CN105656992B - 一种面向次等移动内容的分发系统的内容分发装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种面向次等移动内容分发系统的内容分发装置，包括冗余容量感知模块、本地缓存服务模块和资源定向模块，在网络边缘部署本地缓存服务模块，将内容提供商提供的次等移动内容缓存到更靠近用户的本地缓存服务模块，通过感知网络流量特性，在保证常规流量正常传输的前提下分发次等移动内容至用户，在降低内容提供商内容分发成本的同时提高了移动通信网络的资源利用率。

Description

一种面向次等移动内容的分发系统的内容分发装置及其方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，涉及一种基于流量感知的面向次等移动内容的分发系统的内容分发装置及其方法。
背景技术
随着高带宽消耗的因特网服务不断涌现, 单纯依赖高性能数据中心的网络结构已经无法为广泛分布于全球的用户提供可靠的服务质量,同时日益增长的流量以及服务器与客户端能力与资源不对称性问题的扩大，使得网络拥塞成为制约互联网性能的重要因素之一。
为了解决网络拥塞问题，达到较高的接入可靠性和用户体验满意度，通信系统经常以接近峰值流量需求的标准来建造。然而实际的移动流量在时间和空间上呈现不均匀分布，所设计的通信系统容量对平均流量负荷需求是过于冗余的，因此网络的容量往往大幅超出其实际承载的平均流量而系统资源利用率非常低，存在大量“冗余容量”。
目前可用于减小冗余容量的方法主要有三类。第一类方法着眼于根据需求调整网络容量，统称为弹性容量技术,如基站的快速休眠与启动技术或软件定义移动网络（software defined mobile network）技术。此类方法没能从根本上提升流量需求，也是对网络固定投资（频谱资源、基础设施等的成本）的浪费。第二类方法是计费差异化方法和定向流量方法，即针对某些特定的时段或特定的内容，以较优惠的资费推动流量需求，但可控性低、适用面小。第三类方法统称为无线基础设施云或移动边缘计算（mobile edgecomputing），即在无线接入网或承载网等网络基础设施上直接部署云服，就近为本地用户提供除了通信以外的计算和存储等服务。此方案需要大规模的基站改造，而且本质上并未能针对流量在时间上分布不平衡的状况有效地提高流量需求。
综上，现有方法都不能有效地解决当前移动网络容量，特别是接入网容量利用率不高的问题。如何在减缓网络拥塞问题的同时有效提高当前通信系统的资源利用率是一个亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种面向次等移动内容分发系统的内容分发装置及其方法，结合本地内容分发与流量感知，为内容提供商（OTT）提供基于网络冗余容量的次等移动内容分发服务，在降低内容提供商（OTT）内容分发成本的同时提高了移动通信网络的资源利用率。
本发明中的次等移动内容，泛指特定的内容提供商(OTT)通过本发明的面向次等移动内容的分发系统基于网络冗余容量进行分发的内容，次等移动内容相对于常规流量具有较高的分发延迟容忍度，其中内容的分发延迟容忍度指对内容分发的滞后性、延迟性等的可容忍程度。内容提供商可以对所欲分发的次等内容定制不同的分发延迟容忍度甚至对内容预置特殊分发策略。
本发明一种面向次等移动内容分发系统的内容分发装置，包括冗余容量感知模块、本地缓存服务模块和资源定向模块，其中，
该冗余容量感知模块：负责对移动通信网络流量进行实时监测，结合网络的容量上限分析区域内基站的冗余容量并预测其变化趋势，得到并记录区域内基站冗余容量状态，与本地缓存服务模块保持实时交互为其提供区域内基站的冗余容量状态，并保持动态更新；
该本地缓存服务模块：分布在网络各个区域，负责与OTT服务器模块交互，进行次等移动内容的缓存、分发与流量记录，以及接收并动态更新来自OTT服务器模块涉及定制的内容分发延迟容忍度的信息；当需要向用户分发次等内容时，根据该内容分发延迟容忍度和当前区域内基站冗余容量状态制定及动态调整内容分发策略，在保证常规流量正常传输的前提下，基于该内容分发策略进行次等移动内容分发，同时根据内容的分发延迟容忍度与分发结果进行流量记录；
该资源定向模块：负责与用户终端模块交互，接收和处理用户提出的涉及次等移动内容的请求，基于预置的负载均衡策略筛选出最适合服务当前用户请求的本地缓存服务模块，并根据筛选结果重定向用户请求，使其导向到上述本地缓存服务模块，并将重定向结果反馈给用户终端模块。
所述的一种面向次等移动内容分发系统的内容分发装置的内容分发方法，包括以下步骤：
步骤1：互联网用户通过用户终端模块向资源定向模块发出涉及次等移动内容的请求；
步骤2、资源定向模块基于预置的负载均衡策略筛选出最适合服务当前用户请求的本地缓存服务模块，并根据筛选结果重定向用户请求，使其导向到上述本地缓存服务模块，并将重定向结果反馈给用户终端模块；
步骤3、用户终端模块基于重定向结果，重新向筛选出的本地缓存服务模块发出次等移动内容请求；
步骤4、本地缓存服务模块收到重定向的用户请求后，判断被请求的次等移动内容是否已经缓存在本地，若未缓存在本地，则从OTT服务器模块获取所需次等移动内容缓存在本地；
步骤5、本地缓存服务模块关联用户终端与所在区域的基站，在与冗余容量感知模块的实时交互中得到该区域的基站的冗余容量状态；
步骤6、本地缓存服务模块根据内容分发延迟容忍度与当前区域内基站的冗余容量状态，制定并动态调整次等移动内容分发策略；
步骤7、本地缓存服务模块根据所制定的次等移动内容分发策略，在保证常规流量正常传输的前提下分发内容至用户终端模块，同时，本地缓存服务模块根据内容的分发延迟容忍度以及最终分发结果进行流量记录。
所述的步骤6的内容分发策略包括：对能够在延迟容忍度条件下利用冗余容量完成分发的次等移动内容制定最优分发策略，而对无法在延迟容忍度条件下利用冗余容量完成分发的次等移动内容，则根据OTT服务器模块预置的策略处理，即放弃分发或改用常规流量分发该内容。
本发明在网络边缘部署本地缓存服务模块，将内容提供商（OTT）提供的次等移动内容缓存到更靠近用户的本地缓存服务模块，通过感知网络流量特性，在保证常规流量正常传输的前提下分发次等移动内容至用户。由于基于网络冗余容量进行次等内容分发，可以通过与电信运营商合作适当降低流量资费，在降低内容提供商（OTT）内容分发成本的同时提高了移动通信网络的资源利用率。
附图说明
图1是本发明内容分发装置的工作原理图；
图2是本发明内容分发方法步骤1至步骤3示意图；
图3是本发明内容分发方法步骤4至步骤7示意图；
图4是本发明分发系统的一种部署方式示意图。
以下结合附图和实施例对本发明做进一步详述。
具体实施方式
本发明中的次等移动内容，泛指特定的内容提供商(OTT)通过本发明的面向次等移动内容的分发系统基于网络冗余容量进行分发的内容，次等移动内容相对于常规流量具有较高的分发延迟容忍度，其中内容的分发延迟容忍度指对内容分发的滞后性、延迟性等的可容忍程度。内容服务商可以对次等内容定制不同的分发延迟容忍度甚至对内容预置特殊分发策略。
如图1所示，本发明一种面向次等移动内容分发系统的内容分发装置，包括冗余容量感知模块1、本地缓存服务模块2和资源定向模块3，其中，
该冗余容量感知模块1：负责对移动通信网络流量进行实时监测，结合网络的容量上限分析区域内基站的冗余容量并预测其变化趋势，得到并记录区域内基站冗余容量状态，与本地缓存服务模块2保持实时交互为其提供区域内基站的冗余容量状态，并保持动态更新，作为本地缓存服务模块2基于冗余容量和内容分发延迟容忍度进行次等内容分发的依据之一；
该本地缓存服务模块2：分布在各个区域，负责与OTT服务器模块4交互，进行次等移动内容的缓存、分发与流量记录，以及接收并动态更新来自OTT服务器模块4涉及定制的内容分发延迟容忍度的信息；当需要向用户分发次等内容时，根据该内容分发延迟容忍度和当前区域内基站冗余容量状态制定及动态调整内容分发策略，在保证常规流量正常传输的前提下，基于该内容分发策略进行次等移动内容分发，同时根据内容的分发延迟容忍度与分发结果进行流量记录；
该资源定向模块3：负责与用户终端模块5交互，接收和处理用户提出的涉及次等移动内容的请求，基于预置的负载均衡策略筛选出最适合服务当前用户请求的本地缓存服务模块2，并根据筛选结果重定向用户请求，使其导向到上述本地缓存服务模块2，并将重定向结果反馈给用户终端模块5。
上述OTT服务器模块4在定制次等移动内容的内容分发延迟容忍度时，可以根据对内容分发的不同要求定制不同的分发延迟容忍度，如当对次等移动内容分发优先级和时效性要求较高时可以对该内容定制较低的分发延迟容忍度；当对次等内容分发优先级和时效性要求较低时可以对该内容定制较高的分发延迟容忍度。该OTT服务器模块4也可以对内容预置特殊的分发策略，如对无法在延迟容忍度条件下利用冗余容量完成分发的次等移动内容，则放弃分发或改用常规流量分发，OTT服务器模块4也可以通过将内容分发延迟容忍度定制为零或最低，达到内容以常规流量进行传输的目的。
上述监测移动网络流量的方式包括但不限于如从LTE核心网的S1接口采集数据进行处理分析、从网络关键节点（如基站）采集信令进行处理分析、从网管平台提取统计数据处理分析等方式，旨在达到网络流量监测的目的。
如图2、图3所示，本发明一种面向次等移动内容分发系统的内容分发装置的内容分发方法，包括以下步骤：
步骤1：互联网用户通过用户终端模块5向资源定向模块3发出涉及次等移动内容的请求；
步骤2、资源定向模块3基于预置的负载均衡策略筛选出最适合服务当前用户请求的本地缓存服务模块2，并根据筛选结果重定向用户请求，使其导向到上述本地缓存服务模块2，并将重定向结果反馈给用户终端模块5；
上述负载均衡策略包括但不限于基于网络就近性、基于本地缓存服务模块负载情况（服务器CPU负载、MME利用率、可用缓冲区、用户数量以及其他的各种系统资源当前状态信息）等策略。负载均衡策略旨在对系统负载进行动态分配，从而使各个本地缓存服务模块2之间负载合理，为用户提供最佳的服务体验；
步骤3、用户终端模块5基于重定向结果，重新向筛选出的本地缓存服务模块2发出次等移动内容请求；
上述步骤1至3中将用户请求引导至最佳本地缓存服务模块2的方式包括但不限于基于DNS进行重定向、基于应用层协议进行重定向以及转发用户请求等方式，可利用已有的负载均衡与重定向技术，旨在将用户请求导向最佳本地缓存服务模块；
步骤4、本地缓存服务模块2收到重定向的用户请求后，判断被请求的次等移动内容是否已经缓存在本地，若未缓存在本地，则从OTT服务器模块4获取所需次等移动内容缓存在本地，并管理缓存内容；
上述管理缓存内容包括但不限于根据次等移动内容的热度与占用缓存空间等因素对次等移动内容进行管理与更新、根据次等移动内容属性存储与制定目录等。
步骤5、本地缓存服务模块2关联用户终端与所在区域的基站，在与冗余容量感知模块1的实时交互中得到该区域的基站的冗余容量状态；
上述关联用户终端与所在区域的基站的方式包括但不限于通过关联基站IP与用户IP、通过用户终端直接提供所在基站信息（如ECI）等方式，旨在确定用户终端所在区域的基站。
步骤6、本地缓存服务模块2根据内容分发延迟容忍度与当前区域内基站的冗余容量状态，制定并动态调整次等移动内容分发策略，该内容分发策略包括：对能够在延迟容忍度条件下利用冗余容量完成分发的次等移动内容制定最优分发策略，而对无法在延迟容忍度条件下利用冗余容量完成分发的次等移动内容，则根据OTT服务器模块4预置的策略处理，如放弃分发或改用常规流量分发该内容；
步骤7、本地缓存服务模块2根据所制定的次等移动内容分发策略，在保证常规流量正常传输的前提下分发内容至用户终端模块5，同时，本地缓存服务模2根据内容的分发延迟容忍度以及最终分发结果进行流量记录。
上述本地缓存服务模块2在保证常规流量正常传输的前提下分发内容至用户终端模块5的方式有多种，如根据区域内基站的冗余容量状态控制分发速率，或降低次等内容数据流的优先级等，旨在达到分发次等移动内容时不会对正常用户所使用的常规流量造成影响的目的。
上述流量记录的旨在便于之后的流量计费，流量计费的方式有多种。如对延迟容忍度较高的内容收取较低的分发费用，而对延迟容忍度较低的内容收取较高的分发费用；而对放弃分发或使用常规流量分发的内容，则根据不同的分发结果收取相应的费用。
部署方式：
结合图4对本发明的内容分发装置的一种典型部署方式进行介绍。将部署区域划分为3个部分：无线接入网、移动核心网和外网。
本地缓存服务模块2部署在各个区域的IDC机房服务器上，实现次等移动内容的就近分发和基于网络冗余容量的次等移动内容分发。
冗余容量感知模块1部署在LTE核心网的S1-U接口，在该接口进行流量采集和处理，分析得到各个基站的冗余容量状态，作为本地缓存服务模块2基于冗余容量和内容分发延迟容忍度进行次等移动内容分发的依据之一。
资源定向模块3部署在外网，可以部署一个或多个，负责接收和处理用户资源请求，并将用户资源请求导向最佳本地缓存服务模块2。
OTT服务器模块4：不属于本发明的模块，指OTT的内容源服务器，位于外网，提供内容来源。
用户终端模块5：不属于本发明的模块，指用户终端上的第三方客户端。
以上所述仅为本发明的较佳实施用例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种面向次等移动内容分发系统的内容分发装置，其特征在于：包括冗余容量感知模块、本地缓存服务模块和资源定向模块，其中，
该冗余容量感知模块：负责对移动通信网络流量进行实时监测，结合网络的容量上限分析区域内基站的冗余容量并预测其变化趋势，得到并记录区域内基站冗余容量状态，与本地缓存服务模块保持实时交互为其提供区域内基站的冗余容量状态，并保持动态更新；
该本地缓存服务模块：分布在网络各个区域，负责与OTT服务器模块交互，进行次等移动内容的缓存、分发与流量记录，以及接收并动态更新来自OTT服务器模块涉及定制的内容分发延迟容忍度的信息；当需要向用户分发次等移动内容时，根据该内容分发延迟容忍度和当前区域内基站冗余容量状态制定及动态调整内容分发策略，在保证常规流量正常传输的前提下，基于该内容分发策略进行次等移动内容分发，同时根据内容的分发延迟容忍度与分发结果进行流量记录；
该资源定向模块：负责与用户终端模块交互，接收和处理用户提出的涉及次等移动内容的请求，基于预置的负载均衡策略筛选出最适合服务当前用户请求的本地缓存服务模块，并根据筛选结果重定向用户请求，使其导向到上述本地缓存服务模块，并将重定向结果反馈给用户终端模块。
2.根据权利要求1所述的一种面向次等移动内容分发系统的内容分发装置的内容分发方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：互联网用户通过用户终端模块向资源定向模块发出涉及次等移动内容的请求；
步骤2、资源定向模块基于预置的负载均衡策略筛选出最适合服务当前用户请求的本地缓存服务模块，并根据筛选结果重定向用户请求，使其导向到上述本地缓存服务模块，并将重定向结果反馈给用户终端模块；
步骤3、用户终端模块基于重定向结果，重新向筛选出的本地缓存服务模块发出次等移动内容请求；
步骤4、本地缓存服务模块收到重定向的用户请求后，判断被请求的次等移动内容是否已经缓存在本地，若未缓存在本地，则从OTT服务器模块获取所需次等移动内容缓存在本地；
步骤5、本地缓存服务模块关联用户终端与所在的区域内基站，在与冗余容量感知模块的实时交互中得到该区域内基站的冗余容量状态；
步骤6、本地缓存服务模块根据内容分发延迟容忍度与当前区域内基站的冗余容量状态，制定并动态调整次等移动内容分发策略；
步骤7、本地缓存服务模块根据所制定的次等移动内容分发策略，在保证常规流量正常传输的前提下分发内容至用户终端模块，同时，本地缓存服务模根据内容的分发延迟容忍度以及最终分发结果进行流量记录。
3.根据权利要求2所述的一种面向次等移动内容分发系统的内容分发装置的内容分发方法，其特征在于：所述的步骤6的内容分发策略包括：对能够在延迟容忍度条件下利用冗余容量完成分发的次等移动内容制定最优分发策略，而对无法在延迟容忍度条件下利用冗余容量完成分发的次等移动内容，则根据OTT服务器模块预置的策略处理，即放弃分发或改用常规流量分发该内容。
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