KIPS Transactions on Computer and Communication Systems (정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템)

Korea Information Processing Society (한국정보처리학회)
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Game-Based Content Caching and Data Sponsor Scheme for the Content Network

콘텐츠 네트워크 환경에서 게임이론을 이용한 콘텐츠 캐싱 및 데이터 스폰서 기법

  • Received : 2018.12.27
  • Accepted : 2019.02.19
  • Published : 2019.07.31
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Abstract

Recently, as the types of services that can be enjoyed in mobile telecommunication networks such as social networks and video streaming are increasing, mobile users(MUs) can access mobile contents easily by consuming mobile data. However, under a mobile telecommunication environment, MUs have to pay a high data fee to a network service provider(SP) in order to enjoy contents. The 'data sponsor' technique, introduced as a way to solve this problem, has attracted attention as a breakthrough method for enhancing contents accessibility of MUs. In this paper, we propose an algorithm that determines the optimal discount rate through the Stackelberg game in the data sponsor environment. We also propose an algorithm to design edge caching, which caches highly popular content for MUs on edge server, through many-to-many matching game. Simulation results clearly indicate that the profit for CP's content consumption is improved by about 6~11%, and the profit of CP according to the ratio of edge caching is improved by about 12% than the other existing schemes under data sponsor environment.

최근 소셜 네트워크, 비디오 스트리밍 등 이동통신망 환경에서 즐길 수 있는 서비스가 종류가 점점 증가함에 따라, 모바일 사용자(MU : Mobile User)는 이동통신 데이터를 소모하여 원하는 콘텐츠에 더욱 쉽게 접근할 수 있게 되었다. 하지만 이동통신 환경 아래서, 모바일 사용자는 콘텐츠를 즐기기 위해 네트워크 서비스 제공자(SP : Service Provider)에게 높은 이동통신 데이터 요금을 내야한다. 이를 해결하기 위한 방법으로 소개된 '데이터 스폰서(data sponsor)'기법은 모바일 사용자의 콘텐츠 접근성을 높이는 획기적인 방법으로 주목받고 있다. 본 논문에서는 서비스 제공자와 콘텐츠 제공자를 리더 그룹, 모바일 사용자를 추종자 그룹으로 하는 슈타켈버그 게임을 통해 최적의 요금 할인율을 결정짓는 알고리즘을 제안한다. 또한 모바일 사용자의 콘텐츠에 대한 접근성을 더욱 높이기 위해, 모바일 사용자에게 높은 인기가 있는 콘텐츠를 엣지 서버에 캐싱하는 엣지 캐싱을 게임이론의 다대다 매칭 게임을 통해 설계하는 알고리즘을 제안한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 기존에 제안된 데이터 스폰서 기법에 비해 본 논문에서 제안한 방법이 제공자들의 콘텐츠 소모에 대한 수익률 측면에서 6~11% 가량의 우위를 보였으며, 엣지 캐싱의 유무에 따라 콘텐츠 제공자의 수익률이 12% 향상됨을 확인하였다.

Keywords

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Fig. 1. Two-stage Stackelberg Game Model

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Fig. 2. Profit for CP’s Content Consumption

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Fig. 3. Profit for SP’s Content Consumption

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Fig. 4. Profit of CP According to the Ratio of Edge Caching

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Fig. 5. Profit of CP over Number of MU

Table 1. System Parameters

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