[發明專利]一種基于內容緩存和網絡狀態感知的業務遷移方法

在審

• 申請號: 201611119973.2
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106658598A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 朱曉榮;周辰駿;鞏曉迪;沈瑤;李嘉琪
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W28/06
• 分類號: H04W28/06;H04W28/14;H04L29/08
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務所32241
• 代理人: 唐小紅

技術領域

本發明是以超密集無線網絡在5G通信系統中的大規模應用為背景，涉及一種基于熱點內容緩存和網絡狀態感知的業務遷移優化方法，屬于無線通信技術領域。

背景技術

隨著目前對5G通信系統的研究，網絡體系架構在不斷扁平化，核心網下沉和業務靠近用戶已經是趨勢所在。其中，內容緩存技術將內容文件緩存到核心網絡內部、邊緣網關、小基站等，即將被訪問實體從互聯網中的原始服務器或者內容分發網絡(Content Distribution Network，CDN)上轉移到離移動用戶更近的網絡節點上，從而成為有效地降低網絡延遲同時避免了大量的跨網數據流量、降低網絡運營成本，這使得靠近用戶的內容緩存具有很大的必要性；另一方面，在線視頻服務涉及的網絡數據實體具有自身的特殊性，如視頻文件屬于靜態數據、文件被訪問次數具有一定的聚合性，從而使得在線視頻文件也具備被緩存的可能性。與此同時，特別注意到3GPP提出的標準中，3GPP TS 23.401協議明確提出在本地IP接入(Local IP Access，LIPA)架構下，小基站和本地網關(Local Gateway，LGW)合設，熱點內容可存儲在本地網關中，這為小基站存儲內容提供了可行性。因此，小基站具有提供大量內容文件緩存的硬件條件。而小基站的地域特征也在一定程度上與內容文件被訪問頻率相吻合，從進一步為內容緩存的有效性創造了空間。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種基于熱點內容緩存和網絡狀態感知的業務遷移優化方法。該方法針對協作式緩存系統的業務遷移問題，提出一種將內容緩存和網絡狀況統一優化模型，在內容緩存的基礎上，根據當前虛擬小區內基站的網絡狀況，如傳輸速率、傳輸帶寬等，業務遷移準則為用戶提供網絡狀況最佳、傳輸時延最小的服務基站，實現用戶業務遷移。

技術方案：針對移動通信網絡面臨的容量瓶頸、用戶業務體驗問題，可以在超密集網絡的小基站中分布式緩存一些熱點內容，利用通信、計算和存儲資源協同優化，既可以減小回傳網的壓力，又可以減小業務的端到端時延和網絡通信流量，從而提升通信網絡性能。

本發明提出了一種基于內容緩存和網絡狀態感知的業務遷移方法。根據虛擬小區內用戶群體的興趣點以及虛擬小區內流量統計特征，將熱點內容緩存至分布式部署的基站群，虛擬小區內的控制基站會對基站群進行資源管理，通過感知緩存內容信息和基站的傳輸速率，比較當前向用戶服務的服務基站和虛擬小區內其他基站的傳輸時延，判斷當前用戶服務是否需要進行業務遷移。控制基站能夠實現基于業務請求、當前網絡狀態信息和內容感知的遷移決策，具有內容緩存的各個基站依照控制基站下發的遷移決策結果進行業務遷移，實現了控制平面與數據平面的分離。其目的為，降低整個網絡用戶訪問內容的請求時延，實現無線資源的負載均衡，并且有效地避免了大量的跨網數據流量、降低網絡運營成本提升了整體網絡的服務性能。

本發明的基于內容緩存和網絡狀態感知的業務遷移方法，包括以下步驟：

1)系統內容庫將緩存在虛擬小區內基站的內容文件按照Zipf定律分布部署到不同位置，使得虛擬小區內的基站緩存盡可能多高訪問率的內容文件，具體流程為：

設一個虛擬小區內傳輸基站存儲內容集合為S，更新周期為T，這里的更新周期是指具有緩存能力的傳輸基站緩存內容的更新時間，在一個更新周期T，傳輸基站記錄內容訪問率，根據訪問頻率按非增方式排序內容訪問率服從Zipf定律分布f(i)，解出滿足其中為訪問頻率因子，得到：

定義I≤|S|，I表示為熱點內容文件的數目，熱點內容集合a為緩存訪問率排名前I的內容集合，內容集合b為緩存普通內容；

2)對所述步驟1)中得到的熱點內容集合a和普通內容集合b，在更新周期內，將熱點內容集合a分布式地緩存在虛擬小區內的基站中，而內容服務器側緩存了內容集合a和b；

3)對所述步驟2)中得到了虛擬小區內用戶群體的興趣內容和緩存分布位置，具備協作式緩存的網絡中，用戶請求內容命中包括以下情況：

3-a)本地命中：當前服務基站上緩存有該被請求內容文件的副本；

3-b)服務器命中：該請求不是本地命中，則需要通過Internet向內容服務器發送請求；

4)對所述步驟3)中得到了用戶請求內容命中位置，其中本地命中率與服務器命中率為：

4-a)用戶請求的內容i在基站j命中，本地命中率為其中α_j表示基站j具備緩存內容能力，表示內容i是否被緩存在基站j處；