一種基站緩存的管理方法及用戶訪問的處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基站緩存的管理方法，所述方法包括：步驟101)在集中式網關控制器節(jié)點上生成內容熱度排名表；步驟102)將每個基站節(jié)點的本地緩存分為共享緩存和非共享緩存；步驟103)將內容熱度排名表中的請求內容按照排名存入每個基站節(jié)點的本地緩存中；步驟104)在集中式網關控制器節(jié)點和每個基站節(jié)點上各自建立待定請求表?；谏鲜龌揪彺娴墓芾矸椒?，本發(fā)明還提供了一種用戶訪問的處理方法；該方法基于請求聚合和異步多播的策略實現(xiàn)。本發(fā)明提出的方法，降低了基站緩存的冗余度，提高了緩存的利用率；減少網絡內外的重復流量，加快了網絡響應速度，提升了用戶的上網體驗。
【專利說明】一種基站緩存的管理方法及用戶訪問的處理方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動網絡【技術領域】，具體涉及一種基站緩存的管理方法及用戶訪問的 處理方法。

【背景技術】
[0002] 隨著世界范圍內智能手機、平板用戶數(shù)目的增加，移動設備（MobileDevice， 簡稱MD)對互聯(lián)網的訪問量預計會迅速增長（文獻[1]:WhitePaper,"CiscoVisual NetworkingIndex:GlobalMobileData, "2010-2015.)。當一個MD訪問互聯(lián)網的內容時， 該內容必須從移動網絡外的原始服務器獲得。內容分發(fā)網絡（ContentDeliveryNetwork， 簡稱為CDN)是通過在現(xiàn)有的Internet中增加一層新的網絡架構，將網站的內容發(fā)布到最 接近用戶的網絡"邊緣"，使用戶可以就近取得所需的內容，解決Internet網絡擁擠的狀 況，提高用戶訪問網站的響應速度。從技術上全面解決由于網絡帶寬小、用戶訪問量大、網 點分布不均等原因所造成的用戶訪問網站響應速度慢的問題。
[0003]文獻[2] (G.Pallis，A.Vakali,"Insightandperspectivesforcontent deliverynetworks, "inCommunicationsoftheACM,vol. 49,issue1,January2006.) 和文獻[3](AkamaiTechnologies,http://www.akamai.com.)指出CDN有助于減少互聯(lián)網 帶寬的消耗和相關的延遲與抖動，但請求內容在到達MD之前，必須通過無線運營商的核心 網（CoreNetwork，簡稱CN)和無線接入網（RadioAccessNetwork，簡稱RAN)。因此所有 的請求都從CDN處獲取內容會給運營商的CN和RAN帶來了很大的流量壓力；大量并發(fā)的請 求在有限的網絡容量下，極易導致網絡擁塞，顯著增加網絡延遲。此外，現(xiàn)在的移動網絡正 在經歷從3G到LTE的演進，在實際的網絡結構中，一個集中式網關控制器（SAE-GW)可以直 接控制比以前更多的基站（EvolvedNodeB，簡稱eNodeB)，由于RAN邊緣緩存的尺寸比在 互聯(lián)網中的⑶N小得多，因此要以協(xié)同的方式在這些大規(guī)模的eNodeB中存儲內容，使得在 RAN中能存儲更多種類的內容。因此，網關控制器可以利用這些存儲資源以對等的方式來服 務本區(qū)域基站節(jié)點的請求，而不必從互聯(lián)網上的CDN獲取，從而提高整體服務的性能。為了 在RAN中最大限度地支持請求數(shù)目，基于最優(yōu)化的方法科學家提出了一些典型緩存策略：
[0004] 非協(xié)同緩存策略：所有的基站節(jié)點獨立工作，每個基站節(jié)點只處理本節(jié)點接入用 戶的請求，若本地緩存有用戶請求的內容，則直接返回給用戶，若沒有，則向外網去獲取，對 于本地的緩存則采用基于內容訪問頻率或其它歷史使用情況的典型緩存策略。非協(xié)同緩存 具有容易實現(xiàn)，復雜度較低，節(jié)點之間存儲與服務相互獨立，不會增加網絡的管理開銷，但 會造成網絡內部緩存的大量冗余，緩存的內容種類少，緩存的利用率低，用戶下載的平均時 延大，網絡出口流量大等問題。
[0005] 協(xié)同緩存策略：所有基站節(jié)點協(xié)同工作，由一個網關控制器統(tǒng)一管理；當一個節(jié) 點收到用戶請求后，若本地緩存未命中而對等節(jié)點有緩存，則選擇從對等節(jié)點獲取，若對等 節(jié)點沒有，則向服務器去獲取，對于本節(jié)點的緩存，受控網關控制器和本地統(tǒng)計信息的共同 影響。協(xié)同緩存中的緩存節(jié)點互相合作，由網關控制器統(tǒng)一管理本地的緩存資源，避免了緩 存過度冗余的問題，能更好的為收到的用戶請求提供服務，但是需要提前預知每個內容請 求到達速率（文獻[4] :X.Tang,S.T.Chanson,"CoordinatedEn-RouteWebCaching,"in IEEETransactionsonComputers，Vol. 51，No. 6,pp. 595-607, 2002.);而在實際應用中， 用戶對內容的請求率是隨著時間和流行度變化的，使得來自于過去的統(tǒng)計結果不再適用； 此外，由于對等節(jié)點之間內容單播傳送，會導致網絡內產生大量的重復流量。
[0006] 下面舉例對兩個策略的應用進行說明，如圖1所示，一個RAN，包括三個eNodeB: eNBpeNBjPeNB3，和一個能提供四個內容a，b，c，d的原服務器0,此外，所有的eNodeB的存 儲容量只能存儲一個內容對象，SAE-GW不具有存儲功能，而且從eNodeB到SAE-GW中的每 個上行鏈路容量是僅能夠同時請求一個對象，用t表示在一個給定的RAN中由一個對等的 eNodeB來提供服務需要的平均等待時間。并假設內容的流行度分布是一致的，每個蜂窩中 有多組MD向其它eNodeB節(jié)點發(fā)送請求流，請求流是相同的，由重復序列{aaaabbbccd}表 示。我們假設在相同的RAN內從對等的eNodeB節(jié)點獲取內容的性能（等待時間）比從原 始服務器〇好得多，因為在實際的網絡中，源服務器可能位于相當遠的網絡。
[0007] 非協(xié)同緩存策略：所有的eNodeB已經累積的信息是對內容a的請求比b，c和d的 信息多，因此所有的eNodeB存儲a，而不存儲其它內容，對MD后續(xù)發(fā)送的對b、c和d的請 求只能先到eNodeB，再轉發(fā)給SAE-GW，最后發(fā)往服務器0。由此可見，非協(xié)同緩存策略使得 整體緩存冗余度高，利用率低，用戶獲取內容的平均時延加大，體驗較差。
[0008] 協(xié)同緩存策略：由于各個eNodeB是相互合作的，我們假設eNBi存儲a，eNB2存儲 b和eNB3存儲c，這樣對a、b、c的請求都能在這個RAN中得到服務；而對于請求d，在對應 的eNodeB和RAN中的其他eNodeB上緩存未命中，只能由SAE-GW向原始服務器0來獲取內 容。由于一個節(jié)點接入的用戶訪問的內容熱度分布相近，當多個MD可能同時獲取來自同一 鄰居eNodeB相同的內容，由于協(xié)同緩存中獨立的對等單播傳輸機制，就會產生大量重復的 流量（包括請求和響應），消耗了寶貴的鏈路帶寬資源。


【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于克服目前CDN緩存技術中存在的上述缺陷，提出了一種新的基 站緩存管理方法，并在此基礎上，基于請求聚合和異步多播的策略，提出了一種用戶訪問的 處理方法。
[0010] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基站緩存的管理方法，包括：
[0011] 步驟101)在集中式網關控制器節(jié)點上生成內容熱度排名表；
[0012] 步驟102)將每個基站節(jié)點的本地緩存分為共享緩存和非共享緩存；
[0013] 步驟103)將內容熱度排名表中的請求內容按照排名存入每個基站節(jié)點的本地緩 存中；
[0014] 步驟104)在集中式網關控制器節(jié)點和每個基站節(jié)點上各自建立待定請求表。
[0015] 上述技術方案中，所述步驟101)進一步包括：
[0016] 在固定時間周期內，每個基站節(jié)點根據(jù)用戶訪問請求統(tǒng)計各請求內容的訪問次 數(shù)，上報給集中式網關控制器節(jié)點；集中式網關控制器節(jié)點統(tǒng)計所有基站節(jié)點的上報信息， 并生成內容熱度排名表；內容熱度排名表記錄了每個內容的名字、訪問總次數(shù)以及歷史訪 問時間數(shù)據(jù)。
[0017] 上述技術方案中，所述步驟102)進一步包括：
[0018] 假設每個基站節(jié)點的本地緩存大小為c，將每個基站節(jié)點的本地緩存分為兩部分： 一部分是共享緩存，用于存儲其它基站節(jié)點可以訪問的內容，大小為x;另一部分是非共享 緩存，大小為C-X ;
[0019] 假設每個基站節(jié)點具有相同的鏈路上行帶寬U，用戶從向基站節(jié)點發(fā)出請求到收 到請求內容的平均時延為T，則用戶向基站節(jié)點處的請求速率最大為1/T;那么集中式網 關控制器節(jié)點發(fā)出的請求速率最大為2/T，X取值為：

【權利要求】
1. 一種基站緩存的管理方法，所述方法包括： 步驟101)在集中式網關控制器節(jié)點上生成內容熱度排名表； 步驟102)將每個基站節(jié)點的本地緩存分為共享緩存和非共享緩存； 步驟103)將內容熱度排名表中的請求內容按照排名存入每個基站節(jié)點的本地緩存 中； 步驟104)在集中式網關控制器節(jié)點和每個基站節(jié)點上各自建立待定請求表。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基站緩存的管理方法，其特征在于，所述步驟101)進一步包 括： 在固定時間周期內，每個基站節(jié)點根據(jù)用戶訪問請求統(tǒng)計各請求內容的訪問次數(shù)，上 報給集中式網關控制器節(jié)點；集中式網關控制器節(jié)點統(tǒng)計所有基站節(jié)點的上報信息，并生 成內容熱度排名表；內容熱度排名表記錄了每個內容的名字、訪問總次數(shù)以及歷史訪問時 間數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的基站緩存的管理方法，其特征在于，所述步驟102)進一步包 括： 假設每個基站節(jié)點的本地緩存大小為c，將每個基站節(jié)點的本地緩存分為兩部分：一 部分是共享緩存，用于存儲其它基站節(jié)點可以訪問的內容，大小為X;另一部分是非共享緩 存，大小為C-X; 假設每個基站節(jié)點具有相同的鏈路上行帶寬U，用戶從向基站節(jié)點發(fā)出請求到收到請 求內容的平均時延為T，則用戶向基站節(jié)點處的請求速率最大為I/T;那么集中式網關控 制器節(jié)點發(fā)出的請求速率最大為2/T，X取值為：
4. 根據(jù)權利要求3所述的基站緩存的管理方法，其特征在于，所述步驟103)進一步包 括： 假設內容塊單位為1，將所有的請求內容都分成大小相等的內容塊；將內容熱度排名 表中排名最靠前的C-X塊內容存儲在每個基站節(jié)點的非共享緩存中，為其接入的本地用戶 提供下載服務；然后將內容熱度排名表中排名為C-X+1到C-X+Nx的請求內容按順序分別存 到N個基站節(jié)點的共享緩存上，為網內的所有用戶提供下載服務。
5. 根據(jù)權利要求4所述的基站緩存的管理方法，其特征在于，所述步驟104)進一步包 括： 基站節(jié)點的待定請求表由一系列入口組成，每個入口包括：請求名稱，發(fā)出該請求的客 戶端列表；客戶端列表中記錄了發(fā)出該請求的用戶地址； 集中式網關控制器節(jié)點的待定請求表由一系列入口組成，每個入口包括：請求名稱，發(fā) 出該請求的客戶端列表；客戶端列表中記錄了發(fā)出該請求的基站地址。
6. -種用戶訪問的處理方法，該方法基于權利要求1-5所述的基站緩存的管理方法實 現(xiàn)；該方法包括： 步驟201)用戶將請求k發(fā)送到其接入的基站節(jié)點n; 步驟202)在基站節(jié)點n的本地緩存中查找請求內容k;如果本地緩存中有請求內容k， 則根據(jù)用戶地址發(fā)送請求內容k;否則，轉到步驟203); 步驟203)將基站節(jié)點n的本地緩存中未找到的請求k進行聚合，更新基站節(jié)點n的待 定請求表； 步驟204)集中式網關控制器節(jié)點將所基站節(jié)點的請求進行聚合，更新集中式網關控 制器節(jié)點的待定請求表； 步驟205)集中式網關控制器節(jié)點查詢其它基站節(jié)點n的共享緩存上是否有請求內容k； 步驟206)如果有一個基站節(jié)點m的共享緩存上有請求內容k，則將請求內容k發(fā)送到 集中式網關控制器節(jié)點；轉到步驟208);否則，轉到步驟207); 步驟207)集中式網關控制器節(jié)點將請求k發(fā)送到原始服務器，原始服務器找到請求內 容k后，將請求內容k發(fā)送到集中式網關控制器節(jié)點； 步驟208)集中式網關控制器節(jié)點將請求內容k以異步多播方式發(fā)給其待定請求表中 對應的客戶端列表中的基站節(jié)點；并刪除待定請求表中請求k的條目； 步驟209)基站節(jié)點n收到請求內容k后，以異步多播方式發(fā)送給待定請求表中對應的 客戶端列表中的用戶，同時刪除待定請求表中對應的請求k的條目。
7. 根據(jù)權利要求6所述的用戶訪問的處理方法，其特征在于，所述步驟203)進一步包 括： 步驟203-1)在基站節(jié)點n的待定請求表中匹配請求k; 步驟203-2)如果在待定請求表中有一個完全匹配的條目，將請求用戶地址添加到匹 配條目的客戶端列表，隨之將請求k丟棄；否則，轉到203-3); 步驟203-3)如果在待定請求表中沒有一個完全匹配的條目，在待定請求表中增加新 的請求k條目，并將請求k轉發(fā)出去。
8. 根據(jù)權利要求6所述的用戶訪問的處理方法，其特征在于，以基站節(jié)點n發(fā)出的請求 k為例；所述步驟204)進一步包括： 步驟204-1)在集中式網關控制器節(jié)點的待定請求表中匹配請求k; 步驟204-2)如果在待定請求表中有一個完全匹配的條目，將基站節(jié)點n添加到匹配條 目的客戶端列表，隨之將請求k丟棄；否則，轉到204-3); 步驟204-3)如果在待定請求表中沒有一個完全匹配的條目，在待定請求表中增加新 的請求k條目。
【文檔編號】H04W28/14GK104507124SQ201410817493
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月24日 優(yōu)先權日:2014年12月24日
【發(fā)明者】李楊, 辛永輝, 林濤, 周旭 申請人:中國科學院聲學研究所