基于相邻缓存协作的移动网络基站缓存内容放置方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相邻缓存协作的移动网络基站缓存内容放置方法，具体步骤为：确定每个基站的协作基站集合；构建系统模型图G；统计网络情景信息；基于系统模型图与网络情景信息对基站缓存空间分配；周期性执行前四个步骤对基站缓存空间进行分配。本发明专利技术主要解决在移动网络基站缓存系统中基于相邻缓存协作条件下对缓存中存储内容的分配问题，明显的提升了基站缓存系统的内容命中率，降低了用户请求内容的响应延时，提升了移动网络基站缓存系统的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动通信领域，具体涉及在移动网络基站部署缓存服务移动用户内容 请求的移动网络基站缓存系统。
技术介绍
随着移动网络接入带宽的大幅度增加，移动网络中面向内容业务流量（例如网 络视频等）飞速增长。现有的集中式的移动网络架构无法胜任大规模数据传输。为了提 高移动网络对网络视频等业务的支持，在移动网络基站部署缓存，并由缓存服务用户的内 容请求是实现移动网络高效内容分发的有效手段。相比于传统的基于缓存的内容分发系 统，例如内容分发网络，在移动网络基站部署缓存主要存在以下问题a)受限于移动网络基 站服务用户数目较少以及基站缓存的有限存储容量，基站缓存的内容请求命中率相对较 低；b)基站缓存独立存储内容，基于内容流行度的缓存内容放置策略（例如常用的Least Frequently Used策略）导致临近缓存间存储大量的冗余数据。 针对这些移动网络基站缓存系统存在的主要问题，利用基站缓存之间的协作存储 是一种有效的解决方法。协作存储是指当用户请求在当前缓存没有命中时，将用户请求转 发至其他缓存来响应用户的内容请求。缓存协作可以提高缓存存储内容的多样性，减少存 储冗余，提高缓存利用率以及内容请求命中率，并最终达到移动网络运营商降低数据传输 开销、减小数据传输时延、提高用户对移动视频等应用的用户体验等目标，实现移动网络内 的高效内容分发机制。 缓存内容管理就是建立内容与缓存之间的映射，决定在每个缓存存储什么内容， 我们将缓存内容管理亦称为缓存内容放置问题。一般地，缓存内容的放置取决于用户对内 容的请求程度，因此对缓存内容的放置管理是实现高效内容分发的前提，只有缓存内容配 置更加优化合理，用户体验才能得到保障。 对于移动网络基站部署缓存的移动网络基站缓存系统中的内容放置问题， H. Ahlehagh 等人在 "Video Caching in Radio Access Network ：Impacton Delay and Capacity" 一文中提出了两种基站缓存内容放置策略以实现移动网内的内容分发机制， 但此文中的缓存之间未考虑协作存储。J. He等人在"A Collaborative Framework for In-networkVideo Caching in Mobile Networks"中提出了基于全网协作存储的缓存内容 放置机制。但是移动网络覆盖范围广阔，往往包含数量巨大的基站。因此全网协作将增加 用户发现内容以及内容传输的复杂性，限制了系统的可扩展性。 综上所述，目前的移动网络基站缓存内容放置解决方案中，没有有效利用相邻基 站划定协作范围来实现优化缓存内容放置的方案。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种基于相近缓存协作的移动网络基站缓 存内容放置方法，适用于优化移动网络基站缓存中对缓存内容的优化配置，以提高缓存命 中率，减小用户请求内容的传输延时。 为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案： ，包含移动网络基站缓存系 统，所述移动网络基站缓存系统主要由移动网络基站、设置在移动网络基站中作为存储设 备的基站缓存以及用户用于请求内容的用户设备组成；所述方法包括如下步骤： Si通过统计基站间的传输性能参数，确定每一个基站缓存的协作基站集，划定基 站缓存的协作区域； S2通过基站缓存间的协作关系以及移动网络拓扑图确定表征移动网络基站缓存 系统的模型图G，图G中每一个基站用一个顶点表示，当两个基站间存在协作关系时用一条 边连接两顶点； S3统计网络情景信息，包括用户对内容请求的概率以及用户接入每个基站的概 率； S4基于划定的基站协作区域、给定的系统模型表征图G以及网络情景信息数据来 分配缓存内容； S5周期性执行步骤Sl至步骤S4重新分配基站缓存空间以应对网络情景信息的更 新。 需要说明的是，步骤Sl中，所述传输性能参数包括基站间的传输延时，而划定基 站缓存的协作区域的具体方法如下： 当两个基站间的传输延时小于给定的门限值时两个基站互为协作基站，通过上述 标准，每一个基站划定一个协作基站集合，并且与协作集合中的基站进行内容协作存储应 答。 需要说明的是，步骤S3的具体方法如下： 3. 1)根据用户的历史观看记录计算判断用户对某个内容请求的概率； 3. 2)使用离散时间马尔科夫链对用户在基站间切换进行建模，从而由用户的历史 移动数据得到用户接入基站的概率。 需要说明的是，步骤S4具体包括： 4. 1)由步骤S2中得到的系统模型表征图G生成用于算法计算的图G2; 4. 2)对每一个基站，计算基站聚合用户请求，即该基站的聚合用户请求参数，用以 表示该基站以及其所有协作基站的用户对某个内容的请求程度，用Clfi表示，其中η表示基 站，HiiQ = 1，2, ...，Μ)表示请求内容，M表示内容的总数量； 4. 3)对每一个内容Hi1，其所有基站缓存中聚合用户请求最高的值用表示，对 所有内容Hi1，按照降序排列得到列表List (M);对每一个内容Hi1，按照降序排列得 到M个列表List (Hii); 4.4)首先，判断列表List (M)是否为空，若为空则缓存空间分配结束，执行步骤 S5,否则继续执行如下判断： 判断每个基站缓存是否还有未分配的存储空间，若没有则缓存空间分配结束，执 行步骤S5,否则继续步骤4.5); 4. 5)在当前排在列表List (M)第一位的内容Iiii对应的列表List (Iiii)中，选取聚合 用户请求大于一给定值V的所有节点并放入集合Anil中；在对应的图G 2中，求取集合A "中 有缓存空间的最大权重独立节点集Bnil，则集合Bnil中对应节点的基站缓存存储内容m i，并且 更新其缓存空间容量； 4. 6)从当前排在列表List (M)第一位的内容Iiii对应的列表List (Iiii)中删除与集 合Bnil对应的节点以及集合B "在图G 2中的邻居节点；此时，若该列表List (m J为空，则从 列表List(M)中删除内容叫对应的项，返回步骤4.4);若列表List(Hi1)不为空，则更新内 容Hi i当前的最大聚合用户请求，重新排列列表List (M)，返回步骤4. 4)。 进一步需要说明的是，步骤4. 1)的具体方法如下： 图G与图G2的节点集合相同，当在图G中，两节点uv之间存在一条边，或存在一 节点W，使得UW之间存在一条边且WV之间存在一条边，则在图G 2中，两节点UV之间存在一 条边。 进一步需要说明的是，步骤4. 2)中的聚合用户请求参数由下式计算得到： 其中u表示某一用户，n'表示位于基站η的协作集合N(n)中的基站；pf表示用 户u接入基站n'的概率；pf1·表示用户u请求内容叫的概率。 进一步需要说明的是，步骤4. 5)中的给定值V通过下式进行计算： 其中，dmi>N为当前在列表List(M)中位于第二位的内容心所对应的最大聚合用户 请求，α为可调节参数。 进一步需要说明的是，步骤4. 5)中，求取集合Anil中有缓存空间的最大权重独立节 点集Bni的具体方法如下： 4. 5. 1)对于给定的节点集合Ami，将其中的节点按照节点权重由高到低排列形当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于相近缓存协作的移动网络基站缓存内容放置方法，包含移动网络基站缓存系统，所述移动网络基站缓存系统主要由移动网络基站、设置在移动网络基站中作为存储设备的基站缓存以及用户用于请求内容的用户设备组成；其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1通过统计基站间的传输性能参数，确定每一个基站缓存的协作基站集，划定基站缓存的协作区域；S2通过基站缓存间的协作关系以及移动网络拓扑图确定表征移动网络基站缓存系统的模型图G，图G中每一个基站用一个顶点表示，当两个基站间存在协作关系时用一条边连接两顶点；S3统计网络情景信息，包括用户对内容请求的概率以及用户接入每个基站的概率；S4基于划定的基站协作区域、给定的系统模型表征图G以及网络情景信息数据来分配缓存内容；S5周期性执行步骤S1至步骤S4重新分配基站缓存空间以应对网络情景信息的更新。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳宜，杨清海，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61