شماره ركورد
25356
شماره راهنما
COM3 150
عنوان
كاهش تأخير توزيع محتواي جرياني ويدئويي با استفاده از محاسبات لبه در ارتباطات سيار نسل ششم
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي كامپيوتر- معماري سيستم هاي كامپيوتري
دانشكده
مهندسي كامپيوتر
تاريخ دفاع
1404/07/05
صفحه شمار
109 ص .
استاد راهنما
محمدرضا خيام باشي , ناصر موحدي نيا
كليدواژه فارسي
ارتباطات سيار نسل ششم , سرور MEC , تأخير تحويل ويدئو , خوشه بندي
چكيده فارسي
با گسترش روزافزون كاربردهاي ويدئويي در شبكههاي سيار و افزايش تقاضا براي سرويسهاي با كيفيت بالا و تأخير اندك، بهويژه در مسير توسعهي شبكههاي نسل ششم(6G) ، طراحي راهكارهايي براي كاهش تأخير تحويل محتوا و بهبود كيفيت تجربه كاربر(QoE) به يكي از اولويتهاي اصلي در حوزه معماريهاي توزيع محتوا تبديل شده است. معماري محاسبات لبه (MEC) به عنوان يك راهكار كليدي براي نزديكتر كردن منابع پردازشي و ذخيرهسازي به كاربران شناخته ميشود، و در اين بستر، توشه¬سازي (caching) مشاركتي ميان سرورهاي MEC بهعنوان يكي از روشهاي مؤثر در افزايش نرخ اصابت توشه و كاهش تأخير پيشنهاد شده است. با اين حال، اجراي مؤثر توشهسازي مشاركتي مستلزم طراحي ساختار ارتباطي و هماهنگي بهينه ميان سرورهاست.
در سالهاي اخير، برخي راهكارها با هدف بهرهگيري از توشهسازي مشاركتي، ساختارهاي خوشهبندي ايستا را براي گروهبندي سرورهاي MEC پيشنهاد دادهاند. در اين رويكردها، سرورها بهصورت ثابت در خوشههايي قرار ميگيرند و تعامل درونخوشهاي از طريق لينكهايي مانند واسط¬هاي Xn انجام ميشود. با وجود مزاياي سادهسازي مديريت، اين روشها نميتوانند با تغييرات ترافيكي تطبيق يابند و در مواجهه با افزايش ناگهاني درخواستها يا تغيير در پراكندگي كاربران، دچار افت كارايي ميشوند. بهويژه، اندازهي ثابت خوشهها ممكن است منجر به افزايش تأخير يا تحميل سربار غيرضروري در تبادل محتوا شود.
پژوهش حاضر با هدف پاسخ به اين چالش، يك چارچوب تحليلي و الگوريتم تطبيقي براي خوشهبندي پويا در سرورهاي MEC ارائه ميدهد. روش پيشنهادي بر پايه تحليل رياضي از تأخير تحويل، نرخ اصابت توشه، نرخ درخواست كاربران، تعداد سرورهاي خوشه، ظرفيت واسط¬هاي Xn و اندازه فايلهاي ويدئويي بنا شده است. در اين چارچوب، با بهرهگيري از نظريه صف و مدلسازي روابط بين پارامترهاي مذكور، نشان داده ميشود كه اندازه خوشه نقش تعيينكنندهاي در كارايي سيستم دارد. براي حل اين مسئله، الگوريتم DyMECC طراحي شده است كه قادر است با توجه به شرايط لحظهاي شبكه و روابط بين پارامترهاي كليدي شبكه، اندازه¬ي بهينه¬ي خوشه را به گونه¬اي تعيين كند كه ضمن كاهش تأخير، از سربار اضافي هماهنگي و تبادل جلوگيري كند.
نتايج بهدستآمده از شبيهسازيها نشان ميدهد كه الگوريتم DyMECC قادر است تأخير تحويل ويدئو را در مقايسه با روشهاي مبتني بر خوشهبندي ايستا بهطور ميانگين تا 15 درصد در شرايط بار سبك و تا 5 برابر در شرايط بار سنگين كاهش دهد. همچنين، بهواسطه كنترل حجم تبادل بين سرورها از طريق واسط Xn، سربار بينسروري تا 45 درصد كاهش يافته است. تحليل حساسيت الگوريتم نيز نشان ميدهد كه كارايي آن نسبت به تغيير پارامترهايي مانند نرخ درخواست و اندازه فايل پايدار باقي ميماند و خروجي آن در طيف گستردهاي از شرايط شبكه قابل اتكا است. يكي از آثار جانبي اين بهينهسازي، پايدارسازي جريان تبادل داده در درون خوشههاست كه از ايجاد ازدحام ناخواسته در مسيرهاي Xn جلوگيري ميكند و به عملكرد روان سيستم در شرايط بار متغير كمك مينمايد.
كليدواژه لاتين
6G , MEC server , Video Delivery Delay , Clustering
عنوان لاتين
Delay Reduction for Video Streaming Using Mobile Edge Computing in 6G
گروه آموزشي
مهندسي معماري كامپيوتر
چكيده لاتين
With the rapid growth of video applications in mobile networks and the increasing demand for high-quality, low-latency services, particularly along the path toward sixth-generation (6G) networks, the design of mechanisms to minimize content delivery delay and improve Quality of Experience (QoE) has become a key priority in content distribution architectures. Multi-access Edge Computing (MEC) has emerged as a crucial paradigm that brings computational and storage resources closer to users. In this context, cooperative caching among MEC servers has been proposed as an effective approach to enhance cache-hit ratios and reduce latency. However, the efficient implementation of cooperative caching requires an optimized communication and coordination structure among servers.
In recent years, several studies have introduced static clustering schemes for grouping MEC servers to facilitate cooperative caching. In these approaches, servers are statically organized into clusters, and intra-cluster interactions occur through interfaces such as Xn links. Although static clustering simplifies management, it fails to adapt to traffic fluctuations and suffers from performance degradation under sudden load changes or variations in user distribution. In particular, fixed cluster sizes may lead to increased latency or unnecessary inter-server overhead during content exchange.
To address these challenges, this research proposes an analytical framework and an adaptive algorithm for dynamic clustering among MEC servers. The proposed method is developed based on a mathematical analysis of delivery delay, cache-hit probability, user request rate, cluster size, Xn interface capacity, and video file size. Using queuing theory and analytical modeling of interdependent parameters, it is demonstrated that cluster size plays a crucial role in overall system performance. To solve this optimization problem, the DyMECC algorithm (Dynamic MEC Clustering) is introduced, which adaptively determines the optimal cluster size according to real-time network conditions and key system parameters; minimizing latency while avoiding excessive coordination and exchange overhead.
Simulation results show that the proposed DyMECC algorithm can reduce video delivery latency by an average of 15% under light-load conditions and up to fivefold under heavy-load conditions, compared to static clustering methods. Moreover, by controlling the inter-server traffic volume via the Xn interface, the coordination overhead is reduced by up to 45%. Sensitivity analysis further confirms that the algorithm maintains stable performance across a wide range of parameters such as request rate and file size. An additional benefit of this optimization is the stabilization of intra-cluster data exchange flows, which prevents unwanted congestion on Xn paths and contributes to smoother system operation under dynamic network loads.
تعداد فصل ها
6
فهرست مطالب pdf
150365
نويسنده