CN105406986B - 一种内容分发控制方法和一种中心控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内容分发控制方法和中心控制器。该方法包括：光与无线FiWi融合网络中各FiWi节点可通过光纤链路传送内容；当前FiWi节点中没有缓存用户请求的内容时，控制器根据各FiWi节点上传的缓存清单查找到缓存有该内容的其他两个以上FiWi节点，根据最小传输时延和成本原则从中选择一个FiWi节点，将用户发送的请求重定向到选择的FiWi节点，并向选择的FiWi节点和当前FiWi节点发送相应的流表，以使选择的FiWi节点将缓存的内容通过光纤链路发送给当前FiWi节点，再由当前FiWi节点发送给终端设备，避免了当前节点与其他节点相互交换信息，从而使得节点设备的成本开销降低以及使得传输时延最小化。

Description

一种内容分发控制方法和一种中心控制器

技术领域

本发明涉及网络技术领域，特别涉及一种内容分发控制方法和一种中心控制器。

背景技术

随着宽带网络和移动互联网发展以及移动智能终端的广泛使用，用户对视频等内容分发业务的需求急剧增加。爆炸性增长的全球移动流量给网络容量增加了沉重的压力。研究表明网络中大部分移动流量是重复传输用户请求的相同内容(特别是高清视频)产生大量的冗余流量。

在网络边缘部署缓存是一种减少网络冗余流量、缓解网络负载压力的有效解决方法。现有内容分发网络CDN(Content Delivery Network)是广泛应用的缓存技术之一，CDN缓存服务器部署在网络边缘，将原有的远端业务服务器的内容复制到边缘服务器上，以达到为用户提供快速、可靠服务的目的，有助于减少网络容量消耗和时延。

但当移动用户终端请求一个网络视频时，要从CDN服务器获取，视频在到达用户终端之前要经过核心网和接入网，这不仅增加了视频时延，也增加了核心网的负载压力。

发明内容

鉴于以上问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种内容分发控制方法和一种中心控制器。

依据本发明的一个方面，提供了一种内容分发控制方法。该方法包括：在光与无线FiWi融合网络中的各FiWi节点上缓存内容；其中，各FiWi节点上缓存的内容不完全相同，各FiWi节点之间可通过光纤链路传送内容；保存FiWi节点缓存清单；其中FiWi节点缓存清单中记录了每个FiWi节点上缓存的内容；

接收一个当前FiWi节点转发的用户发送的内容请求；其中，该当前FiWi节点收到了用户发送的内容请求，且该当前FiWi节点中没有缓存用户请求的内容；根据其中各FiWi节点上传的缓存清单查找到缓存有所述用户请求的内容的其他两个以上FiWi节点，根据最小传输时延和成本原则从中所述两个以上FiWi节点中选择一个FiWi节点，将所述用户发送的内容请求重定向到选择的FiWi节点，并向选择的FiWi节点和该当前FiWi节点分别发送相应的流表，以使得所述选择的FiWi节点将缓存的所述用户请求的内容通过光纤链路发送给该当前FiWi节点，再由该当前FiWi节点发送给终端设备。

可选地，根据最小传输时延和成本原则从中所述两个以上FiWi节点中选择一个FiWi节点包括：对于所述两个以上FiWi节点中的每个FiWi节点：计算该FiWi节点到当前FiWi节点的传输成本比，以及计算该FiWi节点到当前FiWi节点的可用链路带宽利用率比；将可用链路带宽利用率比和传输成本比的比值作为该FiWi节点的权重值；选择权重值最大的FiWi节点。

可选地，根据如下公式计算该FiWi节点到当前FiWi节点的传输成本比 w_cj：

其中：表示从FiWi节点到FiWi节点f_i的单位传输成本，S表示传输视频的大小，p_j表示请求的视频在FiWi节点中被用户选择的频率，符号表示向上取整。

可选地，根据如下公式计算该FiWi节点到当前FiWi节点的可用链路带宽利用率w_uj：

其中：表示从FiWi节点到FiWi节点f_i的链路负载，表示从 FiWi节点到FiWi节点f_i的链路容量，符号表示向上取整。

依据本发明的另一个方面，提供了一种中心控制器。该中心控制器位于光与无线FiWi融合网络中，且该FiWi融合网络中的各FiWi节点上缓存有内容；其中，各FiWi节点上缓存的内容不完全相同，各FiWi节点之间可通过光纤链路传送内容；该中心控制器包括：存储单元和控制处理单元：所述存储单元，用于保存FiWi节点缓存清单；其中FiWi节点缓存清单中记录了每个FiWi节点设备上缓存的内容；所述控制处理单元，用于接收一个当前 FiWi节点转发的用户发送的内容请求后，根据FiWi节点缓存清单查找到缓存有所述用户请求的内容的其他两个以上FiWi节点，根据最小传输时延和成本原则从中所述两个以上FiWi节点中选择一个FiWi节点，将所述用户发送的内容请求重定向到选择的FiWi节点，并向选择的FiWi节点和该当前 FiWi节点分别发送相应的流表，以使得所述选择的FiWi节点将缓存的所述用户请求的内容通过光纤链路发送给该当前FiWi节点，再由该当前FiWi节点发送给终端设备；其中，所述当前FiWi节点是收到了用户发送的内容请求，且所述当前FiWi节点中没有缓存用户请求的该内容。

可选地，所述控制处理单元，用于对于所述两个以上FiWi节点中的每个FiWi节点，计算该FiWi节点到当前FiWi节点的传输成本比，以及计算该FiWi节点到当前FiWi节点的可用链路带宽利用率比，将可用链路带宽利用率比和传输成本比的比值作为该FiWi节点的权重值；从所述两个以上FiWi 节点中选择权重值最大的FiWi节点。

可选地，所述控制处理单元，用于根据如下公式计算该FiWi节点到当前FiWi节点的传输成本比w_cj：

其中：表示从FiWi节点到FiWi节点f_i的单位传输成本，S表示传输视频的大小，p_j表示请求的视频在FiWi节点中被用户选择的频率，符号表示向上取整。

可选地，所述控制处理单元，用于根据如下公式计算该FiWi节点到当前FiWi节点的可用链路带宽利用率w_uj：

其中：表示从FiWi节点到FiWi节点f_i的链路负载，表示从 FiWi节点到FiWi节点f_i的链路容量，符号表示向上取整。

本发明实施例的有益效果是在光与无线FiWi融合网络中的各FiWi节点上缓存内容；其中，各FiWi节点上缓存的内容不完全相同，各FiWi节点之间可通过光纤链路传送内容，避免了对核心网交换的负载压力；在当前FiWi 节点中没有缓存用户请求的内容时，控制器根据各FiWi节点上传的缓存清单查找到缓存有所述用户请求的内容的其他两个以上FiWi节点，根据最小传输时延和成本原则从中所述两个以上FiWi节点中选择一个FiWi节点，将所述用户发送的内容请求重定向到选择的FiWi节点，并向选择的FiWi节点和该当前FiWi节点分别发送相应的流表，以使得所述选择的FiWi节点将缓存的所述用户请求的内容通过光纤链路发送给该当前FiWi节点，再由该当前FiWi节点发送给终端设备，避免了当前节点与其他节点相互交换信息，从而使得节点设备的成本开销降低以及使得传输时延最小化。

附图说明

图1为本发明实施例中的FiWi融合网络的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种FiWi融合网络中内容分发流程举例示意图一；

图3为本发明实施例提供的一种FiWi融合网络中内容分发流程举例示意图二；

图4为本发明实施例提供的一种内容分发控制方法流程图；

图5为本发明实施例提供的FiWi节点在不同缓存大小情况下应用不同缓存方案的缓存命中率对比图；

图6为本发明实施例提供的FiWi节点在不同缓存大小情况下应用不同缓存方案下所需的平均光纤链路带宽对比图；

图7为本发明实施例提供的FiWi节点在不同缓存大小情况下应用不同缓存策略下的视频初始化平均缓冲时延对比图；

图8为本发明实施例提供的FiWi节点随着个数增加的情况下采用不同缓存替换算法的分布式缓存策略的缓存命中率对比图；

图9为本发明实施例提供的一种结合用户喜好优化的分布应用场景下 FiWi节点在不同缓存大小情况下应用不同缓存方案的缓存命中率对比图；

图10为本发明实施例提供的一种结合用户喜好优化的分布应用场景下 FiWi节点在不同缓存大小情况下应用不同缓存方案下所需的平均光纤链路带宽对比图；

图11为本发明实施例提供的一种结合用户喜好优化的分布应用场景下 FiWi节点在不同缓存大小情况下应用不同缓存策略下的视频平均初始化缓冲时延对比图；

图12为本发明实施例提供的一种中心控制器结构示意图。

具体实施方式

上述内容说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更加清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、技术特征和优点能够更加明显易懂，以下将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

为满足用户对网络高带宽、无缝覆盖、灵活接入的需求，光与无线(FiWi， Fiber-Wireless)融合网络应运而生。FiWi网络是将光接入与无线接入方式融合的组网方案，其集合了光纤接入方式的高宽带和无线接入方式的高灵活性优势，具有防电磁干扰能力强、可以提供足够大的带宽、误码率较低等优点。

图1为本发明实施例中的FiWi融合网络的结构示意图。参见图1，FiWi 融合网络包括光纤子网、无线子网以及FiWi节点，FiWi节点之间通过光纤子网连接，FiWi节点及光纤子网由中心控制器进行集中控制。采用集中控制， FiWi节点之间可相互通信而不需要经由核心网交换。在FiWi融合网络中的用户终端如智能手机、笔记本电脑、PAD等通过无线连接到FiWi节点以获得视频等内容。

本发明技术方案中的FiWi融合网络分布式缓存方法是一种在靠近用户终端设备的接入网FiWi节点上部署缓存的解决方案。当终端设备发送内容请求，由中心控制器判断所请求的内容例如视频等是否缓存在终端设备当前连接的FiWi节点中，如果终端设备请求的内容在当前FiWi节点中，首先从连接终端设备的当前FiWi节点缓存中分发内容；如果终端设备请求的内容不在当前连接的FiWi节点内，则由中心控制器判断所请求的内容例如视频等是否缓存在网络中其他FiWi节点中，并按照最小时延或最小传输代价的原则选择其中缓存该内容的最合适的FiWi节点，通过光纤链路将请求的内容从所选FiWi节点传送到当前FiWi节点，分发给终端设备。以下结合图2和图3举例说明该FiWi融合网络中内容分发流程的具体过程。

图2为本发明实施例提供的一种FiWi融合网络中内容分发流程举例示意图一。在本实施例中当前FiWi节点上缓存有用户请求的内容，该当前FiWi 节点将自身缓存的用户请求的内容发送给所述终端设备的流程包括：终端设备A向当前FiWi节点A发送视频内容A的请求，当前FiWi节点A自身流表中不存在与视频内容A的匹配项，向中心控制器发送视频内容A的请求；中心控制器根据FiWi节点内容缓存清单检测视频内容A是否缓存在当前FiWi节点A，如检测到终端设备A请求的视频内容A在当前FiWi节点A，中心控制器重定向视频内容A的请求到当前FiWi节点A，并向当前FiWi节点A下发流表，当前FiWi节点A将视频内容A发送到终端设备A。当另一终端设备B向当前FiWi节点A发送相同视频内容A的请求时，当前FiWi 节点A自身流表中存在与视频内容A的匹配项，则当前FiWi节点A直接将自身缓存的视频内容A发送给终端设备A。

图3为本发明实施例提供的一种FiWi融合网络中内容分发流程举例示意图二。在本实施例中当前FiWi节点上没有缓存用户请求的内容，该当前 FiWi节点从其他FiWi节点获取用户请求的内容并发送给所述终端设备的流程包括：终端设备A向当前FiWi节点A发送视频内容A的请求，当前FiWi 节点A自身流表中不存在与视频内容A的匹配项，向中心控制器发送视频内容A的请求；中心控制器根据FiWi节点内容缓存清单检测视频内容A是否缓存在相邻FiWi节点B，如检测到终端设备A请求的视频内容A在相邻FiWi 节点B，中心控制器重定向视频内容A的请求到相邻FiWi节点B，并向相邻FiWi节点B下发流表；将请求的视频内容A从相邻FiWi节点B传输到当前FiWi节点A，并向当前FiWi节点A下发流表，当前FiWi节点A将视频内容A发送到终端设备A。当另一终端设备B向当前FiWi节点A发送相同视频内容A请求时，当前FiWi节点A自身流表中存在与视频内容A的匹配项，中心控制器根据已下发给相邻FiWi节点B的流表可以直接将视频内容A的请求重定向到相邻FiWi节点B，将视频内容A从相邻FiWi节点B 传输到当前FiWi节点A，当前FiWi节点将视频内容A发送到终端设备A。

对于图3所述的实施例中当前FiWi节点上没有缓存用户请求的内容的情况下，中心控制器根据每个FiWi节点上的内容缓存清单，在除去当前连接用户终端设备的FiWi节点以外的多个FiWi节点中检索出缓存有所请求视频的FiWi节点。如果该中心控制器的控制域内没有缓存所请求视频，需要从其他网络资源获取；如果中心控制器检索出唯一缓存所请求视频的FiWi 节点，则调度该视频流向用户；如果中心控制器检索出两个以上缓存所请求视频的FiWi节点，则依据最小传输时延和成本原则，按照一种分布式节点选择算法找到合适的缓存该视频的FiWi节点。

图4为本发明实施例提供的一种内容分发控制方法流程图。在如图1所示，中心控制器位于光与无线FiWi融合网络中，FiWi融合网络中的各FiWi 节点上缓存内容；其中，各FiWi节点上缓存的内容不完全相同，各FiWi节点之间可通过光纤链路传送内容。在中心控制器中保存FiWi节点缓存清单；其中FiWi节点缓存清单中记录了每个FiWi节点上缓存的内容。

则参见图4，本发明实施例提供的一种内容分发控制方法包括：

S410、接收一个当前FiWi节点转发的用户发送的内容请求；其中，该当前FiWi节点收到了用户发送的内容请求，且该当前FiWi节点中没有缓存用户请求的内容；

S420、根据其中各FiWi节点上传的缓存清单查找到缓存有所述用户请求的内容的其他两个以上FiWi节点；

S430、根据最小传输时延和成本原则从中所述两个以上FiWi节点中选择一个FiWi节点；

S440、将所述用户发送的内容请求重定向到选择的FiWi节点，并向选择的FiWi节点和该当前FiWi节点分别发送相应的流表，以使得所述选择的 FiWi节点将缓存的所述用户请求的内容通过光纤链路发送给该当前FiWi节点，再由该当前FiWi节点发送给终端设备。

图4所示的方法中在光与无线FiWi融合网络中的各FiWi节点上缓存内容；其中，各FiWi节点上缓存的内容不完全相同，各FiWi节点之间可通过光纤链路传送内容，避免了对核心网交换的负载压力；在当前FiWi节点中没有缓存用户请求的内容时，控制器根据其中各FiWi节点上传的缓存清单查找到缓存有所述用户请求的内容的其他两个以上FiWi节点，根据最小传输时延和成本原则从中所述两个以上FiWi节点中选择一个FiWi节点，将所述用户发送的内容请求重定向到选择的FiWi节点，并向选择的FiWi节点和该当前FiWi节点分别发送相应的流表，以使得所述选择的FiWi节点将缓存的所述用户请求的内容通过光纤链路发送给该当前FiWi节点，再由该当前 FiWi节点发送给终端设备，避免了当前节点与其他节点相互交换信息，从而使得节点设备的成本开销降低以及使得传输时延最小化。

在本发明的一个实施例中，图4所示方法中的步骤S430所述根据最小传输时延和成本原则从中所述两个以上FiWi节点中选择一个FiWi节点包括：

对于所述两个以上FiWi节点中的每个FiWi节点：计算该FiWi节点到当前FiWi节点的传输成本比，以及计算该FiWi节点到当前FiWi节点的可用链路带宽利用率比；将可用链路带宽利用率比和传输成本比的比值作为该 FiWi节点的权重值；选择权重值最大的FiWi节点。

根据如下公式计算该FiWi节点到当前FiWi节点的传输成本比w_cj：

其中：表示从FiWi节点到FiWi节点f_i的单位传输成本，S表示传输视频的大小，p_j表示请求的视频在FiWi节点中被用户选择的频率，符号表示向上取整。

根据如下公式计算该FiWi节点到当前FiWi节点的可用链路带宽利用率 w_uj：

其中：表示从FiWi节点到FiWi节点f_i的链路负载，表示从 FiWi节点到FiWi节点f_i的链路容量，符号表示向上取整。

为进一步清楚阐述上述公式的具体意义，作如下说明：

首先控制器根据每个FiWi节点上传的内容缓存清单，设当前用户接入的FiWi节点是f_i，在除去当前连接用户的FiWi节点集合{F-f_i,1≤i≤N}中的 N-1个元素中检索出所有缓存请求视频的FiWi节点集合。

然后控制器根据集合F_c中的元素个数采取以下措施：

当j＝0时，表示在控制域内没有缓存请求视频，需要从其他资源获取。

当j＝1时，控制器从唯一缓存该视频的FiWi节点调度视频流向用户。

当j≥2时，计算到f_i的传输成本比w_c和可用链路带宽利用率比w_u，在比重集合中选择w_j最大的FiWi节点向连接用户的 FiWi节点f_i传输视频。

以下对仿真与性能结果的具体而详细的分析，可以证明本发明实施例中所述算法的有益效果。

应用Matlab软件对FiWi接入网的分布式缓存命中率、光纤链路平均占用带宽和视频平均初始化缓冲时延进行仿真。假设所有视频的个数是10000，用户发出的视频请求次数为1000次。用户的视频请求是一个泊松过程，应用 M/M/∞的排队模型来模拟用户的到达和离开。视频的大小分布符合指数分布，其中选取的视频平均大小为100M，最小为20M，最大的高清视频大小可以达到8000M。选取光纤链路的带宽为1Gbps，时延为2ms，无线链路的时延为10ms，FiWi节点的缓存容量范围为10G～200G。

最受欢迎视频MPV(Most Popular Vedio)算法、最近最少使用LRU(LeastRecently Used)算法是缓存内容的更新方法。MPV算法根据视频受欢迎程度，只缓存最受欢迎的视频，该算法只在视频受欢迎分布改变的时候更新缓存内容。LRU算法将用户最新请求的视频更新在缓存中，即如果缓存中没有用户请求的视频，就从CDN中获取并缓存。D-MPV、D-LRU是D-Cache算法与相应的MPV、LRU算法的结合，因此D-Cache算法也可以看作为分布式缓存的一种策略。

分布式应用场景一采用了两种仿真方案：一种是节点数目固定，缓存容量增加；另一种是缓存容量固定，节点数目增加。

第一种仿真方案是FiWi节点容量逐渐增加，分布式可取的节点数设为3 个。用户随机选择一个FiWi节点发送视频请求，为了简化仿真过程，规定如果当前接入的FiWi节点内没有缓存用户所请求的视频，基于SDN (Sofeware Defined Network)的分布式缓存只能从相邻的其他两个FiWi节点获取。以下将结合图5、图6、图7对第一种方案的仿真结果对比图进行具体分析：

图5为本发明实施例提供的FiWi节点在不同缓存大小情况下应用不同缓存方案的缓存命中率对比图。从图中可以看出分布式缓存在所有缓存大小下均明显优于其对应的单节点缓存策略。例如，在缓存容量是200G时，分布式D-MPV缓存的缓存命中率是0.45，而单节点MPV的缓存命中率是0.35；分布式D-LRU缓存的缓存命中率是0.58，而单节点MPV的缓存命中率是 0.61。

图6为本发明实施例提供的FiWi节点在不同缓存大小情况下应用不同缓存方案下所需的平均光纤链路带宽对比图。规定光纤链路带宽是1000M，在FiWi接入网中没有缓存的情况下所有请求的视频都要通过光纤链路获取，所需平均带宽达到950M。在缓存容量是200G时，D-LRU需要281M，LRU 需要405M，D-MPV需要405M光纤链路带宽，而MPV需要624M。从这些结果可以看出，分布式缓存更进一步地降低了光纤链路的流量负载。

图7为本发明实施例提供的FiWi节点在不同缓存大小情况下应用不同缓存策略下的视频初始化平均缓冲时延对比图。规定无线链路时延为10ms，光纤链路时延为2ms，SDN调度时延可以忽略不计。在没有缓存的情况下，所有视频都要从核心网获取，视频初始化时延为37s。应用不同的缓存策略，在缓存容量是200G时，D-LRU、LRU和D-MPV、MPV的视频初始化缓冲时延分别是2.39s、4.78s和7.9s、11.83s。从结果可以得出分布式缓存方案有效地降低了视频缓冲时延，提高了用户的QoE。

第二种仿真方案是规定所有FiWi节点的缓存容量是20G，而FiWi节点的个数逐渐增加，变化范围是从2个增加到10个。用于分析分布式FiWi节点个数对缓存性能的影响。

图8为本发明实施例提供的FiWi节点随着个数增加的情况下采用不同缓存替换算法的分布式缓存策略的缓存命中率对比图。从图中可以看出两种算法的缓存命中率均随着节点个数增加而增加，当节点个数增加到一定数目后，缓存命中率的增长速率变缓。当FiWi节点的个数是10的时候，D-MPV 和D-LRU的缓存命中率分别是0.60和0.71。

分布式应用场景二是首先基于用户对视频的喜好程度分布UPP将视频内容合理地分配到每个FiWi节点上，然后再采用基于SDN的分布式缓存方案，以达到优化所有用户平均等待时延的目的。基于用户喜好的UPP缓存策略是先根据用户喜好缓存最有可能请求的视频，再根据用户对视频喜好的变化更新缓存的视频集。以下将结合图9、图10、图11对第二种方案的仿真结果对比图进行具体分析：

图9为本发明实施例提供的一种结合用户喜好优化的分布应用场景下 FiWi节点在不同缓存大小情况下应用不同缓存方案的缓存命中率对比图。从图中可以看出分布式缓存在所有缓存大小下均明显优于其他三种缓存策略。例如，在缓存容量是200G时，分布式缓存的缓存命中率是0.71，而UPP、 D-LRU和D-MPV的缓存命中率分别是0.61、0.46和0.23。

图10为本发明实施例提供的一种结合用户喜好优化的分布应用场景下 FiWi节点在不同缓存大小情况下应用不同缓存方案下所需的平均光纤链路带宽对比图。规定光纤链路带宽是1000M，在FiWi接入网中没有缓存的情况下所有请求的视频都要通过光纤链路获取，所需平均带宽达到950M。在缓存容量是200G时，D-Cache需要233M光纤链路带宽，UPP需要281M， D-LRU需要405M，而D-MPV需要624M。从这些结果可以看出，分布式缓存更进一步地降低了光纤链路的流量负载。

图11为本发明实施例提供的一种结合用户喜好优化的分布应用场景下 FiWi节点在不同缓存大小情况下应用不同缓存策略下的视频平均初始化缓冲时延对比图。选取无线链路时延为10ms，光纤链路时延为2ms。在没有缓存的情况下，所有视频都要从核心网获取，视频初始化平均时延可以高达 37s。应用不同的缓存策略，在缓存容量是200G时，D-Cache、UPP、D-LRU 和D-MPV的视频初始化缓冲时延分别是0.88s、2.39s、4.78s和11.83s。从结果可以得出分布式缓存方案有效地降低了视频缓冲时延。

图12为本发明实施例提供的一种中心控制器结构示意图。

如图1所示，该中心控制器1200位于光与无线FiWi融合网络中，且该 FiWi融合网络中的各FiWi节点上缓存有内容；其中，各FiWi节点上缓存的内容不完全相同，各FiWi节点之间可通过光纤链路传送内容；

如图12所示，该中心控制器1200包括：存储单元1210和控制处理单元 1220：

所述存储单元1210，用于保存FiWi节点缓存清单；其中FiWi节点缓存清单中记录了每个FiWi节点设备上缓存的内容；

所述控制处理单元1220，用于接收一个当前FiWi节点转发的用户发送的内容请求后，根据FiWi节点缓存清单查找到缓存有所述用户请求的内容的其他两个以上FiWi节点，根据最小传输时延和成本原则从中所述两个以上FiWi节点中选择一个FiWi节点，将所述用户发送的内容请求重定向到选择的FiWi节点，并向选择的FiWi节点和该当前FiWi节点分别发送相应的流表，以使得所述选择的FiWi节点将缓存的所述用户请求的内容通过光纤链路发送给该当前FiWi节点，再由该当前FiWi节点发送给终端设备；

其中，所述当前FiWi节点是收到了用户发送的内容请求，且所述当前 FiWi节点中没有缓存用户请求的该内容。

在本发明的一个实施例中，参见图4所示方法中的步骤S430中所述方法：

所述控制处理单元1220，用于对于所述两个以上FiWi节点中的每个 FiWi节点，计算该FiWi节点到当前FiWi节点的传输成本比，以及计算该 FiWi节点到当前FiWi节点的可用链路带宽利用率比，将可用链路带宽利用率比和传输成本比的比值作为该FiWi节点的权重值；从所述两个以上FiWi 节点中选择权重值最大的FiWi节点。

所述控制处理单元，用于根据如下公式计算该FiWi节点到当前FiWi节点的传输成本比w_cj：

其中：表示从FiWi节点到FiWi节点f_i的单位传输成本，S表示传输视频的大小，p_j表示请求的视频在FiWi节点中被用户选择的频率，符号表示向上取整。

所述控制处理单元，用于根据如下公式计算该FiWi节点到当前FiWi节点的可用链路带宽利用率w_uj：

其中：表示从FiWi节点到FiWi节点f_i的链路负载，表示从 FiWi节点到FiWi节点f_i的链路容量，符号表示向上取整。

为进一步清楚阐述上述公式的具体意义，作如下说明：

首先控制器根据每个FiWi节点上传的内容缓存清单，设当前用户接入的FiWi节点是f_i，在除去当前连接用户的FiWi节点集合{F-f_i,1≤i≤N}中的N-1个元素中检索出所有缓存请求视频的FiWi节点集合。

然后控制器根据集合F_c中的元素个数采取以下措施：

当j＝0时，表示在控制域内没有缓存请求视频，需要从其他资源获取。

当j＝1时，控制器从唯一缓存该视频的FiWi节点调度视频流向用户。

当j≥2时，计算到f_i的传输成本比w_c和可用链路带宽利用率比w_u，在比重集合中选择w_j最大的FiWi节点向连接用户的 FiWi节点f_i传输视频。

对所述算法的仿真与性能结果具体而详细的分析参见图5到图11。

本发明提出一种内容分发控制方法和一种中心控制器。该发明方案中分布式缓存方法首先将FiWi融合网络拓扑抽象成一个无向连通图，把用户的终端设备与FiWi节点之间的无线链路、FiWi节点之间的光纤链路抽象成连通图的边，并用链路时延加以描述。该方法利用最优化方法求解网络中使所有终端设备获取请求内容的最小时延的内容分布，其中当前FiWi节点可以通过光纤子网与网络中所有其他FiWi节点通信获取用户请求的内容。

本发明实施例中的方法可以结合软件定义网络SDN、信息中心网络ICN、内容中心网络CCN等网络架构实施。以SDN组网技术为例的分布式缓存方法流程和分布式缓存系统中，SDN控制器采用集中控制，则本发明实施例中的中心控制器即为SDN控制器。中心控制器首先对终端设备接入的当前FiWi 节点检测，如果没有目标内容，则利用本发明中阐述的分布调度算法选择最合适的缓存该内容的FiWi节点并下发流表，FiWi节点之间通过光纤链路传送该内容。

对提出的方法针对两种场景进行仿真分析。第一种是分布应用场景，其中分成节点数目固定节点缓存容量逐步增加和节点缓存容量固定节点数目逐步增加两种方案；第二种是结合用户喜好的分布应用场景。仿真结果表明，与已有的缓存方案相比，该方案具有更高的缓存命中率和较低时延。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种内容分发控制方法，其中，该方法包括：

在光与无线FiWi融合网络中的各FiWi节点上缓存内容；其中，各FiWi节点上缓存的内容不完全相同，各FiWi节点之间可通过光纤链路传送内容不需要经由核心网交换；

保存FiWi节点缓存清单；其中FiWi节点缓存清单中记录了每个FiWi节点上缓存的内容；

接收一个当前FiWi节点转发的用户发送的内容请求；其中，该当前FiWi节点收到了用户发送的内容请求，且该当前FiWi节点中没有缓存用户请求的内容；

根据其中各FiWi节点上传的缓存清单查找到缓存有所述用户请求的内容的其他两个以上FiWi节点，根据最小传输时延和成本原则从所述两个以上FiWi节点中选择一个FiWi节点，将所述用户发送的内容请求重定向到选择的FiWi节点，并向选择的FiWi节点和该当前FiWi节点分别发送相应的流表，以使得所述选择的FiWi节点将缓存的所述用户请求的内容通过光纤链路发送给该当前FiWi节点，再由该当前FiWi节点发送给终端设备。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据最小传输时延和成本原则从所述两个以上FiWi节点中选择一个FiWi节点包括：

对于所述两个以上FiWi节点中的每个FiWi节点：计算该FiWi节点到当前FiWi节点的传输成本比，以及计算该FiWi节点到当前FiWi节点的可用链路带宽利用率比；将可用链路带宽利用率比和传输成本比的比值作为该FiWi节点的权重值；选择权重值最大的FiWi节点。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据如下公式计算该FiWi节点到当前FiWi节点的传输成本比w_cj：

其中：表示从FiWi节点到FiWi节点f_i的单位传输成本，表示从FiWi节点f_i到FiWi节点f_cj的单位传输成本；S表示传输视频的大小，p_j表示请求的视频在FiWi节点中被用户选择的频率，符号表示向上取整，N表示FiWi节点的个数。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据如下公式计算该FiWi节点到当前FiWi节点的可用链路带宽利用率w_uj：

其中：表示从FiWi节点到FiWi节点f_i的链路负载，表示从FiWi节点到FiWi节点f_i的链路容量，符号表示向上取整，N表示FiWi节点的个数。

5.一种中心控制器，其特征在于，该中心控制器位于光与无线FiWi融合网络中，且该FiWi融合网络中各FiWi节点上缓存有内容；其中，各FiWi节点上缓存的内容不完全相同，各FiWi节点之间可通过光纤链路传送内容不需要经由核心网交换；

该中心控制器包括：存储单元和控制处理单元：

所述存储单元，用于保存FiWi节点缓存清单；其中FiWi节点缓存清单中记录了每个FiWi节点设备上缓存的内容；

所述控制处理单元，用于接收一个当前FiWi节点转发的用户发送的内容请求后，根据FiWi节点缓存清单查找到缓存有所述用户请求的内容的其他两个以上FiWi节点，根据最小传输时延和成本原则从所述两个以上FiWi节点中选择一个FiWi节点，将所述用户发送的内容请求重定向到选择的FiWi节点，并向选择的FiWi节点和该当前FiWi节点分别发送相应的流表，以使得所述选择的FiWi节点将缓存的所述用户请求的内容通过光纤链路发送给该当前FiWi节点，再由该当前FiWi节点发送给终端设备；

其中，所述当前FiWi节点是收到了用户发送的内容请求，且所述当前FiWi节点中没有缓存用户请求的该内容。

6.如权利要求5所述的中心控制器，其特征在于，

所述控制处理单元，用于对于所述两个以上FiWi节点中的每个FiWi节点，计算该FiWi节点到当前FiWi节点的传输成本比，以及计算该FiWi节点到当前FiWi节点的可用链路带宽利用率比，将可用链路带宽利用率比和传输成本比的比值作为该FiWi节点的权重值；从所述两个以上FiWi节点选择权重值最大的FiWi节点。

7.如权利要求6所述的中心控制器，其特征在于，

所述控制处理单元，用于根据如下公式计算该FiWi节点到当前FiWi节点的传输成本比w_cj：

其中：表示从FiWi节点到FiWi节点f_i的单位传输成本，表示从FiWi节点f_i到FiWi节点f_cj的单位传输成本；S表示传输视频的大小，p_j表示请求的视频在FiWi节点中被用户选择的频率，符号表示向上取整，N表示FiWi节点的个数。

8.如权利要求6所述的中心控制器，其特征在于，

所述控制处理单元，用于根据如下公式计算该FiWi节点到当前FiWi节点的可用链路带宽利用率w_uj：

其中：表示从FiWi节点到FiWi节点f_i的链路负载，表示从FiWi节点到FiWi节点f_i的链路容量，符号表示向上取整，N表示FiWi节点的个数。