CN103997791B - 基于用户终端资源使用偏好的无线网络资源分配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于用户终端资源使用偏好的无线网络资源分配方法，属于无线通信技术领域。在网络核心结点感知各小区范围内终端产生的流量，记录实际接入点，分析提取用户偏好的应用及内容，观察用户集中请求的时间以及持续时间，建立用户偏好行为库，将用户偏好内容提前预缓存到相应接入点，并与远端服务器保持同步更新；在接入点检测用户请求的具体业务以及用户终端的IMEI码，根据用户请求的业务计算保障带宽，然后利用IMEI码获取终端型号，明确终端的实际处理能力，评估终端运转所需的最高带宽，并从网络核心结点获取接入点的相关信息，调整调制编码策略以及发射功率，并计算每个接入点所能分配的总带宽。本方法能够使用户更快的获取所需内容，能根据用户业务请求特点个性化的分配带宽，提高带宽利用率。

Description

基于用户终端资源使用偏好的无线网络资源分配方法及系统

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于用户终端资源使用偏好的无线网络资源分配方法。

背景技术

随着各种移动终端的深度智能化，移动应用也愈发多样化，人们对移动网络的需求已不再局限于话音和文本信息的畅通，各种多媒体业务(比如视频流媒体、高清视频会议、可穿戴设备等)逐渐走进人们的生活，伴随而来的是移动网络数据量的急剧增加，这对网络传输速率提出了更高的要求，另外，移动网络的服务质量也不再由单一的评判标准决定，多种应用的网络性能共同影响了移动网络的服务质量。尽管新兴的无线网络在不断提高下行信道的峰值速率，在终端用户不断增加的今天也很难全面提升服务质量，保障每一位用户的上网体验。因此，高效的资源分配策略仍然是无线网络研究的一个重要课题。

未来的通信系统系统需要支撑高速率大容量的服务，但可用于无线通信的频谱资源却十分有限；另外，同一小区内不同用户请求服务均需通过繁杂的步骤从远端服务器获得数据，然后独立的进行业务数据的传输，这样很容易造成资源浪费。图1为目前移动通信整体架构简图。从中可以看到，一般用户访问媒体信息均需跨越层层网关、服务器，从远端Internet获得所需的内容信息，这个过程耗时多，对终端用户的直接感受就是时延太大，且对于具有相同内容的业务，被多次重复传输，会造成严重的资源浪费；此外，不同业务对资源的需求不一致，用户所处的信道状态也明显存在差异，对此不加区分的进行资源分配也会造成资源的极大浪费，更重要的是会使用户网络体验大幅下降。

传统的无线资源调度方案多以最大化网络容量、保障网络QoS为优化目标。具体来说，在数据链路层(DLC)和媒体接入层(MAC)，传统的资源调度旨在降低丢包率(PLR)、提升数据速率、减少数据包的传输时延等；在更高层，则是对会话的吞吐率、端到端时延以及时延抖动等性能的优化。这类资源调度方案着眼于提升网络的整体性能，在网络资源严重不足的今天，有限的资源难以保障每个用户的业务需求，在某些极端的情况下，这种资源调度策略为了保障全网的吞吐量，容易造成个别用户所分配的资源明显不足，造成用户体验急剧下降，最终导致用户流失。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于用户终端资源使用偏好的无线网络资源分配方法及系统，以充分利用网络资源，提升用户体验，从而提高运营商运营效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

首先，本发明提供了一种基于用户终端资源使用偏好的无线网络资源分配方法，所述网络资源分配方法包括以下两个步骤：对用户终端资源使用偏好内容进行缓存；对带宽资源进行个性化分配。

进一步，所述对用户终端资源使用偏好内容进行缓存具体包括：偏好内容预缓存，即在网络核心结点感知各小区范围内终端产生的流量，记录实际接入点，分析提取用户偏好的应用及内容，观察用户集中请求的时间以及持续时间，建立用户偏好行为库，据此将用户偏好内容提前预缓存到相应接入点，并与远端服务器保持同步更新，过期则全部自动删除。

进一步，所述对带宽资源进行个性化分配，即在接入点检测用户请求的具体业务以及用户终端的IMEI码，根据用户请求的业务计算保障带宽BW_n，然后利用IMEI码获取终端型号，进一步明确终端的实际处理能力，评估终端运转所需的最高带宽BW_max，同时，从网络核心结点获取接入点的相关信息，包括接入类型以及网络状态，据此自动调整调制编码策略以及发射功率，然后计算每个接入点所能分配的总带宽BW_total。

进一步，在给每个用户实际分配带宽时，采用以下原则：1)以用户请求具体业务内容的保障带宽BW_n为基础进行调整；2)每个终端用户所分配的带宽不能超过最大带宽BW_max；3)接入点总带宽不能满足每个用户请求业务的保障带宽时，依据每个用户所需带宽占总所需带宽的比例在总带宽BW_total中进行不等量分配。

其次，本发明还提供了一种基于用户终端资源使用偏好的无线网络资源分配系统，所述系统包括核心网结点用户行为分析模块和接入点分析系统，其中核心结点用户行为分析模块用于分析各接入点内用户偏好的业务、内容以及请求时间，该模块直接从各个接入点服务器获取用户流量的完整记录，分析处理后按统一的格式存储在网络流量记录表中，进一步分析提炼出用户偏好行为库，以及各个小区状态的网络参数表；接入点分析系统用于分析接入终端的状态信息、判断用户请求的具体业务、内容，该分析系统获取终端用户的流量记录后，首先提取出业务请求信息及终端状态信息，根据用户请求的业务建立业务带宽保障表及用户终端相关的用户参数表，用户参数表和网络参数表对业务分配的带宽起到调整作用。

进一步，核心结点用户行为分析模块分析各接入点内用户偏好的业务、内容以及请求时间，具体包括用户流量记录、网络流量记录表、用户偏好行为库、网络参数表；接入点分析系统分析接入终端的状态信息、判断用户请求的具体业务、内容，具体包括用户流量记录、用户业务请求表、用户参数表以及业务带宽保障表。

进一步，核心结点用户行为分析模块还能够根据用户偏好行为库预先将相关内容缓存到接入点服务器中。

本发明的有益效果在于：用户在请求偏好应用的时候能够更快的获取所需内容，且能根据用户业务请求特点个性化的分配带宽，提高带宽利用率，增加用户满意度。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为现有移动通信整体架构简图；

图2为本发明中所述的资源分配系统结构框图；

图3为本发明中用户偏好行为库的建立流程图；

图4为本发明中偏好内容的预推送流程图；

图5为本发明中用户带宽的分配流程图；

图6为本发明实施例中核心结点的网络流量记录表；

图7为本发明实施例中用户的偏好行为库；

图8为本发明实施例中核心结点的网络参数表；

图9为本发明实施例中接入点的用户业务请求表；

图10为本发明实施例中的终端信息表；

图11为本发明实施例中的业务保障带宽表。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图2为本发明中所述的资源分配系统结构框图，如图所示，该系统由核心网结点用户行为分析模块和接入点分析系统组成，其中核心结点用户行为分析模块主要分析各接入点内用户偏好的业务、内容以及请求时间，具体包括用户流量记录、网络流量记录表、用户偏好行为库、网络参数表。该模块直接从各个接入点服务器获取用户流量的完整记录，分析处理后按统一的格式存储在网络流量记录表中，进一步分析提炼出用户偏好行为库，以及各个小区状态的网络参数表；接入点分析系统主要分析接入终端的状态信息、判断用户请求的具体业务、内容，具体包括用户流量记录、用户业务请求表、用户参数表以及业务带宽保障表。该分析系统获取终端用户的流量记录后，首先提取出业务请求信息及终端状态信息，根据用户请求的业务建立业务带宽保障表及用户终端相关的用户参数表，用户参数表和网络参数表对业务分配的带宽起到调整作用。此外，核心结点用户行为分析模块可以根据用户偏好行为库预先将相关内容缓存到接入点服务器中。

在本实施例中，以XX校园为例，该资源分配系统主要分为以下三个过程工作。

步骤1：首先核心结点要建立用户偏好行为库，图3为本发明用户偏好行为库的建立流程图。

1.1位于省网核心的用户行为分析模块会收集连续N天内用户的网络流量数据，包括DPI数据、EMOS数据、日志数据、接入位置数据等，这些数据包含省网覆盖范围内的各个小区所有用户产生的网络数据。

1.2然后对这些数据进行预处理，通过识别、整理，将各种数据按统一的格式进行存储，整理的过程可能需要对不同格式的数据进行转换，最终实现所有数据按统一格式进行存储，并记录在网络流量记录表中，图6为本发明核心结点的网络流量记录表，表中具体包括用户请求的时间、接入点、接入方式、业务类型以及具体内容。比如18:05，来自XX校园的某用户通过WCDMA方式接入网络，请求QQ图片数据，通过接入点XX校园可以判断出用户所处的地理位置XX市XX区XX号，然后分析得到用户所处的网络环境network condition，具体包括结点状态、网络拥塞状态等等，同样记录在网络流量记录表中。比如结点正常、网络畅通等。

1.3利用数据聚类算法，分析网络流量记录表中的业务类型、内容信息，得到频繁请求的若干业务类型及内容信息，并用service_content标记不同的类，删除非频繁出现的项目。不同小区内用户的偏好业务、内容会有很大区别，需要添加接入点信息加以区分，比如以学生为主的XX校园用户，分析出来的偏好应用可能包括QQ、PPS、微信、淘宝等，具体内容包括图片、文本信息、视频等，相应的标签则全部汇总在XX校园下。

1.4统计各偏好应用被请求的具体次数以及对应时刻，当某一时刻请求次数达到N0，则记该时刻为time_n，表示频繁请求开始时间，继续统计各时刻请求次数，当统计次数持续低于N0，则表示频繁请求结束，记录频繁请求持续时间period_n，比如校园用户在晚上9点至凌晨1点PPS_视频请求达到高峰，将相应信息填入用户偏好行为库中，图7为本发明中用户的偏好行为库，上述偏好内容记录为XX校园PPS_视频频繁请求开始时间21:00，频繁请求持续时间240min。

1.5人们的行为偏好可能会随着时间不断变化，所以偏好行为库也会定期更新。在该资源分配系统中，用户行为分析模块在N天的网络流量数据获取完成的同时，会启动下一个N天的网络流量数据统计，重复上述过程然后建立新的用户偏好行为库，也就是说用户偏好行为库的生存时间为N天，N天之后将会被下一个分析得到的用户偏好行为库所取代。

步骤2：其次，资源分配系统会在相应的时间根据用户偏好行为库内容对偏好内容进行预缓存。图4为本发明中偏好内容的预推送流程图。

2.1从用户偏好行为库中选取接入点XX校园，读取表中对应内容，包括偏好内容service_content、集中请求时间time_n及持续时间period_n。比如偏好内容QQ_文本、晚上19:15请求密集、持续450min。

2.2根据偏好数据大小及请求热度计算预缓存时间H，具体表达式如下：H＝a·SIZE+b·HOT。

2.3资源分配系统则会在晚上19:15前H时刻将QQ服务器内容，尤其是文本信息预先下载至校园网内进行缓存，450min之后H时刻再将缓存删除。在此期间，当指定内容服务器信息更新时，基站服务器缓存内容也会随之自动更新。

这样用户在使用过程中下载信息的时延就会比传统方式下明显减少，横向来看，该区域内的用户打开QQ空间刷新信息的速度将比QQ使用不多的其他区域用户明显快，从而达到提升用户体验的目的。

步骤3：此外，位于接入点的服务器能够实现按用户上网习惯个性化分配带宽。图5为本发明中用户带宽的分配流程图。

3.1首先资源分配系统从网络流量记录表中提取出不同的接入点，记录相应的接入方式access type和网络状态network condition，然后填入网络参数表中，图8为本发明中核心结点的网络参数表。比如提取XX校园接入点，记录接入方式WCDMA及网络状态：结点正常、网络畅通等。每个接入点AP_n都会根据网络参数表信息自动调整调制编码策略以及发射功率，然后计算接入点能够分配的总带宽BP_total，并相应进行调整。

3.2接入点服务器对每个用户的业务请求帧均进行分析，识别出用户请求的具体业务及对应终端地IMEI码，记录到用户业务请求表中，图9为本发明中接入点的用户业务请求表。比如XX校园的某位用户user1，请求QQ_文本服务，其IMEI码为1335200102XXXX。

3.3以请求的业务为索引，在业务保障带宽表中查询相应的保障带宽，图11为本发明中的业务保障带宽表，假设QQ_图片的保障带宽为5Mbps，则可以查得BW_n的具体数值5。如果表中没有请求业务的带宽信息，则对该业务进行深度分析，计算出BW_n，然后补充到业务带宽保障表中。每一条信息均设置生存时间T1。

3.4根据入网终端的IMEI码，可以映射出请求业务的具体机型、配置信息、处理能力、电池情况等，比如IMEI为1335200102XXXX的手机为iphone 5，电池1440mAh，双核CPU，1024MHz处理能力，根据这些信息可以计算出终端所能处理的极限数据量，从而得到终端正常运转所需的最高带宽BW_max，假设该终端BW_max为XXbps，记录在终端信息表中。图10为本发明中的终端信息表，每条信息均设置生存期T2，如果某个IMEI码连续T2时间内都没再出现在用户业务请求表中，对应信息就会自动删除。这样，同处于该校园网的用户，持iphone的和持nokia的用户同时请求QQ业务，获取的带宽则会有差异。

3.5比较BW_n与BW_max，如果BW_n≥BW_max，则令BW_n＝BW_max；如果BW_n<BW_max则不作处理，然后对所有BW_n计算∑BW_n，并与BW_total进行比较，若∑BW_n≤BW_total，则按BW_n给每个用户分配带宽，否则按比例因子对BW_n进行调整。

3.6最后按BW_n给每个用户分配适量的带宽资源。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种基于用户终端资源使用偏好的无线网络资源分配方法，其特征在于：所述网络资源分配方法包括以下两个步骤：对用户终端资源使用偏好内容进行缓存；对带宽资源进行个性化分配；

所述对用户终端资源使用偏好内容进行缓存具体包括：偏好内容预缓存，即在网络核心结点感知各小区范围内终端产生的流量，记录实际接入点，分析提取用户偏好的应用及内容；利用数据聚类算法，分析网络流量记录表中的业务类型、内容信息，得到频繁请求的若干业务类型及内容信息，并用service_content标记不同的类，删除非频繁出现的项目；观察用户集中请求的时间以及持续时间，建立用户偏好行为库，据此将用户偏好内容提前预缓存到相应接入点，并与远端服务器保持同步更新，过期则全部自动删除；预缓存时间H为：H＝a·SIZE+b·HOT，SIZE为偏好数据大小，HOT为请求热度；首先资源分配系统从网络流量记录表中提取出不同的接入点AP_n，记录相应的接入方式access type和网络状态network condition，然后填入网络参数表中；所述对带宽资源进行个性化分配，即在接入点检测用户请求的具体业务以及用户终端的IMEI码，根据用户请求的业务计算保障带宽BW_n，然后利用IMEI码获取终端型号，进一步明确终端的实际处理能力，评估终端运转所需的最高带宽BW_max，同时，从网络核心结点获取接入点的相关信息，包括接入类型以及网络状态，据此自动调整调制编码策略以及发射功率，然后计算每个接入点所能分配的总带宽BW_total；带宽的分配方法为：比较BW_n与BW_max，如果BW_n≥BW_max，则令BW_n＝BW_max；如果BW_n<BW_max则不作处理，然后对所有BW_n计算∑BW_n，并与BW_total进行比较，若∑BW_n≤BW_total，则按BW_n给每个用户分配带宽，否则按比例因子对BW_n进行调整；

在给每个用户实际分配带宽时，采用以下原则：1)以用户请求具体业务内容的保障带宽BW_n为基础进行调整；2)每个终端用户所分配的带宽不能超过最大带宽BW_max；3)接入点总带宽不能满足每个用户请求业务的保障带宽时，依据每个用户所需带宽占总所需带宽的比例在总带宽BW_total中进行不等量分配。

2.一种基于用户终端资源使用偏好的无线网络资源分配系统，其特征在于：所述系统包括核心网结点用户行为分析模块和接入点分析系统，其中核心结点用户行为分析模块用于分析各接入点内用户偏好的业务、内容以及请求时间，该模块直接从各个接入点服务器获取用户流量的完整记录，分析处理后按统一的格式存储在网络流量记录表中，进一步分析提炼出用户偏好行为库，以及各个小区状态的网络参数表；首先资源分配系统从网络流量记录表中提取出不同的接入点AP_n，记录相应的接入方式access type和网络状态network condition，然后填入网络参数表中；接入点分析系统用于分析接入终端的状态信息、判断用户请求的具体业务、内容，该分析系统获取终端用户的流量记录后，首先提取出业务请求信息及终端状态信息，根据用户请求的业务建立业务带宽保障表及用户终端相关的用户参数表，用户参数表和网络参数表对业务分配的带宽起到调整作用；核心结点用户行为分析模块还能够根据用户偏好行为库预先将相关内容缓存到接入点服务器中；带宽的分配方法为：比较BW_n与BW_max，如果BW_n≥BW_max，则令BW_n＝BW_max；如果BW_n<BW_max则不作处理，然后对所有BW_n计算∑BW_n，并与BW_total进行比较，若∑BW_n≤BW_total，则按BW_n给每个用户分配带宽，否则按比例因子对BW_n进行调整；预缓存时间H为：H＝a·SIZE+b·HOT，SIZE为偏好数据大小，HOT为请求热度；

核心结点用户行为分析模块分析各接入点内用户偏好的业务、内容以及请求时间，具体包括用户流量记录、网络流量记录表、用户偏好行为库、网络参数表；接入点分析系统分析接入终端的状态信息、判断用户请求的具体业务、内容，具体包括用户流量记录、用户业务请求表、用户参数表以及业务带宽保障表。