• شماره ركورد
    23929
  • شماره راهنما
    COM3 127
  • عنوان

    مديريت حافظه نهان لبه براي سيستم‌هاي توزيع محتوا در شبكه‌هاي بي‌سيم سلولي هوشمند آينده

  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي كامپيوتر - معماري سيستمهاي كامپيوتر
  • دانشكده
    مهندسي كامپيوتر
  • تاريخ دفاع
    1402/11/10
  • صفحه شمار
    98 ص.
  • استاد راهنما
    دكتر كمال جمشيدي , دكتر ندا مقيم
  • كليدواژه فارسي
    كشينگ محتوا , پيش‌بيني محبوبيت محتوا , يادگيري عميق , خود رمزگذار متغير , فيلترينگ مشاركتي
  • چكيده فارسي
    يكي از مهم‌ترين راهكارهايي كه براي كاهش آثار نامطلوب رشد ترافيك در شبكه‌هاي موبايل مورد استفاده قرار مي‌گيرد، كشينگ محتواست. با كش كردن محتوا در لبه شبكه، بار ترافيك بك‌هال كاهش و كيفيت خدمات كاربران (QoS) افزايش مي‌يابد. توسعه يك الگوريتم كشينگ مؤثر، مستلزم پيش‌بيني دقيق محبوبيت محتوا در آينده است كه يك موضوع چالش‌برانگيز است و نياز به بهره‌برداري از داده‌هاي موجود در شبكه و به‌كارگيري الگوريتم‌هاي خلاقانه براي پيش‌بيني دقيق دارد. در سال‌هاي اخير، مدل‌هاي يادگيري عميق به دليل پيشرفت در دسترسي به داده‌ها و افزايش قدرت محاسباتي، به دقت پيش‌بيني بالايي دست يافته‌اند. در اين تحقيق، يك سازوكار جديد كشينگ محتوا مبتني بر يادگيري عميق با نام سازوكار كشينگ آگاه از اولويت كاربر (UPCS) معرفي مي‌گردد. UPCS شامل سه الگوريتم كليدي است. الگوريتم اول يك روش پيش‌بيني محبوبيت محتواست كه ترجيحات محتوايي آينده كاربران را بر اساس درخواست‌هاي قبلي كاربران پيش‌بيني مي‌كند. براي كشف ترجيحات كاربران در اين الگوريتم، دو مدل يادگيري مبتني بر خودرمزگذار متغير (VAE) به نام‌هاي GRVCF و PVCF طراحي شده است. الگوريتم دوم يك الگوريتم برخط جايگزيني محتواي حافظه نهان است كه با در نظر گرفتن محبوبيت محتواي پيش‌بيني‌شده، تعداد درخواست‌هاي محتوا و زمان آخرين درخواست، فرآيند جايگزيني محتوا را انجام مي‌دهد. الگوريتم سوم يك روش كشينگ همكارانه است كه در آن، اگر محتواي درخواستي كاربر در ايستگاه پايه (BS) موجود نباشد، پيش از ارسال درخواست به سرور راه دور در BS مجاور جستجو مي‌كند. براي اثبات كاربردپذيري روش پيشنهادي، UPCS در بستر دو سناريو توزيع محتواي ويدئويي در شبكه‌هاي موبايل در نظر گرفته شده است كه در آن‌ها، كاربران در لبه شبكه از خدمات چندرسانه‌اي ارائه‌شده توسط تأمين‌كنندگان محتواي ويدئويي راه دور استفاده مي‌كنند. براي ارزيابي سازوكار كشينگ پيشنهادي، آزمايش‌هاي متنوعي براي هردو سناريو طراحي شده است. نتايج نشان مي‌دهند كه الگوريتم پيش‌بيني محبوبيت پيشنهادي به كار گرفته شده در UPCS، از نظر Precision در سناريو اول نسبت به روش‌هاي PopSel و Random به ترتيب 1.375 و 2.056 درصد و در سناريو دوم به ترتيب 1.323 و 1.515 درصد عملكرد بهتري ارائه مي‌دهد. همچنين UPCS از نظر نرخ اصابت در سناريو اول نسبت به الگوريتم‌هاي ECC، NMF، ITBCF، LRU و FIFO به ترتيب 1.189، 1.272، 1.384، 1.668 و 1.727 درصد و در سناريوي دوم به ترتيب 1.127، 1.171، 1.283، 1.735 و 1.844 درصد بهتر عمل مي‌كند. همچنين از نظر تأخير بازيابي محتوا (CRD) نسبت به الگوريتم‌هاي ECC، NMF، ITBCF، LRU و FIFO به ترتيب 1.228، 1.266، 1.322، 1.458 و 1.479 درصد و در سناريوي دوم به ترتيب 1.424، 1.474، 1.549، 1.824 و 1.899 درصد بهتر عمل مي‌كند.
  • كليدواژه لاتين
    Content caching , popularity prediction , deep learning , variational autoencoder , collaborative filtering
  • عنوان لاتين
    Edge cache management for content delivery systems in future smart cellular wireless networks
  • گروه آموزشي
    مهندسي معماري كامپيوتر
  • چكيده لاتين
    One of the key solutions employed to mitigate the adverse effects of traffic growth in mobile networks is content caching. By caching data at the network edge, backhaul traffic is reduced, and the Quality of Service (QoS) for users is improved. Developing an effective caching algorithm necessitates precise prediction of future content popularity, which is a challenging task requiring the utilization of available network data and employing creative algorithms for accurate forecasting. In recent years, deep learning models have achieved high prediction accuracy due to advancements in data accessibility and increased computational power. In this research, a new content caching strategy based on deep learning, called User Preference-Aware Caching Strategy (UPCS), is introduced. UPCS consists of three key algorithms. The first algorithm is a content popularity prediction method that forecasts future content preferences based on usersʹ past requests, relying on two Variational Autoencoder (VAE) based models named the Gated Residual Variational Autoencoder Collaborative Filtering model (GRVCF) and the Parallel Variational Autoencoder Collaborative Filtering (PVCF). The second algorithm is a dynamic online cache content replacement algorithm that considering the predicted content popularity, the number of content requests, and the time of the last request, performs the content replacement process. The third algorithm is a collaborative caching approach, wherein if the requested content is not available at the Base Station (BS), it searches for it in the neighboring BS before sending a request to the remote server. To prove the applicability of the proposed method, UPCS is considered in the context of two video content distribution scenarios in mobile networks, where users at the edge of the network use multimedia services provided by remote video content providers. To eva‎luate the proposed caching mechanism, various experiments have been designed for both scenarios. The results show that the proposed popularity prediction algorithm used in UPCS provides better performance in terms of precision in the first scenario than the PopSel and Random methods by 1.375% and 2.056%, respectively, and in the second scenario by 1.323% and 1.515%, respectively. Additionally, UPCS outperforms the ECC, NMF, ITBCF, LRU, and FIFO algorithms by 1.189%, 1.272%, 1.384%, 1.668%, and 1.727%, respectively, in the first scenario and by 1.127%, 1.171%, 1.283%, 1.735%, and 1.844%, respectively, in the second scenario. Furthermore, in terms of content retrieva‎l delay (CRD) compared to ECC, NMF, ITBCF, LRU, and FIFO algorithms, UPCS is 1.228%, 1.266%, 1.322%, 1.458%, and 1.479% better in the first scenario, and 1.424%, 1.474%, 1.549%, 1.824%, and 1.899% better, respectively, in the second scenario.
  • تعداد فصل ها
    6
  • فهرست مطالب pdf
    75902
  • نويسنده

    تقي زاده فيروزجايي، مصطفي