一种面向工业边缘计算应用的缓存替换算法

作者：张雷; 李琳; 陈鸿龙; Daniel Bovensiepen

来源：计算机研究与发展, 2021, 58(07): 1533-1543.

• 工业应用
• 边缘计算
• 缓存替换算法
• 散粒噪声模型
• 流行度预测

工业应用对数据传输的确定性有严格要求,有必要通过合理的缓存策略保障工业边缘网络的实时服务性能保障.首先面向工业边缘计算应用场景阐述了边缘缓存问题模型.然后分析了工业应用中用户请求的动态性特点,结合工业用户请求的特征属性,给出用户请求内容流行度变化的预测方法.在此基础上提出了基于属性特征流行度预测的缓存替换(combing periodic popularity prediction and size caching strategy, PPPS)算法,根据最近周期窗口内主导属性特征的热度预测值,和尺寸参数一起确定缓存内容价值.实验结果表明:与MPC(most-popular content)、贪婪双尺寸(greedy dual size, GDS)、最近最久未使用(least recently used, LRU)、最近最少访问频次(least frequently used, LFU)、先进先出(first in first out, FIFO)这5种经典算法相比,提出的PPPS算法在缓存命中率和平均延迟2种性能指标下,在不同的用户请求模型、内容大小分布、内容种类参数下均取得最优性能,有效提升了边缘缓存的命中率,提高了缓存利用效率,降低了用户请求内容的延迟.

• 单位
  中国石油大学（华东）; 物联网学院; 南京邮电大学