CN110022579A - 基于基站协作的内容缓存管理方法 - Google Patents

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杜春玲
陈前斌
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Abstract

本发明涉及一种基于基站协作的内容缓存管理方法，属于无线通信技术领域。该方法包括以下步骤：请求用户向关联基站发起内容请求消息；关联基站收到内容请求消息后，查询基站缓存列表，若请求内容已缓存在所述关联基站的缓存列表中，则关联基站将请求内容发送至请求用户并更新所述基站缓存列表；若关联基站的缓存列表中未缓存所述请求内容，则关联基站更新未缓存内容请求信息表，并通过核心网内容服务器/协作基站获得所述请求内容；若关联基站缓存所述请求内容，则对所述关联基站缓存列表/未缓存内容请求信息表进行更新。本方法能够实现对基站缓存的有效管理，可提高异构网络缓存内容命中率，降低系统平均访问时延。

Description

基于基站协作的内容缓存管理方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于基站协作的内容缓存管理方法。
背景技术
互联网技术及智能手机等移动设备的快速发展满足了用户随时随地访问多媒体内容的多样化需求，同时也导致了爆炸性的数据流量增加。为了更有效率地为用户提供需求内容(如新闻、视频、音乐)以及减少核心网到基站的回程压力，可采用无线缓存技术，通过将部分用户需求内容放置在具有缓存能力的近用户端设备，如蜂窝基站(Base Station，BS)等处，减少用户请求内容的时延和能量损耗。
近年来，已有文章针对蜂窝网络的缓存技术开展研究，如提出了一种分布式的内容缓存和分发策略，联合考虑内容流行程度分布，不同缓存容量和用户移动性，以实现内容检索时延降低及核心网业务流量的减少；也有研究提出了一种缓存设计方法，首先利用边缘网络用户的内容偏好的聚集效应，使用聚类算法来聚合用户和分割内容空间，从而达到降低用户维度和内容维度，并在新的用户空间和内容的维度空间，设计贪婪缓存算法。
现有的方法虽然能从一定程度上解决目前存在的部分问题，然而，现有研究较少考虑支持基站协作的蜂窝异构网络内容缓存方法，导致网络性能受限。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于基站协作的内容缓存管理方法，当关联基站缓存满载时，对于尚未缓存的请求内容，关联基站通过内容占用空间及访问频率计算内容缓存价值以更新缓存，从而提高异构网络缓存内容命中率，并降低系统平均访问时延。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于基站协作的内容缓存管理方法，该方法包括以下步骤：
S1：请求用户向关联基站发起内容请求消息；
S2：关联基站收到内容请求消息后，查询基站缓存列表，若请求内容已缓存在所述关联基站的缓存列表中，则所述关联基站将所述请求内容发送至所述请求用户，并更新所述基站缓存列表；
S3：若所述关联基站的缓存列表中未缓存所述请求内容，则所述关联基站更新未缓存内容请求信息表，并通过核心网内容服务器/协作基站获得所述请求内容；
S4：所述关联基站将获得的所述请求内容发送至所述请求用户，并计算内容缓存价值，继而根据所述内容缓存价值，判断是否缓存所述请求内容；
S5：若所述关联基站缓存所述请求内容，则对所述关联基站缓存列表/未缓存内容请求信息表进行更新；
所述关联基站为宏蜂窝基站(Macro Base Station，MBS)或小蜂窝基站(SmallBase Station，SBS)，均具有缓存功能且缓存空间有限。
进一步，所述内容请求消息包括但不限于请求用户标识、请求内容标识、内容获取最大可允许时延；所述基站缓存列表存储的信息包括但不限于已缓存内容标识，已缓存内容大小以及已缓存内容命中次数信息，所述已缓存内容标识为部分内容的哈希值/已缓存内容的统一资源定位符(Uniform Resource Locator，URL)，所述已缓存内容大小通过计算其所占存储空间获得，所述已缓存内容命中次数是指已缓存在所述关联基站的所述请求内容被所述关联基站覆盖范围下的用户请求的总次数，已缓存内容命中次数在每次关联基站命中所述请求内容时加1。
进一步，在步骤S2至S4中，若所述请求用户所关联基站为MBS，所述MBS收到内容请求消息后，查询所述基站缓存列表，若已缓存所述请求内容，则将其发送至所述请求用户，并累加所述基站缓存列表中所述请求内容的命中次数；若所述MBS未缓存所述请求内容，则向核心网内容服务器发起所述内容请求，并更新所述未缓存内容请求信息表，收到由核心网内容服务器发送的所述请求内容后转发给所述请求用户，计算所述内容缓存价值，并判断是否需缓存所述请求内容；
所述未缓存内容请求信息表，包括未缓存内容标识，未缓存内容请求次数信息；所述未缓存内容标识为部分内容的哈希值/未缓存内容的URL，所述未缓存内容请求次数在每次有用户请求此内容时加1，若为新的请求内容，则生成新条目。
进一步，所述内容缓存价值被描述为内容访问频率与内容大小的差值，即其中，Vb,i为基站b缓存内容i的内容缓存价值；Fb,i为与基站b相关联的请求用户对内容i的访问频率；ΔSb,i为内容i与基站b缓存列表平均内容大小的差值，ε为任意小的非零实数。
进一步，所述访问频率Fb,i具体表示为：其中，Nb,i为内容i被命中/请求的次数，fb为基站b收到的所有请求内容。
进一步，所述内容差值ΔSb,i具体表示为：其中，为基站b缓存列表中所有已缓存内容大小的平均值，Sb,i为请求内容i的大小。
进一步，所述MBS根据所述内容缓存价值确定是否缓存所述请求内容，包括：判断所述缓存列表中是否存在比所述请求内容的缓存价值更小的已缓存内容；若是，则比较所述缓存价值更小的已缓存内容的缓存占用空间是否大于所述请求内容的大小；若是，则删除所述缓存列表中具有最小缓存价值的内容，并判断缓存空间是否足以缓存所述请求内容；若是，则缓存所述请求内容，否则，重复执行上述过程。
进一步，若所述请求用户所关联基站为SBS，所述SBS收到内容请求消息后，查询所述基站缓存列表，若已缓存所述请求内容，则将其发送至所述请求用户，并对所述基站缓存列表中所述请求内容的命中次数进行加1更新；
若所述SBS未缓存所述请求内容，则更新所述未缓存内容请求信息表，并广播所述请求内容，查询协作基站是否已缓存所述请求内容；所述SBS收到从协作基站或核心网内容服务器获得的所述请求内容后转发给所述请求用户，计算所述内容缓存价值，并判断是否需缓存所述请求内容。
进一步，所述协作基站为MBS或请求用户所关联SBS邻近的SBS；
广播所述请求内容，查询协作基站是否已缓存所述请求内容之后，包括：若所述MBS或所述邻近SBS已缓存所述请求内容，则所述MBS或所述邻近SBS将内容发送给所述请求用户所关联SBS，并更新所述MBS或所述邻近SBS的缓存列表；若所述MBS及所述邻近SBS均已缓存所述请求内容，则由所述邻近SBS为所述关联基站执行协作内容转发；若存在多个邻近SBSs均已缓存所述请求内容，则选择与所述关联基站链路性能最优的邻近SBS执行协作内容转发；若所述MBS及所述邻近SBS均未缓存所述请求内容，则由所述MBS向核心网内容服务器发起请求，获得所述请求内容，继而发送至所述请求用户所关联SBS。
本发明的有益效果在于：本发明提供的方法通过考虑基站协作以及对请求内容缓存价值的分析评估，实现对基站缓存的有效管理、更新，可提高异构网络缓存内容命中率，并降低系统平均访问时延。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为具有缓存功能的异构网络场景示意图；
图2为基于基站协作的缓存管理方法的流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。
本具体实施例针对现有技术中，在缓存更新规则中，基站替换的总是访问频率最低或者是占用空间最小的内容，导致缓存空间利用率及缓存命中率低的问题，提供一种基于基站协作的缓存管理方法，当关联基站缓存满载时，对于尚未缓存的请求内容，关联基站通过内容占用空间及访问频率计算内容缓存价值以更新缓存，可提高异构网络缓存内容命中率，并降低系统平均访问时延。
图1为具有缓存功能的异构网络场景示意图，图2为本发明实施例提供的一种基于基站协作的缓存管理方法的流程图，该缓存管理方法用于异构网络中具有缓存功能的蜂窝基站，如图所示，所述缓存管理方法包括：
步骤S101、请求用户向关联基站发起内容请求消息；
步骤S102、所述关联基站收到所述内容请求消息后，查询基站缓存列表；
步骤S103、若所述请求内容已缓存在所述关联基站的缓存列表中，则所述关联基站将所述请求内容发送至所述请求用户，并更新所述基站缓存列表；
步骤S104、若所述关联基站的缓存列表中未缓存所述请求内容，则所述关联基站更新未缓存内容请求信息表，并通过核心网内容服务器/协作基站获得所述请求内容；
步骤S105、所述关联基站将获得的所述请求内容发送至所述请求用户，并计算内容缓存价值，继而根据所述内容缓存价值，判断是否缓存所述请求内容；
步骤S106、若所述关联基站缓存所述请求内容，则对所述关联基站缓存列表/未缓存内容请求信息表进行更新。
优选的，所述关联基站为宏蜂窝基站(Macro Base Station，MBS)/小蜂窝基站(Small Base Station，SBS)；所述MBS和SBS均具有缓存功能且缓存空间有限。
优选的，所述内容请求消息包括请求用户标识、请求内容标识、内容获取最大可允许时延等。
优选的，所述基站缓存列表存储已缓存内容标识，已缓存内容大小以及已缓存内容的命中次数等信息；所述已缓存内容标识为部分内容的哈希值/已缓存内容的统一资源定位符(Uniform Resource Locator，URL)，所述已缓存内容大小可以通过计算其所占存储空间获得，所述已缓存内容命中次数在每次所述关联基站命中所述请求内容时加1。
具体的，所述已缓存内容命中次数是指已缓存在所述关联基站的所述请求内容被所述关联基站覆盖范围下的用户请求的总次数。
优选的，若所述请求用户所关联基站为MBS，所述MBS收到内容请求消息后，查询所述基站缓存列表，若已缓存所述请求内容，则将其发送至所述请求用户，并累加所述基站缓存列表中所述请求内容的命中次数；
若所述MBS未缓存所述请求内容，则向核心网内容服务器发起所述内容请求，并更新所述未缓存内容请求信息表，收到由核心网内容服务器发送的所述请求内容后转发给所述请求用户，计算所述内容缓存价值，并判断是否需缓存所述请求内容。
优选的，所述未缓存内容请求信息表，包括未缓存内容标识，未缓存内容请求次数等信息；所述未缓存内容标识为部分内容的哈希值/未缓存内容的URL，所述未缓存内容请求次数在每次有用户请求此内容时加1，若为新的请求内容，则生成新条目。
优选的，所述内容缓存价值被描述为内容访问频率与内容大小的比值，即其中，Vb,i为基站b缓存内容i的内容缓存价值；为与基站b相关联的请求用户对内容i的访问频率，其中，Nb,i为内容i被命中/请求的次数，fb为基站b收到的所有请求内容；为内容i与基站b缓存列表中内容平均大小的差值，其中，为基站b缓存列表中所有已缓存内容大小的平均值，Sb,i为请求内容i的大小；ε为任意小的非零实数。
优选的，所述MBS根据所述内容缓存价值确定是否缓存所述请求内容，包括：
判断所述缓存列表中是否存在比所述请求内容的缓存价值更小的已缓存内容；
若是，则比较所述已缓存内容的缓存占用空间是否大于所述请求内容的大小；
若是，则删除所述缓存列表中具有最小缓存价值的内容，并判断缓存空间是否足以缓存所述请求内容；
若是，则缓存所述请求内容，否则，重复执行上述过程。
优选的，所述缓存管理方法还包括：若所述请求用户所关联基站为SBS，所述SBS收到内容请求消息后，查询所述的基站缓存列表，若已缓存所述请求内容，则将其发送至所述请求用户，并对所述基站缓存列表中所述请求内容的命中次数进行加1更新。
若所述SBS未缓存所述请求内容，则更新所述未缓存内容请求信息表，并广播所述请求内容，查询协作基站是否已缓存所述请求内容；所述SBS收到从协作基站或核心网内容服务器获得的所述请求内容后转发给所述请求用户，计算所述内容缓存价值，并判断是否需缓存所述请求内容。
优选的，所述协作基站为MBS/所述请求用户所关联SBS邻近的SBS。
优选的，所述广播所述请求内容，查询协作基站是否已缓存所述请求内容之后，包括：
若所述MBS或所述邻近SBS已缓存所述请求内容，则所述MBS或所述邻近SBS将内容发送给所述请求用户所关联SBS，并更新所述MBS或所述邻近SBS的缓存列表；
若所述MBS及所述邻近SBS均已缓存所述请求内容，则由所述邻近SBS为所述关联基站执行协作内容转发；若存在多个邻近SBSs均已缓存所述请求内容，则选择与所述关联基站链路性能最优的邻近SBS执行协作内容转发；
若所述MBS及所述邻近SBS均未缓存所述请求内容，则由所述MBS向核心网内容服务器发起请求，获得所述请求内容，继而发送至所述请求用户所关联SBS。
本实施例提供的基于基站协作的缓存管理方法，当关联基站缓存满载时，对于尚未缓存的请求内容，关联基站通过内容占用空间及访问频率计算内容缓存价值以更新缓存，可提高异构网络缓存内容命中率，并降低系统平均访问时延。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于基站协作的内容缓存管理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：请求用户向关联基站发起内容请求消息；
S2：关联基站收到内容请求消息后，查询基站缓存列表，若请求内容已缓存在所述关联基站的缓存列表中，则所述关联基站将所述请求内容发送至所述请求用户，并更新所述基站缓存列表；
S3：若所述关联基站的缓存列表中未缓存所述请求内容，则所述关联基站更新未缓存内容请求信息表，并通过核心网内容服务器/协作基站获得所述请求内容；
S4：所述关联基站将获得的所述请求内容发送至所述请求用户，并计算内容缓存价值，继而根据所述内容缓存价值，判断是否缓存所述请求内容；
S5：若所述关联基站缓存所述请求内容，则对所述关联基站缓存列表/未缓存内容请求信息表进行更新；
所述关联基站为宏蜂窝基站(Macro Base Station，MBS)或小蜂窝基站(Small BaseStation，SBS)，均具有缓存功能且缓存空间有限。
2.根据权利要求1所述的基于基站协作的内容缓存管理方法，其特征在于：所述内容请求消息包括但不限于请求用户标识、请求内容标识、内容获取最大可允许时延；所述基站缓存列表存储的信息包括但不限于已缓存内容标识，已缓存内容大小以及已缓存内容命中次数信息，所述已缓存内容标识为部分内容的哈希值/已缓存内容的统一资源定位符(Uniform Resource Locator，URL)，所述已缓存内容大小通过计算其所占存储空间获得，所述已缓存内容命中次数是指已缓存在所述关联基站的所述请求内容被所述关联基站覆盖范围下的用户请求的总次数，已缓存内容命中次数在每次关联基站命中所述请求内容时加1。
3.根据权利要求2所述的基于基站协作的内容缓存管理方法，其特征在于：在步骤S2至S4中，若所述请求用户所关联基站为MBS，所述MBS收到内容请求消息后，查询所述基站缓存列表，若已缓存所述请求内容，则将其发送至所述请求用户，并累加所述基站缓存列表中所述请求内容的命中次数；若所述MBS未缓存所述请求内容，则向核心网内容服务器发起所述内容请求，并更新所述未缓存内容请求信息表，收到由核心网内容服务器发送的所述请求内容后转发给所述请求用户，计算所述内容缓存价值，并判断是否需缓存所述请求内容；
所述未缓存内容请求信息表，包括未缓存内容标识，未缓存内容请求次数信息；所述未缓存内容标识为部分内容的哈希值/未缓存内容的URL，所述未缓存内容请求次数在每次有用户请求此内容时加1，若为新的请求内容，则生成新条目。
4.根据权利要求3所述的基于基站协作的内容缓存管理方法，其特征在于：所述内容缓存价值被描述为内容访问频率与内容大小的差值，即其中，Vb,i为基站b缓存内容i的内容缓存价值；Fb,i为与基站b相关联的请求用户对内容i的访问频率；ΔSb,i为内容i与基站b缓存列表平均内容大小的差值，ε为任意小的非零实数。
5.根据权利要求4所述的基于基站协作的内容缓存管理方法，其特征在于：所述访问频率Fb,i具体表示为：其中，Nb,i为内容i被命中/请求的次数，fb为基站b收到的所有请求内容。
6.根据权利要求5所述的基于基站协作的内容缓存管理方法，其特征在于：所述内容差值ΔSb,i具体表示为：其中，为基站b缓存列表中所有已缓存内容大小的平均值，Sb,i为请求内容i的大小。
7.根据权利要求6所述的基于基站协作的内容缓存管理方法，其特征在于：所述MBS根据所述内容缓存价值确定是否缓存所述请求内容，包括：判断所述缓存列表中是否存在比所述请求内容的缓存价值更小的已缓存内容；若是，则比较所述缓存价值更小的已缓存内容的缓存占用空间是否大于所述请求内容的大小；若是，则删除所述缓存列表中具有最小缓存价值的内容，并判断缓存空间是否足以缓存所述请求内容；若是，则缓存所述请求内容，否则，重复执行上述过程。
8.根据权利要求2所述的基于基站协作的内容缓存管理方法，其特征在于：若所述请求用户所关联基站为SBS，所述SBS收到内容请求消息后，查询所述基站缓存列表，若已缓存所述请求内容，则将其发送至所述请求用户，并对所述基站缓存列表中所述请求内容的命中次数进行加1更新；
若所述SBS未缓存所述请求内容，则更新所述未缓存内容请求信息表，并广播所述请求内容，查询协作基站是否已缓存所述请求内容；所述SBS收到从协作基站或核心网内容服务器获得的所述请求内容后转发给所述请求用户，计算所述内容缓存价值，并判断是否需缓存所述请求内容。
9.根据权利要求8所述的基于基站协作的内容缓存管理方法，其特征在于：所述协作基站为MBS或请求用户所关联SBS邻近的SBS；
广播所述请求内容，查询协作基站是否已缓存所述请求内容之后，包括：若所述MBS或所述邻近SBS已缓存所述请求内容，则所述MBS或所述邻近SBS将内容发送给所述请求用户所关联SBS，并更新所述MBS或所述邻近SBS的缓存列表；若所述MBS及所述邻近SBS均已缓存所述请求内容，则由所述邻近SBS为所述关联基站执行协作内容转发；若存在多个邻近SBSs均已缓存所述请求内容，则选择与所述关联基站链路性能最优的邻近SBS执行协作内容转发；若所述MBS及所述邻近SBS均未缓存所述请求内容，则由所述MBS向核心网内容服务器发起请求，获得所述请求内容，继而发送至所述请求用户所关联SBS。
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