CN102869048A

CN102869048A - 通信系统、基站及中继装置

Info

Publication number: CN102869048A
Application number: CN2011101915875A
Authority: CN
Inventors: 吉内英也; 刘春光
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-01-09

Abstract

本发明提供一种通信系统、基站及中继装置。本发明的通信系统，包括终端、基站及对所述终端和所述基站之间收发的数据进行中继的中继装置，所述通信系统的特征在于：所述中继装置具有对从所述基站接收到的数据进行存储的存储单元；当所述基站向所述中继装置发送第一数据时，所述基站计算由所述第一数据的访问频度与所述文件大小相乘而得到的第一值，当所述第一值大于阈值时，所述基站指示所述中继装置存储所述第一数据；当所述中继装置接收所述第一数据时，所述中继装置对所述存储单元的空闲容量与所述第一数据的大小进行比较，若所述第一数据的大小小于所述存储单元的空闲容量，则将所述第一数据存储在所述存储单元中。

Description

通信系统、基站及中继装置

技术领域

本发明涉及通信系统、基站及中继装置，特别涉及支持中继传输的移动通信系统及其中继装置、基站。

背景技术

近年来，由于巨大的能耗及人们保护环境意识的加强，对于采用高能效的移动网络需求已达成共识。在移动蜂窝网络中，总源耗的80％由基站消耗，这启示了开发高能效的移动网络通信系统的关键在于减少基站能耗。

一方面，从高效能基站的研发角度考虑，现阶段主要考虑如何提高硬件设计及制造水平，例如采用高效功率放大器或采用自然资源用于冷却通信系统，以及考虑高效的基站部署与运维，例如运营商部署基站策略及开关部分基站策略，以此提高基站自身效率，降低能耗。

另一方面，从信号传输角度考虑，主要有以下两种能耗削减方法：(1)从空间上缩短信号传输距离，例如部署更小型蜂窝或者建立中继传输通信系统，其中，中继传输通信系统近年来备受关注；(2)在时间上采用广播组播取代单播，例如蜂窝通信中多媒体广播组播服务(MBMS)。

从上所述能耗削减方法(1)来看，为了提高小区边缘性能，无线宽带通信系统中采用中继传输来扩展小区覆盖，例如IEEE 802.16考虑了这种多跳传输通信系统。在专利文献1(CN101132564)中，公开了一种基站及中继传输通信系统，但仅提到如何进行物理资源配置来实现中继站转发的功能，而没有考虑基站能源消耗问题。在专利文献2(US20080205323)中，公开了一种缓存机制来综合运用缓存状态、信道状态进行资源调度，但也仅从传输性能考虑。在专利文献3(JP2008278261)中，公开了一种根据预测存储特定数据用于转发的中继通信系统，在专利文献4(JP2004048350A)中，公开了对缓存数据进行分类的方法，但同样没有从基站能耗的角度进行算法调度。

从上所述能耗削减方法(2)来看，3GPP和3GPP2都已在3G和LTE/LTE-A网络中制定了相应的MBMS服务规范。在专利文献5(CN200410056115.9)中，公开了一种MBMS传输机制，在专利文献6(CN200610001694.6)中，公开了一种在LTE通信系统中支持MBMS服务的方法。但是，根据对现在多媒体服务的理解，多数流行的多媒体请求，特别是视频，都具有高重复性而不是同时性，换句话说，就是用户可能请求同一视频服务，但可能不是同时请求。所以应用MBMS传输并不能有效解决用户在不同时刻的需求。为解决这类需求，近似视频点播(NVOD)方法可以某种程度上解决，但显然会对QoS及用户体验产生影响。

综上所述，越来越多的多媒体业务占用更多的资源，而基站用来传输这些业务请求的能耗也越来越大。

发明内容

本发明鉴于以上问题，提供一种通信系统、基站及中继装置，能进一步削减能耗。

考虑到背景技术中记载的上述两种能耗削减方法的优点和局限，而且，存储介质的价格越来越低，这些因素都激发部署一种带有选择性存储功能的中继技术来降低基站的能耗。这种技术充分利用了中继站传输耗能远小于基站的原理，合理地在中继站中选择性地存储服务内容，从而代替基站向用户传输请求的数据。

为了实现上述目的，本发明的通信系统，包括终端、基站及对所述终端和所述基站之间收发的数据进行中继的中继装置，所述通信系统的特征在于：所述中继装置具有对从所述基站接收到的数据进行存储的存储单元；当所述基站向所述中继装置发送第一数据时，所述基站计算由所述第一数据的访问频度与所述文件大小相乘而得到的第一值，当所述第一值大于阈值时，所述基站指示所述中继装置存储所述第一数据；在所述基站指示所述中继装置存储所述第一数据的情况下，当所述中继装置接收所述第一数据时，所述中继装置对所述存储单元的空闲容量与所述第一数据的大小进行比较，若所述第一数据的大小小于所述存储单元的空闲容

另外，本发明的基站，包含于通信系统中，该通信系统还包括终端及对所述终端和所述基站之间收发的数据进行中继的中继装置，所述基站的特征在于：当所述基站向所述中继装置发送第一数据时，所述基站计算由所述第一数据的访问频度与所述文件大小相乘而得到的第一值，当所述第一值大于阈值时，所述基站指示所述中继装置将所述第一数据存储在所述中继装置的存储单元中。

另外，本发明的中继装置，包含于通信系统中，该通信系统还包括终端及基站，所述中继装置对所述终端和所述基站之间收发的数据进行中继，所述中继装置的特征在于：所述中继装置具有对从所述基站接收到的数据进行存储的存储单元；在所述基站指示所述中继装置将来自基站的第一数据存储在所述存储单元中的情况下，当所述中继装置接收所述第一数据时，所述中继装置对所述存储单元的空闲容量与所述第一数据的大小进行比较，若所述第一数据的大小小于所述存储单元的空闲容量，则将所述第一数据存储在所述存储单元中。

根据本申请的发明，由于通信系统中的基站根据相关信息对用户请求的服务进行判决，选择用于支持该服务的更为高效能的发送方式传输用户请求。同时，本发明的中继装置根据基站的指示，动态地调整存储单元中存储的服务，并能代替基站向用户传输存储在存储单元中的请求内容。因此，相对于现有技术通用的通过基站发送或通过中继装置转发，本发明不但减少了基站的传输能耗，而且可在总体上及长期上减少通信系统总能耗。另外，通过中继装置站直接传输可大大减少基站由于回应大量用户请求造成的网络拥塞，也可以减少对于用户请求的响应时间。

附图说明

图1是表示一个典型中继蜂窝通信系统应用场景图。

图2是表示本发明中的含有用户请求处理及存储模块的基站框架图。

图3是表示本发明中的含有支持存储功能的中继站框架图。

图4是表示支持接收本发明功能的终端框架图。

图5是本发明中的基站视频记录表的格式。

图6是本发明中的中继站视频缓存记录表的格式。

图7是本发明中基站保存的各中继站视频缓存状态记录表的格式。

图8是本发明中的中继站距离报告消息格式。

图9是本发明中的中继站反馈消息格式。

图10是本发明中基站告知中继站决策的消息格式。

图11是本发明中基站告知终端决策的消息格式。

图12是本发明中的基站决策表示例。

图13是本发明示例中通信系统状态流程图。

图14是表示本发明的应用场景的一个线程示例图。

图15是表示本发明的应用场景的另一个线程示例图。

图16是表示本发明的应用场景的另一个线程示例图。

图17是表示本发明的应用场景的另一个线程示例图。

图18是表示本发明的应用场景的另一个线程示例图。

图19是表示本发明的应用场景的另一个线程示例图。

图20是表示本发明中基站响应用户请求的处理流程图。

图21是表示本发明中中继站响应用户请求的处理流程图。

具体实施方式

以下，参照附图以一次回应用户请求的整个过程为示例说明本发明的具体实施方式。在示例中，列举了几种可能的应用场景，并结合假设的一些相关信息给出相应的处理结果，但是其它的场景或其他一些参考信息和参数也当然适用于本发明。此外，现有的示例中小区涵盖的中继站数量及分布方式均可根据相应的设置进行扩展。

在下面的实施方式中，用户请求的处理单元(在图2～图4中为视频处理单元)是位于基站中的一个功能模块，在实际的实施方式中，这个处理单元也可以是与基站相连接的独立功能实体。

另外需要说明的是，为了描述方便，本示例中只以视频服务来解释具体过程。然而，在具体实施方式时，本发明中的技术方案显然适用于所有服务类型。

首先，参照图1～图4说明本发明实施方式中的通信系统中所包括的基站、中继站和终端的构成。

图1示出了一个典型中继蜂窝小区应用场景图。小区由基站BS、3个中继站(即中继装置)RS1～RS3和4个终端UE1～UE4构成，其中，中继站对终端和基站之间收发的数据进行中继。。在图1中，R表示基站覆盖半径，D代表阈值，用来区分终端不在中继站范围内时距离基站BS的远近。

图1中示出的4个终端UE1～UE4，按照在小区中的位置大致分为如下4类：(1)在中继站覆盖范围内，但离基站较近，例如终端UE1；(2)在中继站覆盖范围内，但离基站BS较远，例如终端UE2；(3)不在中继站范围内，且离基站BS较远，例如终端UE3；(4)不在中继站范围内，但离基站BS较近，例如终端UE4。

图2是本发明的基站BS的框架图。基站BS包含视频处理单元201、存储单元202和网络接口单元203。

视频处理单元201包括：接收识别模块204，用于接收来自终端的请求，根据信号幅度来识别发送请求的终端与基站之间的距离；中继站传输能耗(C_RU)计算模块205，计算中继站用于大尺度衰落消耗的能量，具体计算方式可采用现有技术，例如以下信道模型C(d)＝βd^α(d为终端与中继站(d_RU)距离)；基站传输能耗(C_BU)计算模块206，计算基站用于大尺度衰落消耗的能量，具体计算方式可采用现有技术，例如以下信道模型C(d)＝βd^α(d为终端与基站(d_BU)的距离)；决策单元207，用于根据决策表(参考图12)进行比较及判定并产生相应的传输决策；告知决策模块208，用于向中继站(参考图10)和终端(参考图11)发送决策通知；视频组播模块209，用于根据决策以组播的模式发送终端所请求的视频；以及视频淡薄模块210，用于根据决策以单播的模式发送终端所请求的视频。

存储单元202包括：数据存储模块211，为了便于说明而假设被请求的视频已被存储在存储模块211中，而实际上该模块可以连接到内容服务商；视频记录表212，用于保存及更新视频记录(参考图5)；以及中继站缓存记录表213，用于保存及更新各相关中继站缓存状态记录(参考图7)。

网络接口单元203用于提供基站与外界网络的接口。

图3是本发明的中继站RS的框架图。中继站RS包含视频处理单元301、存储单元302和网络接口单元303。

视频处理单元301包括：监听识别模块304，用于监听来自终端的请求，并根据信号幅度来识别发送该请求的终端与中继站之间的距离；报告距离模块305，用于在监听到来自终端的请求后，根据信号幅度向基站BS报告该终端与中继站之间的距离d_RU(报告格式如图8)；接收指令模块306，用于接收从图2所示的基站告知决策模块208发送的决策通知；存储判断模块307，用于在基站决策为组播接收时根据本中继站的缓存容量做出存储决策；视频组播接收模块308，用于接收来自基站组播发送的视频内容；以及视频发送模块309，当基站决策为由中继站发送时，从本中继站的存储单元302中的视频缓存模块311中提取被请求的视频并发送给终端。

存储单元302包括：缓存视频记录表310，用于保存及更新本中继站中的视频缓存记录(参考图6)；以及视频缓存模块311，用于存储由本中继站组播接收的视频，并用于向基站报告缓存成功的中继站反馈消息(参考图9)。

网络接口单元303用于提供中继站RS与外界网络的接口。

图4是本发明中的终端UE的框架图。终端UE包含视频处理单元401、存储单元402和网络接口单元403。

视频处理单元401包括：请求视频模块404，用于向基站BS发出视频请求；接收指令模块405，用于接收从图2的基站告知决策模块208发送的决策通知；视频组播接收模块406，用于接收从基站组播发送的视频内容；视频基站单播接收模块407，用于接收从基站单播发送的视频内容；以及视频中继站单播接收模块408，用于接收从中继站单播发送的视频内容。

存储单元402包含视频数据存储模块409，用于存储本终端接收的视频。

网络接口单元403用于提供终端与外界网络的接口。

以下，参照图5～图11说明本发明实施方式的记录表和消息格式。

图5是本发明的基站视频记录表的格式。此视频记录表为基站BS的存储单元202中存储的视频记录表212，对于每一个视频主要记录如下四个项目：视频编号501、视频的点击率(即访问频度)502、视频的长度(即文件大小)503和视频的存储位置504。

图6是本发明的中继站视频缓存记录表的格式。此视频缓存记录表为中继站RS的存储单元302中存储的缓存视频记录表310，对于每一个缓存的视频主要记录如下五个项目：视频编号601、视频的点击率602、视频的长度603、视频的存储位置604和视频的开始缓存时间605。其中，所谓视频开始缓存时间605也可以为本中继站的该视频上次用于传输的时间。

图7是本发明中基站保存的各中继站视频缓存状态记录表的格式。此中继站缓存状态表为基站BS的存储单元202中的中继站缓存记录表213，对于每一个中继站此状态记录表记录如下两个项目：中继站编号701和中继站缓存的视频编号702。

图8是本发明的中继站距离报告消息格式。由于基站要通过该报告得知请求视频的终端所在的中继站及相关信息来进行判断，因此该报告包含如下六个项目：源地址801、目的地址802、中继站编号803、请求的视频编号804、终端编号805、及由图3的报告距离模块305计算出的该终端与该中继站的距离d_RU806。

图9是本发明的中继站反馈消息格式。该消息主要用于中继站向基站反馈是否成功接收并缓存组播发送的视频。该报告包含如下五个项目：源地址901、目的地址902、中继站编号903、需要缓存的视频编号904、及是否缓存成功905。

图10是本发明的基站告知中继站决策的消息格式。该消息由图2的基站BS的视频处理单元201中的告知决策模块208向相应的中继站发出，由于当决策为组播时，中继站需要根据该消息进行存储判断，因此该消息包含如下五个项目：源地址1001、目的地址1002、终端编号1003、请求的视频编号1004、视频重要性1005、视频大小1006和决策指令1007。其中，决策指令1007根据基站的决策可分为中继站发送视频指令和接收基站组播指令。

图11是本发明的基站告知终端决策的消息格式。该消息由图2的基站BS的视频处理单元201中的告知决策模块208向相应的终端发出，因此该消息包含如下五个项目：源地址1101、目的地址1102、中继站编号1103、请求的视频编号1104和决策指令1105。其中，中继站编号1103在不需要中继站发送的情况下可为0，另外决策指令1105根据基站的决策可分为接收中继站发送指令、接收基站单播指令和接收基站组播指令。

使用图2～图4示出的基站BS、中继站RS和终端UE构成图1所示的通信系统。

在如上构成的通信系统中，当基站向中继装置仅发送一个数据例如第一数据时，基站计算由第一数据的访问频度与文件大小相乘而得到的第一值，当第一值大于阈值时，基站指示中继装置存储第一数据；在基站指示中继装置存储第一数据的情况下，当中继装置接收第一数据时，中继装置对存储单元的空闲容量与第一数据的大小进行比较，若第一数据的大小小于存储单元的空闲容量，则将第一数据存储在存储单元中。

在如上构成的通信系统中，当基站向中继装置发送多个数据例如第一数据和第二数据时，若由第一数据的访问频度与文件大小相乘而得到的第一值等于由第二数据的访问频度与文件大小相乘而得到的第二值、且第一值和第二值都大于阈值，则基站指示中继装置存储第一数据和第二数据；在基站指示中继装置存储第一数据和第二数据的情况下，当中继装置接收第一数据和第二数据时，中继装置对存储单元的空闲容量与第一数据和第二数据的大小进行比较，若第一数据的大小小于存储单元的空闲容量而第二数据的大小大于存储单元的空闲容量，则将第一数据存储在存储单元中，而不存储第二数据。

下面，参照图12～图19说明本发明的基站根据不同应用场景及参数进行的决策判定及通信系统的状态转换。

图12是本发明的基站决策表示例。此决策表应用于基站BS的视频处理单元201中的决策单元207。根据用户终端请求时通信系统的当前状态1201，基站产生相应的决策1202，并影响中继站的状态1203。

在本发明示例中通信系统的当前状态1201主要取决于如下参数。(1)第一个参数为终端是否在中继站覆盖区域内，例如包括终端在某一个中继站区域内1204和终端不在任何中继站区域内1205。(2)第二个参数为中继器缓存状态，例如包括中继站已缓存该视频1206、各中继站都缓存该视频1214和中继站未缓存该视频1207、部分中继站未缓存该视频1215。(3)第三个参数为请求视频的重要性，例如包括该视频重要性高1212、dBU≤D或者该视频重要性不高1208和该视频重要性不高1213、dBU＞D且该视频重要性高1209。由于本发明是基于减少基站发送能量的考虑，所以在本示例中请求视频的重要性取决于视频的点击率和视频的大小，即视频重要性＝视频点击率×视频大小。另外，视频重要性高低的阈值可根据中继站的缓存容量决定。为了节省传输能耗，中继站始终需要缓存重要性高的视频，所以将可请求的视频按重要性降序排列后中继站缓存(假设所有中继站缓存容量相同)可容纳的最后一个视频的重要性即可视为视频重要性高低的阈值(该阈值可根据新增视频的参数进行调整)。(4)第四个参数为发送所需能耗。如前所述，传输能耗根据C(d)＝βd^α由中继站传输能耗(C_RU)计算模块205和基站传输能耗(C_BU)计算模块206计算出。具体例如包括C_RU≤C_BU 1210和C_RU＞C_BU 1211。

基站的决策1202一般有三种结果：(1)中继站单播给终端1216；(2)基站单播给终端1217；(3)基站组播给终端及中继站1218。

中继站的状态1203一般包括：(1)状态不变1219；(2)该视频被缓存，缓存更新1220。

图13是本发明示例中通信系统状态流程图。无用户发送视频请求时，通信系统保持初始状态X_k1301。当基站收到用户请求v_k1304时，通信系统由初始状态进入基站决策U_k1302阶段，并根据参考数据做出决策。决策完成后，通信系统进入决策后状态X_k+11303，此决策后通信系统状态X_k+1可能发生改变(中继站缓存该视频)X_k→X_k+1，也可以和原初始状态保持一致(中继站未缓存该视频)X_k+1＝X_k。同时，当基站决策1302做出时，通信系统用于传输该视频的能耗C_k1305也可以随之计算出，此能耗可以包括基站传输能耗C_BU，中继站传输能耗C_RU和用于使中继站缓存该视频时组播发射的能耗C_BR。

接着，结合不同的应用场景，对本发明的处理过程加以说明。首先，图14～19示出了六个场景下通信系统中的基站、中继站和终端的处理线程。

情景一(参考图14)：终端在中继站覆盖范围内，请求视频在中继站缓存区中，并且中继站传输能耗C_RU小于等于基站传输能耗C_BU。决策为中继站单播该视频给终端。

处理流程如图14。首先终端UE的请求视频模块404通过网络接口单元403向基站BS发送视频点播请求(1401)，中继站RS的监听识别模块304通过监听信道而监听到终端请求(1402)，报告距离模块305立即通过信号强度来判断终端UE与中继站RS之间的距离d_RU，并向基站BS发送d_RU报告(1403)。基站BS通过网络接口单元203收到终端UE的视频请求并随后收到中继站RS的d_RU报告(可判断出终端在该中继站RS覆盖范围内)，随后查询基站BS的存储单元202内中继站缓存记录表213中保存的中继站缓存记录(参考图7)(1404)。查询结果为请求视频在中继站缓存区中，则通过基站BS的视频处理单元201内的中继站传输能耗计算模块205和基站传输能耗计算模块206分别计算出传输能耗C_RU和C_BU，并由决策单元207进行比较。比较结果为C_RU≤C_BU，说明用中继站RS传输比用基站BS传输消耗更少的能量，则基站BS决策为采用中继站RS对终端UE传输视频(1405)。基站BS通过告知决策模块208向中继站RS发送决策通知为采用中继站RS传输视频(1406)，并同时向终端UE发送决策通知为终端接收中继站发送数据(1407)。中继站RS收到决策通知(1406)后，开始向终端UE单播传输请求的视频数据(1408)。

情景二(参考图15)：终端在中继站覆盖范围内，但该请求视频不在中继站缓存区中，并且该视频重要性为高。决策为基站组播该视频给中继站及终端。

处理流程如图15。首先终端UE向基站BS发送视频点播请求(1401)，中继站RS通过监听信道而监听到终端请求(1402)，立即通过信号强度来判断终端UE与中继站RS之间的距离d_RU，并向基站BS发送d_RU报告(1403)。基站BS收到终端的视频请求并随后收到中继站RS的d_RU报告(可判断出终端在该中继站RS覆盖范围内)，随后查询基站BS的存储单元202内中继站缓存记录表213中保存的中继站缓存记录(参考图7)(1404)。查询结果为请求视频不在中继站缓存区中，则查询基站BS的存储单元202内视频记录表212中保存的视频记录(参考图5)。查询结果为该请求的视频重要性高，则基站BS的决策单元207决策为采用基站BS对中继站RS及终端组播传输该视频(1505)。基站BS通过告知决策模块208向中继站RS发送决策通知为中继站RS接收基站组播传输的视频数据(1506)，并同时向终端发送决策通知为终端接收基站组播传输的视频数据(1507)。接下来，基站BS开始向中继站RS和终端组播传输请求的视频数据(1508)。中继站RS收到基站组播数据后先查询该中继站RS的存储单元302中视频缓存模块311的剩余缓存容量，并进行相应的存储判断1509。如果有足够的剩余空间存储该组播的视频，则将其缓存在该中继站RS的存储单元302中视频缓存模块311内，同时更新缓存视频记录表310中保存的视频缓存记录(参考图6)。随后中继站RS向基站BS发送中继站是否缓存成功的反馈消息(参考图9)(1510)。当基站BS收到中继站缓存成功的消息后，基站BS将更新存储单元202内中继站缓存记录表213中保存的中继站缓存记录(参考图7)(1511)。

情景三(参考图16)：终端在中继站覆盖范围内，(1)请求视频在中继站缓存区中，并且中继站传输能耗C_RU大于基站传输能耗C_BU，或者(2)请求视频不在中继站缓存区中且请求视频重要性不高。决策为基站单播该视频给终端。

处理流程如图16。首先终端UE向基站BS发送视频点播请求(1401)，中继站RS通过监听信道而监听到终端请求(1402)，立即通过信号强度来判断终端UE与中继站RS之间的距离d_RU，并向基站BS发送d_RU报告(1403)。基站BS收到终端UE的视频请求并随后收到中继站RS的d_RU报告(可判断出终端在该中继站RS覆盖范围内)，随后查询基站BS的存储单元202内中继站缓存记录表213中保存的中继站缓存记录(参考图7)(1404)。查询结果为(1)请求视频在中继站缓存区中，则通过基站BS的视频处理单元201内中继站传输能耗计算模块205和基站传输能耗计算模块206分别计算出传输能耗C_RU和C_BU，并由基站BS的决策单元207进行比较。比较结果为C_RU＞C_BU，说明用中继站传输比用基站BS传输消耗更多的能量；(2)请求视频不在中继站缓存区中，则查询基站BS的存储单元202内视频记录表212中保存的视频记录(参考图5)，查询结果为该请求的视频重要性不高。以上两种查询后的情形，基站BS的决策单元207的决策均为采用基站BS对终端UE单播传输视频(1605)。基站BS通过告知决策模块208向中继站RS发送决策通知为采用中继站不接收数据(1606)，并同时向终端UE发送决策通知为终端接收基站单播发送数据(1607)。接下来，基站BS开始向终端UE单播传输请求的视频数据(1608)。

情景四(参考图17)：终端不在中继站覆盖范围内，(1)终端离基站BS的距离较近(d_BU≤D)或者(2)请求视频重要性不高。决策为基站单播该视频给终端。

处理流程如图17。首先终端UE向基站BS发送视频点播请求(1401)，中继站RS通过监听信道未监听到终端请求(1702)，说明终端没在任何中继站RS覆盖范围内。基站BS收到终端UE的视频请求，则进行以下两种判断(1703)：(1)通过基站BS的决策单元207将终端UE与基站BS之间的距离d_BU与阈值D进行比较。比较结果为d_BU≤D，说明终端UE离基站BS的距离较近；(2)查询基站BS的存储单元202内视频记录表212中保存的视频记录(参考图5)，查询结果为该请求的视频重要性不高。以上两种情形中的任何一种，基站BS的决策单元207均决策为采用基站BS对终端UE单播传输视频(1704)。基站BS通过告知决策模块208向中继站RS发送决策通知为采用中继站RS不接收数据(1606)，并同时向终端UE发送决策通知为终端接收基站单播发送数据(1607)。接下来，基站BS开始向终端UE单播传输请求的视频数据(1608)。

情景五(参考图18)：终端不在中继站覆盖范围内，终端离基站BS的距离较远(d_BU＞D)，该请求视频重要性高，并且该视频不在中继站缓存区中。决策为基站组播该视频给中继站及终端。

处理流程如图18。首先终端UE向基站BS发送视频点播请求(1401)，中继站RS通过监听信道未监听到终端请求(1702)，说明终端没在任何中继站RS覆盖范围内。基站BS收到终端UE的视频请求，则进行以下两种判断(1803)：(1)通过基站BS的决策单元207将终端UE与基站BS之间的距离d_BU与阈值D进行比较。比较结果为d_BU＞D，说明终端UE离基站BS的距离较远并且基站BS用于组播传输的能耗与单播传输的能耗近似；(2)查询基站BS的存储单元202内视频记录表212中保存的视频记录(参考图5)，查询结果为该请求的视频重要性高。以上两种情形同时存在，基站BS将查询其存储单元202内中继站缓存记录表213中保存的中继站缓存记录(参考图7)1404，若结果为部分中继站未缓存该视频，则基站BS的决策单元207决策为采用基站BS对终端UE及中继站组播传输该视频(1805)。接下来，基站BS通过告知决策模块208向中继站RS发送决策通知为中继站接收基站组播传输的视频数据(1506)，并同时向终端UE发送决策通知为终端接收基站组播传输的视频数据(1507)。接下来，基站BS开始向中继站RS和终端UE组播传输请求的视频数据(1508)。中继站RS收到基站组播数据后先查询该中继站RS的存储单元302中视频缓存模块311的剩余缓存容量，并进行相应的存储判断(1509)。如果有足够的剩余空间存储该组播的视频，则将其缓存在该中继站RS的存储单元302中视频缓存模块311内，同时更新缓存视频记录表310中保存的视频缓存记录(参考图6)。随后中继站RS向基站BS发送中继站是否缓存成功的反馈消息(参考图9)(1510)。当基站BS收到中继站缓存成功的消息后，基站BS将更新存储单元202内中继站缓存记录表213中保存的中继站缓存记录(参考图7)(1511)。

情景六(参考图19)：终端不在中继站覆盖范围内，终端离基站BS的距离较远(d_BU＞D)，该请求视频重要性高，但该视频已在中继站缓存区中。决策为基站单播该视频给终端。

处理流程如图19。首先终端UE向基站BS发送视频点播请求(1401)，中继站RS通过监听信道未监听到终端请求(1702)，说明终端没在任何中继站RS覆盖范围内。基站BS收到终端UE的视频请求，则进行以下两种判断(1803)：(1)通过基站BS的决策单元207将终端UE与基站BS之间的距离d_BU与阈值D进行比较。比较结果为d_BU＞D，说明终端UE离基站BS的距离较远并且基站BS用于组播传输的能耗与单播传输的能耗近似；(2)查询基站BS的存储单元202内视频记录表212中保存的视频记录(参考图5)，查询结果为该请求的视频重要性高。以上两种情形同时存在，基站BS将查询其存储单元202内中继站缓存记录表213中保存的中继站缓存记录(参考图7)(1404)，若结果为全部中继站都已缓存该视频，则基站BS的决策单元207决策为采用基站BS对终端UE单播传输该视频(1905)。接下来，基站BS通过告知决策模块208向中继站RS发送决策通知为采用中继站不接收数据(1606)，并同时向终端UE发送决策通知为终端接收基站单播发送数据1607。接下来，基站BS开始向终端UE单播传输请求的视频数据(1608)。

为了更直观更具体地说明基站及中继站在上述线程中的处理过程，下面分别对基站和中继站处理一个视频请求的完整处理流程加以说明。

图20是本实例中基站处理一个视频请求的完整处理流程。

首先，基站接到终端UE的一个视频请求(步骤2001)，随即检测是否收到来自中继站的距离报告(步骤2002)。当基站收到报告时(在步骤2002中为“是”)，说明该终端UE处于该中继站覆盖范围内，基站接下来查询中继站是否已缓存该视频(步骤2008)。如果中继站已缓存该视频(在步骤2008中为“是”)，则计算基站和中继站单播传输能耗C_BU，C_RU(步骤2010)，并判断是否C_RU≤C_BU(步骤2017)，若在步骤2017中判断结果为“是”，则决策为中继站单播传输该视频给终端UE (步骤2018)；若在步骤2017中判断结果为“否”，则决策为基站单播传输该视频给终端UE(步骤2005)。

如果中继站未缓存该视频(在步骤2008中为“否”)，则查询该视频重要性是否为高(步骤2011)，若在步骤2011中结果为“是”，则决策为基站组播该视频给终端UE及基站(步骤2012)；若在步骤2011中结果为“否”，则决策为基站单播传输该视频给终端UE(步骤2005)。

当基站未收到报告时(在步骤2002中为“否”)，说明该终端不在任何中继站覆盖范围内，基站查询其存储的各中继站缓存记录表(步骤2003)，并判断是否有中继站还没缓存该视频(步骤2004)，若在步骤2004中判断结果为“是”，则再判断是否该终端UE离基站较远(d_BU＞D)并且重要性为高(步骤2009)，如果满足(在步骤2009中判断为“是”)，则决策为基站组播该视频给终端UE及基站(步骤2012)，如果不满足(在步骤2009中判断为“否”)，则决策为基站单播传输该视频给终端UE(步骤2005)；若在步骤2004中判断结果为“否”，则直接决策为基站单播传输该视频给终端UE(步骤2005)。

若决策为基站单播传输该视频给终端UE(步骤2005)，基站则告知终端接收由基站单播传输的数据，并告知中继站不接收数据(步骤2006)。随后基站开始对终端UE单播传输请求的视频数据(步骤2007)。

若决策为基站组播该视频给终端UE及基站(步骤2012)，基站则告知终端及中继站接收由基站组播传输的数据(步骤2013)。随后基站开始对终端及中继站组播传输请求的视频数据(步骤2014)。当传输完成后，终端UE接收由中继站反馈的是否成功缓存报告(步骤2015)，并以此更新基站存储的各中继站缓存记录表(步骤S2016)。

若决策为中继站单播传输该视频给终端UE(步骤2018)，基站则告知终端接收由中继站单播传输的视频数据，并告知中继站开始单播传输该视频给终端(步骤2019)。

当该视频请求成功被终端接收后(并且通信系统状态被更新)，基站结束对该视频请求的响应。

图21是本实例的中继站响应一个视频请求的完整处理流程。

首先，通信系统中终端的发出一个视频请求(步骤2101)，处于监听状态的中继站通过能否监听到该请求判断终端是否在该中继站覆盖区域(步骤2102)。如果没有监听得到(在步骤2102中为“否”)则转移到步骤2103。如果监听得到(在步骤2102中为“是”)，则中继站通过信号强度识别该终端与该中继站的距离d_RU(步骤2106)，并向基站报告该距离d_RU(步骤2107)，然后等待基站发送的决策告知消息。中继站收到决策告知消息后，先判断该消息是否为接收组播传输(步骤2103)。

如果要接收组播传输(在步骤2103中为“是”)，则察看该中继站视频缓存模块311中有无足够的缓存剩余空间(步骤2108)，如果有(在步骤2108中为“否”)，则接收基站组播的数据并更新本地缓存视频表(步骤2109)，完成后，向基站反馈本次缓存是否成功消息(步骤2110)；如果没有(在步骤2108中为“是”)，则判断是否同时收到两个重要性相同的视频组播(步骤2111)，如果不同(在步骤2111中为“否”)，则清除缓存中重要性最低的视频(步骤2112)，并再次判断缓存中有无足够的剩余空间(步骤2108)；如果相同(在步骤2111中为“是”)，则判断剩余空间是否能存下较大的视频(步骤2113)，如果能(在步骤2113中为“否”)，则接收此文件较大的视频，丢弃较小的视频并更新本地缓存视频表(2114)，完成后，向基站反馈本次缓存是否成功消息(步骤2110)；如果不能(在步骤2113中为“是”)，则判断剩余空间是否能存下较小的视频(步骤2115)，如果能(在步骤2115中为“否”)，则接收此文件较小的视频，丢弃较大的视频并更新本地缓存视频表(2116)，完成后，向基站反馈本次缓存是否成功消息(步骤2110)；如果不能(在步骤2115中为“是”)，则清除缓存中重要性最低的视频(步骤2112)，并再次判断缓存中有无足够的剩余空间(步骤2108)。

如果不为接收组播传输(在步骤2103中为“否”)，则继续判断是否需要该中继站进行发送(步骤2104)。如果需要(在步骤2104中为“是”)，则该中继站向该终端发送请求的视频(步骤2105)；如果该中继站不需要发送(在步骤2104中为“否”)，或当中继站发送完缓存成功的反馈，或向终端发送完视频数据后，该中继站结束对该视频请求的响应(步骤2117)。

以上，详细说明了本发明的具体实施方式。以下，对本发明进行以下补充说明。

第一，基站决策一般有三种结果：(1)基站单播给终端；(2)基站组播给终端及中继站；(3)中继站单播给终端。

第二，中继站始终处于被动监听信道状态，如果监听到终端请求，说明该终端处于该中继站覆盖范围内，中继站立刻向基站报告该终端与该中继站的距离d_RU。在基站BS，如果收到终端请求，但未(在一定时间内)收到距离报告，基站则认为该终端不在任何中继站覆盖范围内。

第三，传输决策均在基站进行。

第四，最优值D可根据基站单播和组播的能耗公式确定，其物理意义为当终端与基站的距离大于等于D时，基站用于单播传输的能耗近似等于基站用于组播传输的能耗。

第五，在本示例中请求视频的重要性取决于视频的点击率和视频的大小(都视为已知或可获得的参数)。由于视频点击率和视频大小对于传输视频的通信系统总能耗影响相当，例如用于传输点击率为80％，大小为50MB的视频和用于传输点击率为20％，大小为200MB的视频从长期传输的角度其能耗是一样的。因此定义视频重要性＝视频点击率×视频大小。

第六，视频的重要性高低可根据中继站的缓存容量决定。为了节省传输能耗，中继站始终需要缓存重要性高的视频。所以将可请求视频降序排列后中继站缓存可容纳的最后一个视频的重要性即可视为视频重要性高低的阈值。并且该阈值可以根据新增的视频参数进行调整。

第七，当中继站同时收到两个组播视频且这两个视频的重要性相同时，如果没有足够的缓存空间同时存储两个视频，则根据文件大小判断是否可以缓存其中一个，并丢弃另一个。

第八，由于中继站接收组播缓存可能无法成功，所以当中继站完成接收后，向基站发送反馈，告知基站视频是否被缓存成功，基站据此更新其保存的各中继站缓存表。

第九，本发明的一个技术方案是用户请求的处理单元，该处理单元基于用户请求进行决策，并选择相应的传输方式回应用户请求。这种处理单元既可以是独立存在的实体，也可以是存在于每个基站处作为一个独立功能模块。处理单元具有：通信系统/网络接口，与基站连接进行通信；请求处理模块，用于处理用户请求，计算及比较耗能并进一步进行传输方式决策，控制信息输出及分类发送；数据存储模块，用于存储处理模块所需的数据，如服务及相关信息表，中继站缓存信息状态表等；上述服务信息表中保持有服务编号、点击率、数据大小及存储索引，上述中继站缓存信息状态表中保持中继站编号及所存储的服务编号。

第十，本发明的另一技术方案是一种支持存储功能的中继站，具有：请求处理模块，用于监听用户请求，发送用户与中继站相关信息(如距离)，接收控制信息及接收和发送相关服务；数据存储模块，用于存储服务及其相关信息，如服务缓存表，该缓存表保持有服务编号、点击率、数据大小、中继站中的缓存地址及缓存开始时间。

根据以上说明，本发明的基站可以根据相关信息对用户请求的服务进行判决，并选择用于支持该服务的更为高效能的发送方式传输用户请求。同时，本发明的中继站可以在基站控制信息的指示下，动态的调整缓存模块中存储的服务并支持代替基站向用户传输请求内容。通过以上措施，本发明相对于传统的基站发送或中继站转发，不但减少了基站的传输能耗而且可在总体上及长期上减少通信系统总能耗；另外，通过中继站直接传输可大大减少基站由于回应大量用户请求造成的网络拥塞，也可以减少对于用户请求的响应时间。

Claims

1.一种通信系统，包括终端、基站及对所述终端和所述基站之间收发的数据进行中继的中继装置，所述通信系统的特征在于：

所述中继装置具有对从所述基站接收到的数据进行存储的存储单元；

当所述基站向所述中继装置发送第一数据时，所述基站计算由所述第一数据的访问频度与所述文件大小相乘而得到的第一值，当所述第一值大于阈值时，所述基站指示所述中继装置存储所述第一数据；

在所述基站指示所述中继装置存储所述第一数据的情况下，当所述中继装置接收所述第一数据时，所述中继装置对所述存储单元的空闲容量与所述第一数据的大小进行比较，若所述第一数据的大小小于所述存储单元的空闲容量，则将所述第一数据存储在所述存储单元中。

2.如权利要求1所述的通信系统，其中，

当所述基站向所述中继装置发送所述第一数据和第二数据时，若所述第一值等于由所述第二数据的访问频度与所述文件大小相乘而得到的第二值、且所述第一值和所述第二值都大于阈值，则所述基站指示所述中继装置存储所述第一数据和所述第二数据；

在所述基站指示所述中继装置存储所述第一数据和所述第二数据的情况下，当所述中继装置接收所述第一数据和第二数据时，所述中继装置对所述存储单元的空闲容量与所述第一数据和所述第二数据的大小进行比较，若所述第一数据的大小小于所述存储单元的空闲容量而所述第二数据的大小大于所述存储单元的空闲容量，则将所述第一数据存储在所述存储单元中，而不存储第二数据。

3.如权利要求1所述的通信系统，其中，

所述阈值根据所述中继装置的所述存储单元的容量来确定。

4.如权利要求2所述的通信系统，其中，

所述中继装置将所述第一数据或所述第二数据是否存储于所述存储单元反馈给所述基站。

5.一种基站，包含于通信系统中，该通信系统还包括终端及对所述终端和所述基站之间收发的数据进行中继的中继装置，所述基站的特征在于：

当所述基站向所述中继装置发送第一数据时，所述基站计算由所述第一数据的访问频度与所述文件大小相乘而得到的第一值，当所述第一值大于阈值时，所述基站指示所述中继装置将所述第一数据存储在所述中继装置的存储单元中。

6.如权利要求5所述的基站，其中，

当所述基站向所述中继装置发送所述第一数据和第二数据时，若所述第一值等于由所述第二数据的访问频度与所述文件大小相乘而得到的第二值、且所述第一值和所述第二值都大于阈值，则所述基站指示所述中继装置存储所述第一数据和所述第二数据。

7.如权利要求5所述的基站，其中，

所述阈值根据所述中继装置的所述存储单元的容量来确定。

8.一种中继装置，包含于通信系统中，该通信系统还包括终端及基站，所述中继装置对所述终端和所述基站之间收发的数据进行中继，所述中继装置的特征在于：

在所述基站指示所述中继装置将来自基站的第一数据存储在所述存储单元中的情况下，当所述中继装置接收所述第一数据时，所述中继装置对所述存储单元的空闲容量与所述第一数据的大小进行比较，若所述第一数据的大小小于所述存储单元的空闲容量，则将所述第一数据存储在所述存储单元中。

9.如权利要求8所述的中继装置，其中，

10.如权利要求9所述的中继装置，其中，