[發明專利]一種考慮用戶時延的小小區網絡邊緣部分緩存方法

有效

• 申請號: 201711132758.0
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107889160B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 張鶴立;劉洪燕;李曦;紀紅
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W28/06;H04N21/433;H04L29/08
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文利

本發明公開了一種考慮用戶時延的小小區網絡邊緣部分緩存方法，屬于無線通信技術領域。首先，將緩存視頻文件備選集按熱度重新排列，并得到相應的熱度值和對應的視頻文件大小；然后，計算能完整緩存的視頻文件的最大個數K；按照最大個數K利用最大類間方差法進行迭代，對小于等于緩存閾值S_c的視頻文件進行完整緩存，對大于緩存閾值S_c的視頻文件進行部分緩存；當用戶向小小區基站發起內容請求時，若視頻文件被完整緩存，則用戶從該小小區基站獲取完整內容并結束；若部分緩存或沒有緩存，則通過回程鏈路從核心網中的內容服務器請求內容。本發明能保證用戶的訪問時延，提高緩存命中率，提升小基站的緩存空間的利用率，有效緩解回程鏈路的帶寬壓力。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，具體是一種考慮用戶時延的小小區網絡邊緣部分緩存方法。

背景技術

據思科白皮書預測，在2019年移動數據流將占到全球數據流量的約75％，移動數據流大部分是由視頻流量承擔的，隨著智能終端的全球化普及，以及自媒體不斷發展的全球環境下，網絡視頻流量將呈現指數增長的趨勢。現如今的宏蜂窩網絡容量已經不能進一步擴大以滿足日益增長的流量需求。

為了解決這一問題，引入了小小區(Small Cell)網絡，在宏蜂窩網絡的覆蓋下，通過小小區基站的密集部署，極大地提升了系統的容量，緩解了對網絡的流量需求。但是，薄弱的小小區回程鏈路削弱了這種優勢，因此邊緣緩存成了近年來的研究熱點，邊緣緩存通過付出廉價的存儲資源就可以獲得較高的回報。邊緣緩存使得用戶能就近獲取到想要的網絡資源而不通過薄弱的回程鏈路，一方面大大降低了用戶的請求時延，另一方面又緩解了回程鏈路的傳輸壓力，因此在小小區系統中采用邊緣緩存的方式在小小區基站部署緩存機制能大大地提升小小區系統的服務性能。

由于存儲容量仍然是有限的，因此每個小小區基站節點不能將所有網絡視頻都進行緩存，只能緩存極少的一部分，由二八定律可知，網絡中20％的視頻內容承擔著80％的網絡流量，因此20％是主要考慮的緩存對象，但即便是如此，也無法完全將這20％的內容全部緩存，因此學者們開始致力于研究更佳的緩存配置方案使得緩存效率最大化。

現有的邊緣緩存方案按緩存的節點來分存在兩大類：一類是集中式緩存，一類是分布式緩存。集中式緩存最大的優勢就在于其簡單性，所有的節點緩存相同的內容，而由于緩存容量有限，使得緩存效率低下；分布式緩存的優勢在于合理利用用戶與多個節點相連的特性，采取在一定范圍內不同節點部署不同的內容，從而獲得較高的緩存效率。按每個文件的緩存方式則可分為完整緩存和部分緩存，完整緩存則是完整地將每個文件緩存到節點，而部分緩存則是將每個文件的一部分緩存到節點。

在目前的無線網絡邊緣緩存的研究中，多數學者對邊緣緩存方案的設計針對的都是每個文件大小假設相等的情況，并且大多數采用的是完整緩存的方式，即緩存的每一個文件都是完整的。另外有學者對部分緩存也進行了研究，即僅緩存每個文件中的一部分在邊緣，剩余的從網絡中心獲取，研究發現部分緩存的效益會明顯高于完整緩存的方式。但是仍然是基于每個文件大小相等的情況下得出的結論，因此，沒有考慮文件大小不同的情況。實際中，文件大小的不同會影響邊緣緩存的效益，無論是完整緩存還是部分緩存。

綜上，現有技術中，一方面現有的邊緣緩存研究沒有考慮文件大小不等的情況，另一方面現有的部分緩存方案沒有給出最佳的緩存百分比，因此邊緣緩存的效益并沒有達到最佳狀態。而且在邊緣緩存的設計方案中，緩存命中率不僅僅取決于每個文件的熱度，同時還與每個文件的大小相關，而緩存效益不僅僅與緩存命中率相關，同時還與回程鏈路的突發量相關。用戶體驗中最重要的因素之一是時延，因此邊緣緩存方案的設計不能脫離這一因素。

發明內容

本發明針對現有技術存在的問題，為了在小小區網絡有限的邊緣緩存空間中實現緩存效益的最大化，根據文件大小不同因素對緩存效益產生的影響，提出了一種考慮用戶時延的小小區網絡邊緣部分緩存方法。

具體步驟如下：