一种基于软件定义的无线网络边缘协作缓存系统与方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108307446A(43)申请公布日2018.07.20(21)申请号201810010922.9(22)申请日2018.01.05(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人李强史文念葛晓虎韩涛张靖(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人廖盈春李智(51)Int.Cl.H04W28/14(2009.01)H04L29/08(2006.01)权利要求书3页说明书10页附图3页(54)发明名称一种基于软件定义的无线网络边缘协作缓存系统与方法(57)摘要本发明公开了一种基于软件定义的无线网络边缘协作缓存系统及方法，应用于无线通信与网络技术领域。该系统包括宏蜂窝虚拟基站云和多个小蜂窝虚拟基站云。通过利用空中接口分离技术、云技术以及软件定义网络技术将蜂窝网络的数据平面与控制平面进行分离，实现对网络的灵活操控。本发明还实现了一种基于软件定义的无线网络边缘协作缓存系统的内容供给方法，通过在宏蜂窝小区基站和小蜂窝小区基站部署的缓存资源，优化缓存策略，能够实现内容在这些网络边缘节点中的高效缓存，显著降低系统的平均内容供给开销。CN108307446ACN108307446A权利要求书1/3页1.一种基于软件定义的无线网络边缘协作缓存系统，其特征在于，包括：宏蜂窝虚拟基站云和多个小蜂窝虚拟基站云；所述宏蜂窝虚拟基站云，用于向多个所述小蜂窝虚拟基站云发送第一控制信号，由各所述小蜂窝虚拟基站云根据所述第一控制信号控制相应的小蜂窝基站将最流行的内容缓存到各小蜂窝基站的公共缓存空间，将不同的次流行内容缓存到各小蜂窝基站的独特缓存空间，其中，各小蜂窝基站之间缓存的内容能够共享；所述宏蜂窝虚拟基站云，还用于向宏蜂窝基站发送第二控制信号，以控制所述宏蜂窝基站缓存各小蜂窝基站中没有缓存的内容。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述宏蜂窝虚拟基站云包括：流行度标识识别模块、缓存决策模块以及区域数据记录模块；所述流行度标识识别模块，用于读取内容全局流行度的标识字段，识别内容的流行度，并根据各内容的流行度对各内容进行排序；所述缓存决策模块，用于根据所述排序的结果，确定需要缓存的内容；所述区域数据记录模块，用于记录所述需要缓存的内容的名称，以及各需要缓存的内容的缓存位置。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述内容全局流行度为：其中，pi表示流行度排序为i的内容的全局流行度，α为Zipf分布指数，I为全局内容总数。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在每一个小区对于同一内容的请求概率相同时，第j个小区对于内容i的请求概率为：其中，J为全局网络下小蜂窝基站的总数。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述各小蜂窝基站的公共缓存空间为：所述各小蜂窝基站的独特缓存空间为：所述宏蜂窝基站的缓***存空间为：Sm＝βST，其中，ST为全局总缓存空间，β为最优的缓存空间垂直分配系数，γ为最优的缓存空间水平分配系数。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述最优的缓存空间垂直分配系数以及所述最优的缓存空间水平分配系数为：若则2CN108307446A权利要求书2/3页若则β*＝0；其中，cl为从小蜂窝基站缓存节点获取单个内容的平均开销，cm为从宏蜂窝基站缓存节点获取单个内容的平均开销，cu为从相邻的其他小宏蜂窝基站缓存节点获取单个内容的平均开销，cr为从远端内容服务器获取单个内容的平均开销。7.根据权利要求1至6任意一项所述的系统，其特征在于，所述宏蜂窝虚拟基站云还包括更新模块；所述更新模块，用于检测所述宏蜂窝虚拟基站云控制覆盖下的网络状态信息，在网络进入空闲状态时，根据统计的用户历史请求信息，预测下阶段流行的内容以及下阶段流行的内容的全局流行度，利用最近检测到的网络状态信息，重新确定所述最优的缓存空间垂直分配系数以及所述最优的缓存空间水平分配系数，以动态更新各小蜂窝基站与宏蜂窝基站存储的内容。8.一种基于权利要求1至7任意一项所述的无线网络边缘协作缓存系统的内容供给方法，其特征在于，包括：用户小蜂窝基站根据用户请求查询在所述用户小蜂窝基站中是否缓存有与所述用户请求对应的目标内容，若缓存了所述目标内容，则所述用户小蜂窝基站向用户发送所述目标内容，若没有缓存所述目标内容，则所述用户小蜂窝基站向宏蜂窝基站发送所述用户请求；所述宏蜂窝基站接收所述用户请求，根据所述用户请求搜寻缓存记录以判断所述用户请求对应的所述目标内容是否缓存在所述宏蜂窝基站控制覆盖范围内的缓存空间中，若所述目标内容缓存在所述宏蜂窝基站控制覆盖范围内的缓存空间中，则所述宏蜂窝基站向所述用户小蜂窝基站交付所述目标内容，由所述用户小蜂窝基站向用户发送所述目标