적인 정보 중심 네트워크 컨텐츠 서비스를 가능하게 한다.According to the present invention, by analyzing and processing data in the MEC and the central controller through a content caching method, the load concentrated on the central controller is reduced and potential content that is frequently requested in the edge network is cached, thereby enabling an effective information-centric network content service. do.
도 1은 본 실시예에서 적용되는 MEC 네트워크 환경을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨텐츠 캐싱 및 제공 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 SDN 컨트롤러에서의 컨텐츠 캐싱 과정을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating an MEC network environment applied in this embodiment.
2 is a diagram illustrating a process of caching and providing content according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a content caching process in the SDN controller according to the present embodiment.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
도 1은 본 실시예에서 적용되는 MEC 네트워크 환경을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating an MEC network environment applied in this embodiment.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 적용되는 MEC 네트워크 환경은 코어 네트워크(Core network, 100) 및 엣지 네트워크(Edge network, 102)로 구성된다. As shown in Figure 1, the MEC network environment applied in this embodiment is composed of a core network (Core network, 100) and an edge network (Edge network, 102).
코어 네트워크(100)는 다수의 정보 중심 네트워크 라우팅을 수행하며, SDN 컨트롤러(Software Defined Networking Controller, 104)와 연결된다. The
코어 네트워크(100)는 코어 라우터인 ICN 노드(110)로 구성되고, 엣지 네트워크(102)는 복수의 MEC 서버(112)로 구성된다. The
개별 엣지 네트워크(102) 포함되는 MEC 서버(112)들이 개별 ICN 노드(110)에 연결된다.
각 MEC 서버(112)는 엣지 네트워크(102) 내의 기지국(Base Station) 내에 위치한다. Each
요청 노드(Consumer, 114)는 MEC 서버(112)에 컨텐츠를 요청하는 노드이다. The request node (Consumer, 114) is a node that requests content from the MEC server (112).
여기서, 엣지 네트워크(102)는 , ICN 노드(110)는 , 복수의 MEC 서버(112)는 , MEC 서버(112)를 통해 서비스를 받는 요청 노드(114)는 로 표현된다. Here, the
본 실시예에 따른 컨텐츠 캐싱은 MEC 서버(112), 엣지 네트워크(102)와 연결된 ICN 노드(110) 및 코어 네트워크(100)의 ICN 노드(110)에서 이루어진다. Content caching according to the present embodiment is performed in the
캐싱할 컨텐츠 및 해당 컨텐츠의 캐싱 여부는 MEC 서버(112)에서 수집된 컨텐츠 요청 정보를 기반으로 MEC 서버(112)와 SDN 컨트롤러(104)에서 각각 결정된다. Content to be cached and whether to cache the corresponding content are determined by the
엣지 네트워크(102)에 포함된 개별 MEC 서버(112)는 요청 노드(114)의 컨텐츠 요청 정보를 통해 예상되는 컨텐츠 요청 빈도를 계산하고, 계산된 컨텐츠 요청 빈도에 따라 컨텐츠의 캐싱 여부를 결정한다. Each
요청 빈도가 높은 컨텐츠를 캐싱하기 위해 각 MEC 서버(112)는 수집된 컨텐츠 요청 정보를 이용하여 아래의 수학식 1과 같이, 예상되는 컨텐츠 요청 빈도를 계산한다. In order to cache content with a high request frequency, each
여기서, 는 MEC 서버(112) m에서 계산된 컨텐츠 c에 대한 컨텐츠 요청 빈도를 의미한다. here, Means the content request frequency for the content c calculated in the MEC server 112 m.
컨텐츠 요청 빈도는 이전 주기 에서 계산된 와 현재 주기 동안 MEC 서버(112) m으로 전달된 컨텐츠 c에 대한 요청 횟수 의 지수 가중 이동 평균을 이용하여 계산된다. Content request frequency is the previous cycle calculated from and the number of requests for the content c delivered to the MEC server 112 m during the current period is calculated using an exponentially weighted moving average of
MEC 서버(112)는 수학식 2와 같이 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 임계값 보다 큰 컨텐츠를 캐싱할 컨텐츠로 결정한다. The
SDN 컨트롤러(104)의 컨텐츠 캐싱은 엣지 네트워크(102) 내 요청 빈도가 높은 컨텐츠를 캐싱하기 위한 (i) 잠재적 컨텐츠 캐싱 방법과, 복수의 MEC 서버(112)에 중복으로 컨텐츠가 캐싱되는 것을 방지하기 위한 (ii) 중복 컨텐츠 제거 방법으로 구분된다. The content caching of the
SDN 컨트롤러(104)는 컨텐츠 요청 정보를 통해 계산된 엣지 네트워크(102)에서 예상되는 컨텐츠 요청 빈도를 기반으로 엣지 네트워크(102)와 연결된 ICN 노드(110)로 전달된 컨텐츠의 캐싱 여부를 결정한다. The
동일 클러스터 내 중복으로 캐싱된 컨텐츠로 인한 MEC 서버(112) 부하를 줄이기 위해 SDN 컨트롤러(104)는 수학식 3과 같이 개별 엣지 네트워크(102) 내에서 예상되는 컨텐츠 요청 빈도를 계산한다. In order to reduce the load on the
는 엣지 네트워크(102) e에 존재하는 모든 MEC 서버(112) 에서 컨텐츠 c에 대한 예상 요청 빈도를 의미하고 이전 주기 에서 계산된 와 현재 주기 동안 엣지 네트워크 e에 존재하는 모든 MEC 서버(112) 로 전달된 컨텐츠 c에 대한 요청 횟수 총 합 의 지수 가중 이동 평균을 이용하여 계산된다. Is all
SDN 컨트롤러(104)는 아래의 수학식 4와 같이 개별 엣지 네트워크(102) 내에서 예상되는 컨텐츠 요청 빈도가 임계값 보다 큰 컨텐츠를 개별 엣지 네트워크(102)와 연결된 ICN 노드(110)에 캐싱할 컨텐츠로 결정된다.As shown in Equation 4 below, the
SDN 컨트롤러(104)는 엣지 네트워크(102) 내 MEC 서버(112)에 캐싱된 컨텐츠 정보를 기반으로 복수의 MEC 서버(112)에 캐싱된 동일한 컨텐츠를 엣지 네트워크(102)와 연결된 ICN 노드(102)에 캐싱하고 복수의 MEC 서버(112)에서 삭제한다. The SDN
수학식 4와 같이 엣지 네트워크(102) 내의 복수의 MEC 서버(112)에 캐싱된 동일한 컨텐츠 개수가 임계값 보다 큰 경우 해당 컨텐츠는 복수의 MEC 서버(112)를 포함하는 엣지 네트워크(102)와 연결된 ICN 노드(110)에 캐싱할 컨텐츠로 결정된다.As shown in Equation 4, when the number of identical contents cached in the plurality of
상기한 과정은 복수의 MEC 서버(112) 및 SDN 컨트롤러(104)가 캐싱할 후보 컨텐츠를 결정하는 과정일 수 있으며, 최종적인 캐싱 여부는 아래와 같이 컨텐츠 전달 소비 비용의 최적화 문제를 해결하여 결정될 수 있다. The above process may be a process of determining candidate content to be cached by the plurality of
MEC 서버(112) m에 속한 모든 요청 노드(114)에 대해 컨텐츠 c를 전달 시 소비 비용은 수학식 5와 같이 계산된다. The consumption cost when delivering content c to all
수학식 5에서 , 는 각각 MEC 서버(112), ICN 노드(110)에서 요청 노드(114)로 컨텐츠를 전달하는데 소비되는 비용을 의미하고 , 는 각각 MEC 서버(112), ICN 노드(110)에서 컨텐츠 c의 캐싱 여부를 나타내는 값이다. in Equation 5 , Means the cost consumed in delivering the content from the
컨텐츠 전달 시 소비 비용을 최소화하기 위해 수학식 6과 같이 목적함수를 정의한다. 수학식 7 내지 8은 목적함수 수학식 6의 제약 조건으로 수학식 7는 컨텐츠가 MEC 서버(112) 또는 ICN 노드(110)에 적어도 하나 이상 캐싱되어야 함을 의미하고 수학식 8은 MEC 서버(112)에 캐싱된 컨텐츠의 크기 합이 MEC 서버(112)의 저장 용량보다 작아야함을 의미한다. 각 MEC 서버(112)는 수학식 6의 최적화 문제를 해결하여 MEC 서버(112)에 캐싱할 컨텐츠를 결정한다.An objective function is defined as shown in Equation 6 in order to minimize consumption cost when delivering content. Equations 7 to 8 are constraints of the objective function Equation 6, and Equation 7 means that at least one content should be cached in the
모든 요청 노드(114)에 대해 컨텐츠 c를 전달 시 소비 비용은 수학식 9와 같이 계산되고 는 엣지 네트워크(102)와 연결된 ICN 노드(110) 에서 컨텐츠 c의 캐싱 여부를 나타내는 값이다. The consumption cost when delivering content c to all
컨텐츠 전달 시 소비 비용을 최소화하기 위해 수학식 10과 같이 목적함수를 정의한다. 수학식 11 내지 13은 목적함수 수학식 10의 제약조건으로 수학식 11은 컨텐츠가 MEC 서버(112), 엣지 네트워크(102)에 연결된 ICN 노드(110) 또는 그 외 ICN 노드(110)에 적어도 하나 이상 캐싱되어야 함을 의미하고 수학식 12는 엣지 네트워크(102)에 연결된 ICN 노드(110)에 컨텐츠가 캐싱된 경우 엣지 네트워크(102)에 속하는 MEC 서버(112)는 해당 컨텐츠를 캐싱할 수 없음을 의미하며 수학식 13은 MEC 서버(112), 엣지 네트워크(102)와 연결된 ICN 노드(110)에 캐싱된 컨텐츠 크기 합이 각각 MEC 서버(112), ICN 노드(110)의 저장 용량보다 작아야함을 의미한다. An objective function is defined as shown in Equation 10 in order to minimize consumption cost when delivering content. Equations 11 to 13 are constraints of the objective function Equation 10, and Equation 11 shows that the content is transmitted to the
SDN 컨트롤러(104)는 수학식 10의 최적화 문제를 해결하여 MEC 서버(112) 및 엣지 네트워크(102)에 연결된 ICN 노드(110)에 캐싱할 컨텐츠를 결정할 수 있다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨텐츠 캐싱 및 제공 과정을 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating a process of caching and providing content according to an embodiment of the present invention.
도 2는 3개의 요청 노드(Consumer 1 내지 Consumer 3, 114-1 내지 114-3)가 컨텐츠를 요청하는 경우, 제1 및 제2 기지국(Base Station 1/2)에 위치하는 MEC 서버(112-1,112-2), 이를 포함하는 엣지 네트워크(102)에 연결되는 ICN 노드(110), 코어 네트워크(100) 및 SDN 컨트롤러(104)에서 컨텐츠를 전달하는 과정을 도시한 도면이다. 2 is a case where three requesting nodes (
도 2를 참조하면, 요청 노드(114)에서 발생한 Interest 패킷은 정보 중심 네트워크 라우팅을 위해 기지국 내에 위치한 MEC 서버(112)로 전달되고, MEC 서버(112)에 컨텐츠가 캐싱되어 있는 경우, MEC 서버(112)가 요청 노드로 컨텐츠를 전달한다. Referring to FIG. 2, the Interest packet generated by the
도 2에서, 제1 요청 노드(114-1)가 제1 MEC 서버(112-1)로 Interest 패킷을 전송하고(단계 200), 이를 수신한 제1 MEC 서버(112-1)가 캐싱한 컨텐츠를 제2 요청 노드(114-2)로 전송한다(단계 202). In FIG. 2, the first request node 114-1 transmits an Interest packet to the first MEC server 112-1 (step 200), and the content cached by the first MEC server 112-1 receives the packet. to the second requesting node 114-2 (step 202).
여기서, 제1 및 제2 MEC 서버(112-1,112-2)는 예상되는 컨텐츠 요청 빈도를 계산하여 코어 네트워크(100)로부터 전달된 컨텐츠를 미리 캐싱할 수 있다(단계 204).Here, the first and second MEC servers 112-1 and 112-2 may pre-cache the content delivered from the
한편, MEC 서버(112)에 컨텐츠가 캐싱되어 있지 않은 경우, 제2 요청 노드(114-2)의 Interest 패킷은 정보 중심 네트워크 라우팅을 통해 엣지 네트워크(102)와 연결된 ICN 노드(110)로 전달된다(단계 206). Meanwhile, when the contents are not cached in the
해당 ICN 노드(110)에 컨텐츠가 캐싱되어 있는 경우, 캐싱된 컨텐츠를 제2 요청 노드(114-2)로 전달한다(단계 208). If the content is cached in the
엣지 네트워크(102)와 연결된 ICN 노드(110)에 컨텐츠가 캐싱되어 있지 않은 경우, 제3 요청 노드(114-3)의 Interest 패킷은 정보 중심 네트워크 라우팅을 통해 코어 네트워크(102)로 전달되고(단계 210), 코어 네트워크 내 ICN 노드가 컨텐츠를 제3 요청 노드(114-3)로 전달한다(단계 212). If the content is not cached in the
MEC 서버(112) 및 SDN 컨트롤러(104)는 주기적으로 캐싱 최적화를 통해 컨텐츠 캐싱을 수행한다(단계 214). The
도 3은 본 실시예에 따른 SDN 컨트롤러에서의 컨텐츠 캐싱 과정을 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating a content caching process in the SDN controller according to the present embodiment.
도 3을 참조하면, SDN 컨트롤러(104)는 컨텐츠 요청 정보를 통해 계산된 엣지 네트워크(102)에서 예상되는 컨텐츠 요청 빈도를 기반으로 엣지 네트워크(102)와 연결된 ICN 노드(110)에 컨텐츠를 캐싱할지 여부를 결정한다(단계 300).Referring to FIG. 3 , the
도 3에서는 제1 및 제2 MEC 서버(112-1,112-2)에 단계 300에서 결정된 컨텐츠가 캐싱되어 있는 것을 고려한다. In FIG. 3, it is considered that the content determined in
단계 300에서의 결정에 따라 제1 및 제2 MEC 서버(112-1,112-2)를 포함하는 엣지 네트워크(102)에 연결된 ICN 노드(110)에 해당 컨텐츠가 캐싱되고(단계 302), 제1 및 제2 MEC 서버(112-1,112-2)에서는 캐싱된 컨텐츠가 삭제된다(단계 304,306). According to the decision in
도 3과 같은 컨텐츠 캐싱 여부 및 캐싱 위치에 대한 결정은 미리 설정된 주기에 따라 이루어질 수 있다. As shown in FIG. 3 , determination of whether to cache content and a caching location may be made according to a preset cycle.
본 실시예에 따른 컨텐츠 캐싱은 MEC 서버(112) 및 SDN 컨트롤러(104)의 프로세서에서 수행될 수 있다. Content caching according to this embodiment may be performed in the processor of the
프로세서는 컴퓨터 프로그램을 실행할 수 있는 CPU(central processing unit)나 그 밖에 가상 머신 등을 포함할 수 있다. The processor may include a central processing unit (CPU) capable of executing a computer program or other virtual machines.
프로세서는 컨텐츠 요청 빈도 계산, 임계값과의 비교를 통한 컨텐츠 캐싱 결정 등을 위한 프로그램 명령어들을 저장하는 메모리와 연결된다. The processor is connected to a memory storing program instructions for calculating content request frequency, determining content caching through comparison with a threshold value, and the like.
메모리는 고정식 하드 드라이브나 착탈식 저장 장치와 같은 불휘발성 저장 장치를 포함할 수 있다. 착탈식 저장 장치는 콤팩트 플래시 유닛, USB 메모리 스틱 등을 포함할 수 있다. 메모리는 각종 랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리도 포함할 수 있다.The memory may include a non-volatile storage device such as a fixed hard drive or a removable storage device. The removable storage device may include a compact flash unit, a USB memory stick, and the like. The memory may also include volatile memory such as various random access memories.
본 실시예에 따른 MEC 서버(112)에 저장된 프로그램 명령어들은, 요청 노드(114)의 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 제1 컨텐츠 요청 빈도를 계산하고, 상기 계산된 제1 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제1 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 캐싱하는 것으로 결정하고, SDN 컨트롤러(104)가, 상기 개별 엣지 네트워크 내에서 상기 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 제2 컨텐츠 요청 빈도를 계산하여 상기 제1 컨텐츠를 상기 개별 엣지 네트워크에 연결되는 ICN (Information-Centric Networking) 노드에 캐싱하는 것으로 결정하는 경우, 상기 캐싱한 제1 컨텐츠를 삭제한다. Program instructions stored in the
또한, 본 실시예에 따른 SDN 컨트롤러(104)에 저장된 프로그램 명령어들은, 개별 엣지 네트워크(102) 내에서 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 컨텐츠 요청 빈도를 계산하고, 상기 계산된 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 상기 개별 엣지 네트워크(102)에 연결되는 ICN (Information-Centric Networking) 노드(110)에 캐싱하는 것으로 결정하고, 상기 제1 컨텐츠를 상기 ICN 노드에 캐싱하는 것으로 결정한 이후, 상기 개별 엣지 네트워크에 속하는 복수의 MEC 서버에 캐싱된 제1 컨텐츠를 삭제하는 것으로 결정한다. In addition, the program instructions stored in the
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The embodiments of the present invention described above have been disclosed for illustrative purposes, and those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention, and such modifications, changes, and additions will be considered to fall within the scope of the following claims.
Claims (12)
개별 엣지 네트워크에 속하는 복수의 MEC (Multi-Access Edge Computing) 서버 각각이, 요청 노드의 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 제1 컨텐츠 요청 빈도를 계산하는 단계;
상기 복수의 MEC 서버 각각이, 상기 계산된 제1 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제1 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 캐싱하는 것으로 결정하는 단계;
SDN 컨트롤러가, 상기 개별 엣지 네트워크 내에서 상기 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 제2 컨텐츠 요청 빈도를 계산하는 단계; 및
상기 SDN 컨트롤러가, 상기 계산된 제2 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제2 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 상기 개별 엣지 네트워크에 연결되는 ICN (Information-Centric Networking) 노드에 캐싱하는 것으로 결정하는 단계를 포함하되,
상기 복수의 MEC 서버 각각이 상기 제1 컨텐츠를 캐싱하는 것으로 결정하는 단계는,
상기 계산된 제1 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제1 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 캐싱할 후보 컨텐츠로 결정하는 단계; 및
상기 캐싱할 후보 컨텐츠에 대한 컨텐츠 전달 소비 비용의 최적화를 수행하여 상기 캐싱할 후보 컨텐츠의 캐싱 여부를 결정하는 단계를 포함하는 컨텐츠 캐싱 방법.As a content caching method in a 5G MEC-based information-centric network,
calculating, by each of a plurality of Multi-Access Edge Computing (MEC) servers belonging to an individual edge network, an expected first content request frequency through request information on the first content of a request node;
determining, by each of the plurality of MEC servers, to cache the first content when the calculated first content request frequency is greater than a preset first threshold;
calculating, by an SDN controller, a second content request frequency expected through request information on the first content within the individual edge network; and
The SDN controller determines to cache the first content in an Information-Centric Networking (ICN) node connected to the individual edge network when the calculated second content request frequency is greater than a preset second threshold Including steps,
The step of determining that each of the plurality of MEC servers caches the first content,
determining the first content as candidate content to be cached when the calculated first content request frequency is greater than a preset first threshold; and
and determining whether to cache the candidate content to be cached by optimizing a content delivery consumption cost for the candidate content to be cached.
상기 SDN 컨트롤러가, 상기 제1 컨텐츠를 상기 ICN 노드에 캐싱하는 것으로 결정한 이후, 상기 개별 엣지 네트워크에 속하는 복수의 MEC 서버에 캐싱된 제1 컨텐츠를 삭제하는 것으로 결정하는 단계를 더 포함하는 컨텐츠 캐싱 방법.According to claim 1,
The content caching method further comprising determining, by the SDN controller, to delete the first content cached in a plurality of MEC servers belonging to the individual edge network after determining to cache the first content in the ICN node. .
상기 제1 컨텐츠 요청 빈도는 이전 주기에서 계산된 제1 컨텐츠에 대한 컨텐츠 요청 빈도와 현재 주기 동안 상기 복수의 MEC 서버 각각으로 전달된 제1 컨텐츠에 대한 요청 횟수의 지수 가중 이동 평균을 이용하여 계산되는 컨텐츠 캐싱 방법.According to claim 1,
The first content request frequency is calculated using an exponentially weighted moving average of the content request frequency for the first content calculated in the previous cycle and the number of requests for the first content delivered to each of the plurality of MEC servers during the current cycle. Content caching methods.
상기 제2 컨텐츠 요청 빈도는 이전 주기에서 상기 개별 엣지 네트워크 내에 존재하는 복수의 MEC 서버에서의 제1 컨텐츠에 대한 컨텐츠 요청 빈도와 현재 주기 동안 상기 개별 엣지 네트워크 내에 존재하는 복수의 MEC 서버로 전달된 제1 컨텐츠에 대한 요청 횟수의 지수 가중 이동 평균을 이용하여 계산되는 컨텐츠 캐싱 방법.According to claim 1,
The second content request frequency is the content request frequency for the first content from the plurality of MEC servers present in the individual edge network in the previous cycle and the second content request frequency transmitted to the plurality of MEC servers present in the individual edge network during the current cycle. 1 A content caching method that is calculated using an exponentially weighted moving average of the number of requests for content.
요청 노드의 Interest 패킷을 수신한 MEC 서버 및 상기 MEC 서버를 포함하는 엣지 네트워크에 연결되는 ICN 노드에 상기 요청 노드가 요청하는 컨텐츠가 캐싱되어 있지 않은 경우, 정보 중심 네트워크 라우팅을 통해 코어 네트워크 내의 ICN 노드가 상기 요청 노드가 요청하는 컨텐츠를 전송하는 컨텐츠 캐싱 방법.According to claim 1,
If the contents requested by the requesting node are not cached in the MEC server receiving the interest packet of the requesting node and the ICN node connected to the edge network including the MEC server, the ICN node in the core network through information-centric network routing Content caching method for transmitting the content requested by the request node.
상기 SDN 컨트롤러가, 상기 제1 컨텐츠를 상기 ICN 노드에 캐싱하는 것으로 결정하는 단계는,
상기 계산된 제2 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제2 임계값보다 큰 경우, 상기 제2 컨텐츠를 상기 ICN 노드에 캐싱할 후보 컨텐츠로 결정하는 단계; 및
상기 캐싱할 후보 컨텐츠에 대한 컨텐츠 전달 소비 비용의 최적화를 수행하여 상기 캐싱할 후보 컨텐츠의 캐싱 여부를 결정하는 단계를 포함하는 컨텐츠 캐싱 방법.According to claim 1,
The step of determining, by the SDN controller, to cache the first content in the ICN node,
determining the second content as candidate content to be cached in the ICN node when the calculated second content request frequency is greater than a preset second threshold; and
and determining whether to cache the candidate content to be cached by optimizing a content delivery consumption cost for the candidate content to be cached.
프로세서; 및
상기 프로세서에 연결되는 메모리를 포함하되,
요청 노드의 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 제1 컨텐츠 요청 빈도를 계산하고,
상기 계산된 제1 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제1 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 캐싱하는 것으로 결정하고,
개별 엣지 네트워크 내에서 상기 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 제2 컨텐츠 요청 빈도를 계산하여 상기 제1 컨텐츠를 상기 개별 엣지 네트워크에 연결되는 ICN (Information-Centric Networking) 노드에 캐싱하는 것으로 결정하는 경우, 상기 캐싱한 제1 컨텐츠를 삭제하도록,
상기 프로세서에서 실행되는 프로그램 명령어들을 저장하되,
상기 프로그램 명령어들은,
상기 제1 컨텐츠를 상기 ICN 노드에 캐싱하는 것으로 결정하기 위해,
상기 계산된 제2 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제2 임계값보다 큰 경우, 상기 제2 컨텐츠를 상기 ICN 노드에 캐싱할 후보 컨텐츠로 결정하고,
상기 캐싱할 후보 컨텐츠에 대한 컨텐츠 전달 소비 비용의 최적화를 수행하여 상기 캐싱할 후보 컨텐츠의 캐싱 여부를 결정하는 컨텐츠 캐싱 장치.As a content caching device located in a base station in a 5G MEC-based information-centric network,
processor; and
Including a memory coupled to the processor,
Calculate an expected first content request frequency through request information on the first content of the request node;
When the calculated first content request frequency is greater than a preset first threshold, determining to cache the first content;
It is determined to cache the first content in an Information-Centric Networking (ICN) node connected to the individual edge network by calculating the expected second content request frequency through the request information on the first content within the individual edge network. If so, to delete the cached first content,
Store program instructions executed by the processor,
The program instructions are
To determine caching the first content to the ICN node,
When the calculated second content request frequency is greater than a preset second threshold, determining the second content as candidate content to be cached in the ICN node;
A content caching device configured to determine whether to cache the candidate content to be cached by optimizing a content delivery consumption cost for the candidate content to be cached.
상기 제1 컨텐츠 요청 빈도는 이전 주기에서 계산된 제1 컨텐츠에 대한 컨텐츠 요청 빈도와 현재 주기 동안 상기 개별 엣지 네트워크에 속하는 복수의 MEC 서버 각각으로 전달된 제1 컨텐츠에 대한 요청 횟수의 지수 가중 이동 평균을 이용하여 계산되는 컨텐츠 캐싱 장치.According to claim 9,
The first content request frequency is an exponentially weighted moving average of the content request frequency for the first content calculated in the previous cycle and the number of requests for the first content delivered to each of the plurality of MEC servers belonging to the individual edge network during the current cycle A content caching device calculated using
프로세서; 및
상기 프로세서에 연결되는 메모리를 포함하되,
개별 엣지 네트워크 내에서 제1 컨텐츠에 대한 요청 정보를 통해 예상되는 제1 컨텐츠 요청 빈도를 계산하고,
상기 계산된 제1 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 상기 개별 엣지 네트워크에 연결되는 ICN (Information-Centric Networking) 노드에 캐싱하는 것으로 결정하고,
상기 제1 컨텐츠를 상기 ICN 노드에 캐싱하는 것으로 결정한 이후, 상기 개별 엣지 네트워크에 속하는 복수의 MEC 서버에 캐싱된 제1 컨텐츠를 삭제하는 것으로 결정하도록,
상기 프로세서에서 실행되는 프로그램 명령어들을 저장하되,
상기 프로그램 명령어들은,
상기 계산된 제1 컨텐츠 요청 빈도가 미리 설정된 제1 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 컨텐츠를 캐싱할 후보 컨텐츠로 결정하고,
상기 캐싱할 후보 컨텐츠에 대한 컨텐츠 전달 소비 비용의 최적화를 수행하여 상기 캐싱할 후보 컨텐츠의 캐싱 여부를 결정하는 컨텐츠 캐싱 장치.As a content caching device connected to a core network in a 5G MEC-based information-centric network,
processor; and
Including a memory coupled to the processor,
Calculate an expected first content request frequency through request information for the first content within the individual edge network;
When the calculated first content request frequency is greater than a preset threshold, determining to cache the first content in an Information-Centric Networking (ICN) node connected to the individual edge network;
After determining to cache the first content in the ICN node, to determine to delete the first content cached in a plurality of MEC servers belonging to the individual edge network;
Store program instructions executed by the processor,
The program instructions are
When the calculated first content request frequency is greater than a preset first threshold, determining the first content as candidate content to be cached;
A content caching device configured to determine whether to cache the candidate content to be cached by optimizing a content delivery consumption cost for the candidate content to be cached.
상기 컨텐츠 요청 빈도는 이전 주기에서 상기 개별 엣지 네트워크 내에 존재하는 복수의 MEC 서버에서의 제1 컨텐츠에 대한 컨텐츠 요청 빈도와 현재 주기 동안 상기 개별 엣지 네트워크 내에 존재하는 복수의 MEC 서버로 전달된 제1 컨텐츠에 대한 요청 횟수의 지수 가중 이동 평균을 이용하여 계산되는 컨텐츠 캐싱 장치.
According to claim 11,
The content request frequency is the content request frequency for the first content from the plurality of MEC servers existing in the individual edge network in the previous cycle and the first content delivered to the plurality of MEC servers present in the individual edge network during the current cycle. A content caching device that is calculated using an exponentially weighted moving average of the number of requests for
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GRNT | Written decision to grant |