[發(fā)明專利]一種基于編碼的無線異構網絡視頻緩存設施部署方法

有效

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• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN107968835B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設計）人: 張馳;唐斌;葉保留;陸桑璐
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04W28/14;H04N21/647;H04N21/6405
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 許丹丹

本發(fā)明公開了一種基于編碼的無線異構網絡視頻緩存設施部署方法，包括以下步驟：以下步驟：(1)構建網絡拓撲、用戶分組，計算用戶分組權重；(2)構建流行視頻文件集流行度分布模型；(3)建立最小化回程鏈路數(shù)據(jù)傳輸開銷目標函數(shù)，構建最優(yōu)化模型；(4)求解最優(yōu)化問題，得出緩存設施部署方案以及文件放置方案；(5)定期更新緩存視頻文件集，使用隨機線性網絡編碼對文件進行編碼，按照文件放置方案對文件分塊放置。本發(fā)明提供了一種高效的在無線網絡中進行視頻緩存設施部署的方法，有效地降低了網絡中回程鏈路的流量，提高了整個無線網絡的性能。

技術領域

本發(fā)明屬于網絡技術領域，具體涉及一種無線異構網絡視頻緩存設施部署方法。

背景技術

近年來，移動網絡流量呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長的態(tài)勢，其中視頻流量又占據(jù)了主要的網絡帶寬。Cisco公司2016年發(fā)布的白皮書報告中稱，未來幾年的移動網絡流量將呈指數(shù)增長態(tài)勢，并于2021年突破49EB大關。其中，網絡視頻流量的占比也在不斷擴大，到2021年，預計這部分移動流量會從當前的60％左右增長到78％左右。

移動流量的爆發(fā)式增長給現(xiàn)有的移動運營商網絡帶來了巨大的壓力，一個無線蜂窩基站需要處理的大量的數(shù)據(jù)傳輸請求。在這樣的背景下，一種無線異構網絡被提了出來。在已有的蜂窩網絡中部署一些小基站，形成毫微微蜂窩網，將網絡接入點向用戶拉近，從而提高用戶請求的響應速度。但是，這種無線異構網絡的性能會被小基站與主機站之間的回程鏈路所限制。如圖1所示，在一個無線異構網絡場景中，一個主基站(MBS)形成一個大范圍的蜂窩網絡，在這個大范圍的蜂窩網絡下部署著一些覆蓋范圍更小的小基站(SBS)，這些小基站形成的小范圍蜂窩網絡被稱為毫微微蜂窩網(Femto-Cell)，這些小基站與主基站之間具備一條回程鏈路(backhaul link)，用于雙方進行通信。用戶經由無線鏈路(wirelesslink)連接至小基站，用戶向小基站請求內容時，小基站通過回程鏈路進行數(shù)據(jù)傳輸。這時將占用回程鏈路，形成數(shù)據(jù)競爭，進而影響整個網絡的性能。

為了解決上述的問題，一種在小基站上部署緩存設施并且緩存視頻文件的想法被提了出來，如圖2所示。視頻數(shù)據(jù)流量中有很大的部分是重復的數(shù)據(jù)流量，因為人們往往會集中于看某些比較流行的視頻。有研究表明，視頻文件的流行度往往符合Zipf分布，絕大部分對視頻的請求是集中在少數(shù)的視頻上的。這樣在小基站上主動緩存流行的視頻文件集并且在用戶請求量較少的時間段(如夜間)進行文件集的更新就有了意義。在小基站上部署視頻緩存，用戶向小基站進行視頻請求時，若小基站提前緩存了視頻內容，則直接對用戶進行服務。這樣做可以有效地減少回程鏈路中的流量以及用戶請求視頻文件的時延。目前關注在小基站緩存視頻文件的一些工作主要集中在如何在已有的緩存架構下進行流行視頻文件的緩存放置，而如何在現(xiàn)有的無線異構網絡下進行緩存基礎設施的部署則沒有得到足夠多的關注。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：基于以上不足，本發(fā)明提出一種在一個固定的預算下提供一種合理高效的緩存設施部署方法以及與之對應的流行視頻文件緩存放置方法，以減少用戶日常針對視頻的請求過程中小基站與主基站之間的回程鏈路上數(shù)據(jù)流量，從而提升整個網絡的性能。

技術方案：本發(fā)明所述的一種基于編碼的無線異構網絡視頻緩存設施部署方法包括以下步驟：

(1)構建網絡拓撲、用戶分組，計算用戶分組權重。

統(tǒng)計小基站覆蓋范圍內的用戶分布情況，根據(jù)用戶被小基站覆蓋的情況，將被相同小基站集合覆蓋的用戶分為一個用戶分組u∈U＝{1,2,…,|U|}。對于每個用戶分組，記錄他們能夠訪問的小基站集合N_u。同時，為每個用戶分組分配一個權重w_u，將同一用戶分組內的所有用戶數(shù)求和，除以所有用戶分組總用戶數(shù)之和，得到該用戶分組的權重w_u。

(2)構建流行視頻文件集流行度分布模型。