[發明專利]一種基于云無線接入網架構的協作式緩存部署方法

有效

• 申請號: 201910407477.4
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110113213B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 陳玉婷;唐斌;葉保留;陸桑璐
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L29/08
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙) 32273
• 代理人: 王華

本發明公開了一種基于云無線接入網架構的協作式緩存部署方法。包括以下步驟：根據網絡拓撲獲取RRH分布、用戶分組及其權重、以及RRH與用戶分組之間的連接關系分布；構建在不同路徑上傳輸文件的能量消耗模型以及在存儲設備上緩存文件的能量消耗模型；基于能量消耗模型推導最小化系統能耗的目標函數，轉化為在文件存儲能耗限制下最小化緩存方案的傳輸能耗問題；將傳輸能耗優化問題轉化為加權最大覆蓋問題，求解得出BBU及所有RRH上的文件放置方案；對于每一個給定的存儲能耗，將其與對應的傳輸能耗結合，得到總能耗最小的緩存方案。本發明提供了一種高效的在云無線接入網絡中進行協作式緩存部署的方法，有效地降低了網絡中的總能量消耗。

技術領域

本發明屬于網絡技術領域，具體涉及一種基于云無線接入網架構的協作式緩存部署方法。

背景技術

移動設備和應用程序的快速增長導致了移動數據流量的爆炸式增長，到2022年，全球每個月產生的移動數據流量將達到77.5EB，相當于2012年的119倍。為了解決如此迅速地數據流量增長問題，內容分發網絡應運而生，它通過在現有的因特網中增加一層新的網絡架構，將數據內容部署到最接近用戶的網絡“邊緣”，以便于用戶就近獲得所需的數據，解決回程鏈路擁塞，改善傳輸時延。然而超高清視頻、增強現實、虛擬現實游戲、智慧城市建設等業務的興起，使得用戶不僅僅滿足于對數據傳輸速率的提高，同時也對時延提出了“無感知”的苛刻要求。為此，運營商在4G網絡架構下也做出了一系列努力，例如部署更多基礎設施、提升網絡帶寬、采用多天線的分布式多輸入多輸出(MIMO)技術等，然而用戶數量不斷增加，受限的帶寬資源、高昂的部署成本、沉重的控制信號負擔使得服務質量并沒有得到有效改善。

云無線接入網(Cloud Radio Access Network，C-RAN)是根據現有的網絡條件和技術進步的趨勢提出的一種高容量、低能耗、低成本的新型無線接入網架構。它是基于集中化處理，協作式無線電和實時云計算構架的綠色構架。一個典型的C-RAN架構由三部分組成，如圖1所示：(1)遠端射頻模塊(RRH)和天線組成的分布式網絡；(2)由高性能處理器和實時虛擬技術組成的集中式基帶池模塊(BBU)；(3)高帶寬低時延的光傳輸網絡。其中分布式的遠端射頻模塊形成一個高容量、廣覆蓋的無線網絡，這些單元體積較小，部署成本較低，易于安裝和大范圍部署。基帶池由高性能處理器構成，通過實時虛擬技術連接在一起，提供強大的計算和存儲資源?；鶐С赝ㄟ^回程鏈路(Backhaul)連接核心網絡，并且跟每個遠端射頻模塊之間通過高帶寬、低時延的前程鏈路(Fronthaul)進行數據傳輸。

視頻流量為主的移動數據流量的迅速增長對于有限的回程鏈路帶寬仍是一項很沉重的負擔，成為影響整個網絡性能的瓶頸所在。因此很直觀地想到可以在距離用戶更近的網絡邊緣緩存視頻數據，這就是“邊緣緩存”?；贑-RAN網絡架構的邊緣緩存被廣泛研究是具有現實意義的，一方面，移動多媒體流量中很大部分的流行內容(如流行音樂、視頻)是被重復下載的，網絡中的數據冗余度較高。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的視頻上的。這樣在基礎設施諸如BBU、RRH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)進行文件集的更新可以大大提高網絡性能；另一方面，存儲設備的價格不斷降低，而C-RAN架構下可以部署較多的緩存模塊，以存儲資源換取有限的帶寬資源，使得運營商可以就近服務用戶，從而節約能量。

設計緩存策略時重點是在存儲緩存的代價和效益之間做出權衡，但是現有的大部分面向能量優化的緩存工作都考慮在固定緩存容量的前提下優化系統的能量消耗，幾乎沒有工作考慮為每個緩存設施設計最佳的緩存容量和部署方案使得全局能量消耗最小。這并不合理，一方面每個RRH覆蓋的用戶密度不同，在人口密度較高的RRH部署更大的緩存容量、緩存更多的文件是很現實的。另一方面，存儲設備的成本不斷降低，部署大容量的緩存設備較為容易實現，RRH和BBU可以根據所需決定啟用部分或全部存儲容量進行緩存。

發明內容

發明目的：基于以上不足，本發明提出一種在云無線接入網絡中提供一種合理高效的緩存部署方法，以減少用戶日常針對視頻的請求過程導致的系統總能量消耗。