CN106028400A - 一种缓存内容的方法和基站 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种缓存内容的方法和基站，包括：基站接收到移动用户设备的内容请求，查询本基站缓存内容信息表；当确定本基站缓存内容没有命中所述的内容请求时，计算第一效用值和第二效用值，所述第一效用值为缓存该未命中内容所降低网络流量的效用值，所述第二效用值为替换已缓存内容所增加的网络流量的效用值；如果所述第一效用值大于所述第二效用值，则缓存所述未命中内容。本发明通过对用户请求内容特征和基站特征的分析计算，实现了基站缓存的分布式协作，有效降低了移动通信网络的负载，提高了网络访问速度和网络利用率。

Description

一种缓存内容的方法和基站
技术领域
本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种缓存内容的方法和基站。
背景技术
随着LTE无线网络的快速部署和智能终端及移动应用的极大丰富，移动网络的数据流量迅速增加，这给现有网络带来了很大的冲击。为此，在基站侧部署缓存成为应对上述挑战的重要手段。当前无线网络基站中，用户发起内容请求并收到业务服务器的响应后基站确定是否缓存该内容。根据一定的策略，例如，访问频率、访问时间、内容热度等因素，如果基站发现该内容是可缓存的并且该内容缓存下来有较大的价值，基站就会缓存该内容。
上述缓存技术中，由于单基站部署缓存容量有限，在缓存空间已满时，如何有效的进行已缓存内容的替换以提高接入缓存的命中率，是重要的技术问题之一。目前缓存内容替换技术主要可以分为经典缓存替换技术与集中式缓存替换技术，经典缓存替换技术主要考虑单基站覆盖范围内内容的请求时间或请求频次；集中式缓存协作技术主要借鉴互联网层次化网络缓存方法。然而，单基站服务移动用户相比较于固网数量少并且具有更频繁的移动性，集中式技术信令开销较大。在单基站部署缓存容量有限的条件下，移动接入网分布式缓存协作技术，即同网络域中多个互连的缓存可以协作分布式存储高热度内容，并且协作服务内容请求，成为一种有效的解决方案，但是针对移动接入网的分布式缓存协作尚未形成有效的技术方案。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明实施例提供了一种缓存内容的方法和基站，以降低移动通信网络的负荷，提高网络访问速度和网络利用率。
第一方面，本发明实施例提供了一种缓存内容的方法，包括：基站接收到移动用户设备的内容请求，查询本基站缓存内容信息；当确定本基站缓存内容没有命中所述的内容请求时，计算第一效用值和第二效用值，所述第一效用值为缓存该未命中内容所降低网络流量的效用值，所述第二效用值为替换已缓存内容所增加的网络流量的效用值；如果所述第一效用值大于所述第二效用值，则缓存所述未命中内容。
在上述方法中，通过对用户请求内容特征和基站特征的分析计算，实现了基站缓存的分布式协作，有效降低了移动通信网络的负载，提高了网络访问速度和网络利用率。
在一个可能的设计中，基站保存了本基站和直连基站的缓存内容信息和未命中请求信息，用于计算所述第一效用值和第二效用值，进一步提高了分布式协作的准确性。
在一个可能的设计中，所述第一效用值与所述未命中内容的大小成正比，与本基站到外部数据网络之间的链路速率成反比，与所述未命中内容在本基站和其直连基站中未命中次数和成正比，进一步提高了分布式协作的准确性。
在一个可能的设计中，所述第二效用值与将被替换内容的大小成正比，与本基站到将被替换内容所在的直连基站之间的链路速率成反比，与将被替换内容在本基站和其直连基站命中次数成正比，进一步提高了分布式协作的准确性。
在一个可能的设计中，若缓存该未命中内容时有足够的缓存空间，则所述第二效用值等于零，这样，进一步提高了网络访问速度和网络利用率。
第二方面，本发明实施例提供了一种基站，该基站具有实现上述方法实际中基站行为的功能。所述功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。所述硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的模块。
在一个可能的设计中，基站的结构中包括处理器和存储器，所述存储器用于存储支持基站执行上述方法的应用程序代码，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的应用程序。所述基站还可以包括通信接口，用于基站与其他设备通信。
第三方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述基站所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述方面为基站所设计的程序。
本发明实施例提供的上述技术方案通过对用户请求内容特征和基站特征的分析计算，实现了基站缓的分布式存协作，有效降低了移动通信网络的负载，提高了网络访问速度和网络利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种缓存内容的系统架构图；
图2为本发明实施例提供的一种计算机设备示意图；
图3为本发明实施例提供的一种缓存内容的方法流程示意图；
图4为本发明实施例提供的基站的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，是本发明实施例提供的一个缓存内容的基站系统，其中包含了若干基站101，以及移动终端102。
基站可利用基站间的微波或光纤等任意通信链路形成一跳或多跳互联网络，图中的基站间连接关系表示的是基站间逻辑上的相邻关系，即互为对方的直连基站。例如，图1中的基站3、4、5都是基站1的直连基站，基站1、4是基站5的直连基站。对于每一个基站，都存储有本基站缓存内容信息表和直连基站缓存内容信息表，当本基站收到用户移动终端的内容请求后，可以查询本基站的缓存内容信息表和直连基站的缓存内容信息表。如果命中，即可由缓存直接向用户提供请求的内容，如果未命中，在从外部数据网络获取请求的内容后，计算决定是否进行缓存。
图1中的带缓存功能的基站可以以图2中的计算机设备(或系统)的方式来实现。图2所示为本发明实施例提供的计算机设备示意图。该计算机设备包括至少一个处理器201，通信总线202，存储器203以及至少一个通信接口204。
处理器201可以是一个通用中央处理器(CPU)，微处理器，特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。
通信总线202可包括一通路，在上述组件之间传送信息。所述通信接口204，使用任何收发器一类的装置，用于与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(RAN)，无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)等。
存储器203可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random accessmemory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过总线与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。
其中，所述存储器203用于存储执行本发明方案的应用程序代码，并由处理器201来控制执行。所述处理器201用于执行所述存储器203中存储的应用程序代码。
在具体实现中，处理器201可以包括一个或多个CPU，每个CPU可以是一个单核(single-core)处理器，也可以是一个多核(multi-Core)处理器。这里的处理器可以指一个或多个设备、电路、和/或用于处理数据(例如计算机程序指令)的处理核。
在具体实现中，作为一种实施例，该计算机设备还可以包括输入/输出(I/O)接口205。例如，输出设备可以是液晶显示器(liquid crystal display，LCD),发光二级管(light emitting diode，LED)显示设备，阴极射线管(cathode ray tube，CRT)显示设备，或投影仪(projector)等。输入设备可以是鼠标、键盘、触摸屏设备或传感设备等。
上述的计算机设备可以是一个通用计算机设备或者是一个专用计算机设备。在具体实现中，计算机设备可以是台式机、便携式电脑、网络服务器、掌上电脑(Personal Digital Assistant，PDA)、移动手机、平板电脑、无线终端设备、通信设备、嵌入式设备或有图2中类似结构的设备。本发明实施例不限定计算机设备的类型。
如图1中的带缓存功能的基站可以为图2所示的设备，基站的存储器203中存储了一个或多个软件模块(例如：计算模块和判断模块)。基站可以通过处理器以及存储器中的程序代码来实现软件模块，完成内容的缓存。
如图3所示，是本发明实施例提供的一种缓存内容的的方法，应用于如图1所示系统中的每个基站。具体包括下列步骤：
301，基站接收到移动用户设备的内容请求，查询本基站缓存内容信息。
每个基站除保存有本基站的缓存相关信息外，还保存有与之直连的基站的缓存相关信息。一个具体的例子是，每个基站通过信息更新和相互信息交互各自维护5个信息表：本基站缓存内容信息表；本基站未命中请求信息表；直连基站表；直连基站缓存内容信息表；直连基站未命中请求信息表。下面具体说明一下。
本基站缓存内容信息表，可以包括已缓存内容的唯一标识，已缓存内容的大小，已缓存内容的被请求次数等信息。其中，已缓存内容唯一标识可以通过哈希计算已缓存内容的URL或部分内容的哈希值得到；已缓存内容大小可以通过计算其所占存储空间得到；已缓存内容被请求次数通过累加记录该内容请求次数得到。
本基站未命中请求信息表，可以包括未命中请求内容的标识，未命中次数等。其中，未命中请求内容的标识可以是URL或部分内容的哈希值，未命中次数在每次有移动终端请求此内容而未命中时加1，如果是请的请求内容，则生成新条目。
直连基站表，记录本基站与哪些基站直连，可以包括直连基站的标识，直连基站的IP地址。可以通过以下方式获得：运营商部署时基站间直连关系是已知的，可直接配置在基站中，或者可以通过网管中心下发相关信息。
直连基站缓存内容信息表和直连基站未命中请求信息表，记录了直连基站中的相关信息，它们可以通过主动或被动方式获得。当某个直连基站的“本基站缓存内容信息表”、“本基站未命中请求信息表”发生更新时，该直连基站主动将更新的信息发给与之直连的本基站。也可以通过周期性的轮询的方式更新。
基站接收到移动终端的内容请求后，查询本基站缓存内容信息表，如果命中请求，则由缓存的内容直接提供给用户。同时，更新本基站缓存内容信息表，其中的“已缓存内容的被请求次数”加1。
302，当确定本基站的缓存内容没有命中所述的内容请求时，计算第一效用值和第二效用值，所述第一效用值为缓存该未命中内容所降低网络流量的效用值，所述第二效用值为替换已缓存内容所增加的网络流量的效用值。
如果本基站的缓存内容没有命中接收到的请求，可以查询直连基站缓存内容信息表，如果直连基站也没有，则到外部数据网络中获取请求的内容。
获取本基站未缓存的内容后，进行下面的计算得到两个效用值，以确定是否需要缓存已获取的内容。先计算缓存该未命中内容所降低网络流量的效用值A。该效用值A与所述未命中内容的大小成正比，与本基站到外部数据网络之间的链路速率成反比，与所述未命中内容在本基站和其直连基站中未命中次数和成正比。再计算替换已缓存内容所增加的网络流量的效用值B，该效用值B与将被替换内容的大小成正比，与本基站到将被替换内容所在的直连基站之间的链路速率成反比，与将被替换内容在本基站和其直连基站命中次数成正比。若缓存该未命中内容时有足够的缓存空间，则该效用值B为0。以下给出一个具体A和B的数学表达实例。
对于本基站k，计算对于未命中的请求内容c的第一效用值，用Ak,c来表示，具体计算公式为
其中，part 1表示请求内容c从外部数据网络获取时产生的时延，具体的，len(c)表示内容c的数据长度，即未命中请求内容的大小；γk,CDN为本基站k与外部数据网络CDN之间的链路速率。part 2表示请求内容c在本基站k以及直连基站中的未命中次数。具体的，mk,c表示请求内容c在本基站k的未命中次数；mj,c表示请求内容c在直连基站j(其中表示本基站k的所有直连基站集合)中的未命中次数。值得注意的是，若请求内容c的目的服务器为本基站k的直连基站，则mk,c＝0。
下面计算第二效用值B，如果本基站缓存该未命中内容时有足够的缓存空间，则直接设第二效用值B等于零，缓存所述未命中的内容。否则需要替换掉本基站已缓存的内容。
设{dk,n,n＝1,2,....}表示本基站k已缓存的内容，其中n＝1,2,...表示按请求频次升序排列的本基站k已缓存内容的序号。缓存请求内容损失表示为本基站k替换掉τ个已缓存内容时的总损失，根据式计算，其中Bj,c,n表示本基站k替换掉已缓存内容dk,n，n＝1,2,....,τ时的所增加的网络流量效用值，τ满足Bj,c,n根据已缓存内容dk,n大小、已缓存内容dk,n在本基站k处的命中次数已缓存内容dk,n在本基站k的直连基站处的命中次数本基站k与直连基站之间的链路速率γj,k以及本基站k与外部数据网络之间的链路速率γk,CDN联合决定，并分为两种缓存判断情况分别进行计算，具体计算公式如下：
其中，表示缓存了内容dk,n的本基站k的直连基站子集合，表示不包含子集合的本基站k的直连基站集合。上式第一行表示缓存判断情况一：本基站k的一个或多个直连基站缓存了内容dk,n，该情况下若本基站k替换已缓存内容dk,n，仅增加其直连基站的网络流量。上式第二行表示缓存判断情况二：本基站k的所有直连基站都没有缓存内容dk,n，该情况下若本基站k替换已缓存内容dk,n，则会增加本基站k及其直连基站的网络流量，其中，part 1表示若本基站k替换了已缓存内容dk,n，则增加本基站k的直连基站网络流量，part 2表示若本基站k替换了已缓存内容dk,n，则增加本基站k本身的网络流量。
303，如果所述第一效用值大于所述第二效用值，则缓存所述未命中内容。
前述计算完成后，如果缓存所请求内容获得的增益大于损失，即Ak,c＞Bk,c，则本基站k使用请求内容c替换已缓存内容{dk,n,n＝1,2,...τ}，否则，本基站k不缓存请求内容c。
本发明实施例中，通过对用户请求内容特征和基站特征的分析计算，实现了基站缓存的分布式协作，有效降低了移动通信网络的负载，提高了网络访问速度和网络利用率。
如图4所示，本发明实施例还提供了一种基站的结构示意图，包括：接收单元401，计算单元402，存储单元403。其中：
所述接收单元，用于接收到移动用户设备的内容请求，查询存储单元存储的本基站缓存内容信息；
所述计算单元，用于当确定本基站缓存内容没有命中所述的内容请求时，计算第一效用值和第二效用值，所述第一效用值为缓存该未命中内容所降低网络流量的效用值，所述第二效用值为替换已缓存内容所增加的网络流量的效用值；
所述存储单元，用于当所述第一效用值大于所述第二效用值时缓存所述未命中内容。
在本实施例中，基站是以功能单元的形式来呈现。这里的“单元”可以指特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，电路，执行一个或多个软件或固件程序的处理器和存储器，集成逻辑电路，和/或其他可以提供上述功能的器件。在一个简单的实施例中，本领域的技术人员可以想到基站可以采用图2所示的形式。例如，计算单元402可以通过图2的处理器和存储器来实现；而接收单元401可以图2中的通信接口来实现。
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述图2或图4所示的基站所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述方法实施例所设计的程序。通过执行存储的程序，可以实现缓存内容。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
本领域技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过Internet或其它有线或无线电信系统。
本发明是参照本发明实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种缓存内容的方法，其特征在于，包括：
基站接收到移动用户设备的内容请求，查询本基站缓存内容信息；
当确定本基站缓存内容没有命中所述的内容请求时，计算第一效用值和第二效用值，所述第一效用值为缓存该未命中内容所降低网络流量的效用值，所述第二效用值为替换已缓存内容所增加的网络流量的效用值；
如果所述第一效用值大于所述第二效用值，则缓存所述未命中内容。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站保存了本基站和直连基站的缓存内容信息和未命中请求信息，用于计算所述第一效用值和第二效用值。
3.如权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述第一效用值与所述未命中内容的大小成正比，与本基站到外部数据网络之间的链路速率成反比，与所述未命中内容在本基站和其直连基站中未命中次数和成正比。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述第二效用值与将被替换内容的大小成正比，与本基站到将被替换内容所在的直连基站之间的链路速率成反比，与将被替换内容在本基站和其直连基站命中次数成正比。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，若缓存该未命中内容时有足够的缓存空间，则所述第二效用值等于零。
6.一种基站，其特征在于，包括接收单元，计算单元，以及存储单元，其中：
所述接收单元，用于接收到移动用户设备的内容请求，查询存储单元存储的本基站缓存内容信息；
所述计算单元，用于当确定本基站缓存内容没有命中所述的内容请求时，计算第一效用值和第二效用值，所述第一效用值为缓存该未命中内容所降低网络流量的效用值，所述第二效用值为替换已缓存内容所增加的网络流量的效用值；
所述存储单元，用于当所述第一效用值大于所述第二效用值时缓存所述未命中内容。
7.如权利要求6所述的基站，其特征在于，所述存储单元保存了本基站和直连基站的缓存内容信息和未命中请求信息，用于计算所述第一效用值和第二效用值。
8.如权利要求6-7任一项所述的基站，其特征在于，所述第一效用值与所述未命中内容的大小成正比，与本基站到外部数据网络之间的链路速率成反比，与所述未命中内容在本基站和其直连基站中未命中次数和成正比。
9.如权利要求6-8任一项所述的基站，其特征在于，所述第二效用值与将被替换内容的大小成正比，与本基站到将被替换内容所在的直连基站之间的链路速率成反比，与将被替换内容在本基站和其直连基站命中次数成正比。
10.如权利要求6-9任一项所述的基站，其特征在于，若缓存该未命中内容时存储单元有足够的缓存空间，则所述第二效用值等于零。
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