[發(fā)明專利]一種基于邊緣緩存的ISP與CP聯(lián)合內(nèi)容分發(fā)機制的構(gòu)建方法

在審

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• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107483630A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方超;靳曉寧;王朱偉;吳文君;楊睿哲
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L12/24;H04N21/433;H04N21/4402
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于邊緣緩存的ISP與CP聯(lián)合內(nèi)容分發(fā)機制的構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展，目前互聯(lián)網(wǎng)流量呈現(xiàn)爆炸式增長的趨勢，其中，移動互聯(lián)網(wǎng)流量增長最為明顯，這為內(nèi)容提供商(Content Provider，CP)與運營商網(wǎng)絡(luò)(Internet Service Provider，ISP)的內(nèi)容分發(fā)服務(wù)帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。對于CP來說，希望通過選擇合適的內(nèi)容服務(wù)器，使得用戶能夠快速獲取滿足其要求的內(nèi)容，同時降低對內(nèi)容服務(wù)器的負(fù)載壓力。對于ISP來說，希望在滿足CP內(nèi)容傳輸需求的同時，最小化網(wǎng)絡(luò)傳輸流量。隨著網(wǎng)絡(luò)流量的迅猛增長，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)下，CP與ISP單獨提供內(nèi)容服務(wù)都難以實現(xiàn)各自的目標(biāo)。當(dāng)CP與ISP聯(lián)合提供內(nèi)容分發(fā)服務(wù)時，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒂脩粽埱蟮刃畔ⅲ笇?dǎo)CP選擇最優(yōu)的內(nèi)容服務(wù)器與ISP實現(xiàn)合理的流量工程，進(jìn)而提高用戶的服務(wù)質(zhì)量。

通過深入分析當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)流量，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容存在嚴(yán)重的冗余傳輸問題，尤其是音視頻、圖片等內(nèi)容分發(fā)型應(yīng)用重復(fù)傳輸問題最為嚴(yán)重。為了在網(wǎng)絡(luò)通信接入側(cè)盡可能地滿足用戶的內(nèi)容請求，避免網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容跨域或跨網(wǎng)傳輸，可以在網(wǎng)絡(luò)邊緣(如基站等)部署網(wǎng)內(nèi)緩存，存儲網(wǎng)絡(luò)熱門內(nèi)容，縮短用戶獲取內(nèi)容的距離。因此，本發(fā)明提出一種基于邊緣緩存的ISP與CP聯(lián)合內(nèi)容分發(fā)機制，在ISP與CP協(xié)同工作的基礎(chǔ)上，借助邊緣緩存，最大化地降低網(wǎng)絡(luò)成本與內(nèi)容冗余傳輸問題，提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的內(nèi)容服務(wù)。

相比當(dāng)前ISP與CP協(xié)同提供內(nèi)容服務(wù)的工作模式，通過在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署緩存，可以網(wǎng)絡(luò)接入側(cè)緩存網(wǎng)絡(luò)熱門內(nèi)容，使得對熱門內(nèi)容的請求不需要路由到內(nèi)容源來獲取內(nèi)容，直接從網(wǎng)絡(luò)邊緣請求用戶感興趣的內(nèi)容。但是，在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署緩存會增加額外的成本，如緩存設(shè)備成本、緩存能耗等，因此，需要構(gòu)建科學(xué)的網(wǎng)絡(luò)通信模型，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容分發(fā)效率。

發(fā)明內(nèi)容

針對當(dāng)前ISP與CP協(xié)同提供內(nèi)容服務(wù)工作模式存在的問題，本發(fā)明提供一種基于邊緣緩存的ISP與CP聯(lián)合內(nèi)容分發(fā)機制的構(gòu)建方法，在ISP與CP協(xié)同工作的基礎(chǔ)上，借助邊緣緩存，從最大化網(wǎng)絡(luò)收益與保障用戶服務(wù)質(zhì)量的角度出發(fā)，構(gòu)建全新的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容服務(wù)模型，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率與內(nèi)容分發(fā)效率，同時為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的內(nèi)容傳輸服務(wù)。

實現(xiàn)本發(fā)明方法的主要思路是：獲取網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容請求數(shù)據(jù)，提取內(nèi)容相關(guān)的信息；分析網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容流行度特征，設(shè)計內(nèi)容流行度模型；根據(jù)內(nèi)容流行度模型，在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署內(nèi)容；統(tǒng)計CP內(nèi)容源服務(wù)器的負(fù)載，計算CP服務(wù)成本；分析ISP網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的負(fù)載與鏈路傳輸?shù)牧髁浚嬎鉏SP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)成本；根據(jù)部署的緩存容量，計算引入緩存所帶來的成本；構(gòu)建基于邊緣緩存的ISP與CP聯(lián)合服務(wù)的收益模型；分析設(shè)計模型中各因素之間的關(guān)系，仿真驗證設(shè)計模型的有效性。

一種基于邊緣緩存的ISP與CP聯(lián)合內(nèi)容分發(fā)機制的構(gòu)建方法，包括如下步驟：

(1)獲取內(nèi)容請求數(shù)據(jù)，提取與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容相關(guān)的信息

對路由到移動通信網(wǎng)絡(luò)接入側(cè)的每個用戶請求，使用深度包檢測(Deep Packet Inspection，DPI)技術(shù)分析請求數(shù)據(jù)包的相關(guān)字段，提取出用戶所請求的內(nèi)容名稱及其相關(guān)信息，并將這些信息存儲在設(shè)計的數(shù)據(jù)庫中。

(2)統(tǒng)計內(nèi)容分布特點，設(shè)計內(nèi)容流行度模型

基于步驟(1)中提取與存儲的內(nèi)容相關(guān)信息，統(tǒng)計在某一段時間內(nèi)容同一內(nèi)容的請求次數(shù)(即內(nèi)容流行度)。分析網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容流行度的統(tǒng)計特點，然后設(shè)計合適的內(nèi)容流行度模型來表征內(nèi)容請求的流行度。

(3)根據(jù)內(nèi)容流行度模型，在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署內(nèi)容

基于步驟(2)中設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容流行度模型，結(jié)合緩存容量大小的限制，在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署合適的內(nèi)容，降低網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容的冗余傳輸，進(jìn)而降低ISP與CP的服務(wù)成本。

(4)統(tǒng)計CP內(nèi)容源服務(wù)器的負(fù)載，計算CP服務(wù)成本

當(dāng)邊緣緩存沒有緩存用戶請求的內(nèi)容時，該請求會經(jīng)ISP網(wǎng)絡(luò)路由到CP內(nèi)容源服務(wù)器，這增加了CP提供內(nèi)容服務(wù)的成本。因此，可以通過統(tǒng)計CP服務(wù)器的負(fù)載壓力，進(jìn)而計算出CP為網(wǎng)絡(luò)用戶提供內(nèi)容服務(wù)時的成本。

(5)分析ISP網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的負(fù)載與鏈路傳輸?shù)牧髁浚嬎鉏SP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)成本