CN111093187A - 在蜂窝网及wlan中实现数据内容中继的传输方法 - Google Patents

在蜂窝网及wlan中实现数据内容中继的传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在蜂窝网及WLAN中实现数据内容中继的传输方法，在网络汇聚层加入若干存储中继节点，存储中继节点通过存储中继实现数据内容存储，通过控制节点设置的控制器的控制策略决定存储的数据内容何时上传和转发到目的地的存储中继，其中网络负载均衡、终端设备能耗和目的地的存储中继的最优化选择按照业务类型被处理；解决运营商的管道化愈加严重，大数据量传输的同时用户体验不好，大数据量使得网络的潮汐现象明显加重，对于终端用户来说，发送大文件到指定地点受两者之间路径及网络环境影响，速度不稳定，浪费大量电池资源的问题。

Description

在蜂窝网及WLAN中实现数据内容中继的传输方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种在蜂窝网及WLAN中实现数据内容中继的传输方法。
背景技术
近年来，越来越多的高清多媒体类功能被加入到移动终端上，尤其是平板电脑上，譬如：1080p高清摄像、1200万像素高清数码相机、大型手机应用软件等等，这些都对网络接入性能，尤其是大数据量文件的上传与分享提出了新的要求。这些新需求导致以下问题：
1.运营商的管道化愈加严重，需要在实现大数据量传输的同时，满足用户的使用体验，并减少数据成本。
2.大数据量使得网络的潮汐现象明显加重。
3.对于终端用户来说，发送大文件到指定地点受两者之间路径及网络环境影响，速度不稳定，浪费大量电池资源。
解决以上问题在有线互联网上采取p2p（点对点）的传输方法，但该解决方案在不做改变的情况下不适合无线使用者发布（上传）信息；由于p2p采用公开搜索文件块哈希数的方法，同样不适合应用在有严密关联性的社交网络中。
谷歌、微软虽然提供了文件共享服务，但是其基于有线互联网，文件存储的地理位置没有对上传和下载者做优化，用户无法判断该文件存储的位置和预计访问速度。如果采用传统HTTP上传方法，由于无线环境的不稳定性，单个上传文件大小很难达到GB级别。
目前基于TCP直连的传统互联网解决方案应用在移动互联网环境下有严重缺陷：移动用户和移动用户之间传输数据时，若采用TCP直连方案，双方的信道带宽都对传输质量有影响，很难做到发送者和接收者的带宽同步，由于整体带宽受限于最差（最窄）者的带宽，所以传输效率很低。若采取互联网网站中转方法，由于网络层和应用层的隔离和运营商拓扑隐藏等因素，应用层无法知道发送者和接收者在网络中的精确定位信息，即使通过GPS等知道了用户的物理精确位置，也无法通知网络层做相应的优化，这导致了运营商成为数据管道，所有的数据都必须通过运营商出口网关才能到达本该在网内交换的目的地。客观上制造了庞大的网间流量和带宽资源浪费。
在固定互联网中的p2p协议由于充分发掘了用户间的带宽而迅速走红，目前已经占据互联网一半以上的流量。但是p2p协议应用于移动互联网有致命缺陷：移动终端没有无限的电力供应，电池在最近30年内都没有质的飞跃，在移动终端上实现p2p算法，即使运营商不限流量，终端电池也会被“即上传又下载”的p2p应用很快耗尽。
CDN网络通过在现有的Internet中增加一层新的网络架构，将网站的内容发布到最接近用户的网络"边缘"，使用户可以就近取得所需的内容，解决Internet网络拥塞状况，提高用户访问网站的响应速度。内容分发布网络(CDN)是一种新型的网络构建方式，它通过用户就近性和服务器负载的判断，确保内容以一种高效的方式为用户的请求提供服务。总的来说，内容服务基于缓存服务器，也称作代理缓存，它距用户比原网站资源更近。同时，代理缓存是内容提供商源服务器(通常位于CDN服务提供商的数据中心)的一个透明镜像。这样的架构使得CDN服务提供商能够代表内容供应商，向最终用户提供尽可能好的体验，缩短请求响应时间，如图1所示。
CDN网络虽然可以通过缓存与DNS解释使得用户更加靠近内容，但是仅局限于互联网骨干，在移动网中只能在移动网关出口(GGSN、PDG、PGW等)部署，内容分发仍受限于移动出口网关的带宽。另外CDN仅能对单向的下行数据分发进行优化，并没有解决1中提出的运营商管道化，潮汐效应和移动用户上行传输大数据文件的速度与能耗问题。原有CDN不能部署在移动接入网内是有历史原因的：2G移动网络全部由电路域构成，在GGSN之前没有IP的概念，所以根本无法实现；3G移动网络虽然拥有了包交换网络PS域，但包交换方法却用ATM实现，这也不利于全IP的缓存服务器部署。再者，2G/3G网络接入速度远小于2Mbps的固定宽带接入，根本不能完成大数据交换，所以一直没有此项需求。但4G/5G全IP网络和WLAN无线城市彻底改变了人们对于移动互联网的认识。4G/5G/WLAN接入速度普遍高于100Mbps（4G/5G LTA宣称支持1Gbps、WLAN已经做到600Mbps）。这样高的接入速率加上微蜂窝、微微蜂窝、小基站覆盖的概念，配合全IP网络，使得全IP缓存服务器进军移动接入网成为可能。
发明内容
本发明的目的是提供一种在蜂窝网及WLAN中实现数据内容中继的传输方法，解决运营商的管道化愈加严重，大数据量传输的同时用户体验不好，大数据量使得网络的潮汐现象明显加重，对于终端用户来说，发送大文件到指定地点受两者之间路径及网络环境影响，速度不稳定，浪费大量电池资源的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：在蜂窝网及WLAN中实现数据内容中继的传输方法，在网络汇聚层加入若干存储中继节点，存储中继节点通过存储中继实现数据内容存储，通过控制节点设置的控制器的控制策略决定存储的数据内容何时上传和转发到目的地的存储中继，其中网络负载均衡、终端设备能耗和目的地的存储中继的最优化选择按照业务类型被处理。
控制策略包括（1）发送用户选择目标用户并发送文件，要发送的数据被加密并发送至距离发送用户最短路径的存储中继，如果发送用户是未接电源线的移动终端，只有部分数据会被上传，完整数据在接通电源时才被上传；
（2）控制节点根据目标用户的位置计算到达距离目标用户最短路径的存储中继，向目标用户最短路径的存储中继发送文件指示信息，并根据业务类型、历史经验数据和网络负载情况判断转发文件的延时时间；
（3）距离发送用户最短路径的存储中继用发送用户的SIM信息解密数据，并用目标用户的SIM信息加密数据并传送至距离目标用户最短路径的存储中继；
（4）如果发送用户或目标用户在数据上传或接收时移动至新的存储中继，数据将会跟随该用户一起转移到新的最近的存储中继上；
（5）目标用户通过专享链接直接访问距离目标用户最短路径的存储中继收到的内容，此时如果内容不完整，发送用户会被要求上传完整文件。
用户设备中采用SIM卡，数据内容利用SIM实现密钥加密/解密，上传到存储中继节点的数据内容被根据发送用户的SIM信息加密保存，在转发时，数据内容被解密然后按照目标用户的SIM信息加密，直至被下载。
存储中继节点为一个代理（agent）节点工作，一方面接收和缓存发送用户的数据文件，另一方面当被收到目标用户请求或者接收到控制节点指令时，将缓存的数据发送给目标用户。
控制器为逻辑实体，通过包括SNMP/NetConf协议与存储中继节点通信，监测和控制存储中继节点的状态，更新与下发存储中继策略以及计算与决定目标存储位置。
根据移动网络汇聚节点包括汇聚交换机、路由器、边缘路由器和/或网关的实时流量统计信息，当上行流量达到一定门限值时，发送指示消息给控制器，控制器触发相应的存储中继策略执行，即较低业务优先级的数据将会被存储到距离发送用户较近的存储中继上。
本发明以实现大数据量内容的快速上传，分布存储与批量转发，优化无线接入网络的使用，平衡网络负载，降低网络出口网关的拥塞和延迟，通过SIM信息对数据进行加密，增强信息安全，根据终端的电源接通状态来判断是否该自动上传/下载相应文件。
本发明的有益效果是：由于分布式存储中继的使用，运营商可对用户内容进行加密，存储与转发，从而在实现数据的交换之外，增强了对内容安全的掌控。另外，由于可对不同业务的数据进行优先级分类，通过对低优先级业务实行延时中继，可解决网络负载不均衡潮汐效应问题；对于用户而言，由于存储中继的存在可以以最快速度将要传输的文件上传至存储中继，文件将随后被发送至接收者，从而使用户最大享受带宽的同时，最小化电池消耗。
附图说明
图1为本发明存储中继在蜂窝网络中的位置示意图；
图2为本发明存储中继在WLAN网络中的位置示意图；
图3为控制器控制节点对存储中继的控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例如图1、2和3所示，本实施例提供一种移动网络中大数据量文件的存储与转发的中继方法，通过在网络中加入存储中继节点，路由控制器实现大数据量文件的高效上传与转发，优化网络负载，减低用户终端设备能耗。
其中，存储中继节点位于移动网络的底端，其具体位置在不同制式的蜂窝网和WLAN中有所不同。 总体而言，存储中继节点需要被部署在接入网络汇聚层，以实现最佳效果。
由于存储中继节点在网络中的位置距离用户很近，用户在上传时，数据不再经过所有网元设备直接实时的传输到目的地节点，而是直接暂存在存储中继，这样数据可以以最快的速度被上传。而储存的数据会由控制器策略决定何时转发到目的地存储中继。在策略中，网络负载均衡和目的存储中继的最优化选择将按照业务的类型被处理。例如，当网络处于忙碌状态，而用户发送的并不是优先级高的实时业务，那么数据将被暂存在本地，控制节点会计算距离目的地最近的存储中继点，并把文件的链接信息发送给目的用户。文件内容数据将被存储在源存储中继直至网络进入空闲或者目的用户触发下载请求。
具体地, 根据移动网络汇聚节点(aggregation router/PGW/BRAS)的实时流量统计信息，当上行流量达到一定门限值时，发送指示消息给控制器，控制器触发相应的存储中继策略执行，即较低业务优先级的数据将会被存储到较近的本地源存储中继上。
控制器是一个逻辑实体软件模块，通过SNMP/NetConf等协议与存储中继节点通信； 主要用于监测和控制存储中继节点的状态，更新与下发存储中继策略以及计算与决定目标存储位置；控制器具有全局存储中继节点信息， 它根据全网状态来决定相应的存储中继，以及何时在存储中继节点之间传送数据内容等；发送终端根据自己的状态（是否接电）自行决定是否上传完整数据，当上传数据不完整时，只有当目标用户要求时，才会上传全部数据。
控制器软件模块可以和移动网络的核心网设备（如图1中的服务网关或数据网关）或者固网中的接入服务器（如图2中的宽带接入服务器）共存在同一物理服务器上；也可单独存在云上其他的物理服务器上；
另外，用户设备中采用SIM卡，文件数据利用SIM可以实现密钥加密/解密。采用SIM卡可以充分利用双向鉴权的有益特点，除了网络鉴权用户之外，用户也鉴权网络，从而加强了文件传输或共享的安全性和可管理性。采用SIM卡还可以生成信令完整性密钥，可以用来保护文件安全性。上传到存储中继点的文件信息被根据发送用户的SIM信息加密保存，在转发时，数据被解密然后按照目的用户的SIM信息加密，直至被下载，所有的加解密过程对于用户都是透明的。
本实施例控制流程步骤包括：
1.发送用户即源用户选择接受目标与发送文件，要发送的数据被加密并发送至距离自己最近的存储中继。如果发送者是未接电源线的移动终端，只有部分数据会被上传，完整数据在接通电源时才被上传；
2.控制节点根据目标用户的位置计算到达对方存储中继的最短路径，向目标存储中继发送文件指示信息，并根据业务类型与历史经验数据，与网络负载情况判断转发文件的延时时间，以减缓潮汐效应；
3.源存储中继用发送用户的SIM信息解密数据，并用接收用户的SIM信息加密数据并传送至目标用户最近的存储中继；
4.如果用户在数据上传时移动至新的存储中继，数据将会跟随该用户一起转移到新的存储中继上；
5.目标用户通过专享链接直接访问受到的内容，此时如果内容不完整，发送用户会被要求上传完整文件。
存储中继节点可以使用虚拟终端用户设备的方法来接收或发送文件，存储中继节点为一个代理（agent）节点工作，一方面接收和缓存发送用户的数据文件，另一方面当被收到目标用户请求或者接收到控制节点指令时，将缓存的数据发送给目标用户。
本实施例实现如下有益效果：
1.通过在在接入网络中加入本发明实现数据的存储与中继功能。
2.通过分布式存储与中继使得用户可以快速上传文件。
3.数据的中继转发功能使得在大量数据可以在网络空闲时发送，从而优化网络负载，解决潮汐效应。
4.使用本发明通过SIM信息对数据进行加密，增强信息安全。
网络可以根据终端的电源接通状态来判断是否该自动上传/下载相应文件。

Claims (6)

1.在蜂窝网及WLAN中实现数据内容中继的传输方法，其特征在于：在网络汇聚层加入若干存储中继节点，存储中继节点通过存储中继实现数据内容存储，通过控制节点设置的控制器的控制策略决定存储的数据内容何时上传和转发到目的地的存储中继，其中网络负载均衡、终端设备能耗和目的地的存储中继的最优化选择按照业务类型被处理。
2.根据权利要求1所述的在蜂窝网及WLAN中实现数据内容中继的传输方法，其特征在于：控制策略包括（1）发送用户选择目标用户并发送文件，要发送的数据被加密并发送至距离发送用户最短路径的存储中继，如果发送用户是未接电源线的移动终端，只有部分数据会被上传，完整数据在接通电源时才被上传；
（2）控制节点根据目标用户的位置计算到达距离目标用户最短路径的存储中继，向目标用户最短路径的存储中继发送文件指示信息，并根据业务类型、历史经验数据和网络负载情况判断转发文件的延时时间；
（3）距离发送用户最短路径的存储中继用发送用户的SIM信息解密数据，并用目标用户的SIM信息加密数据并传送至距离目标用户最短路径的存储中继；
（4）如果发送用户或目标用户在数据上传或接收时移动至新的存储中继，数据将会跟随该用户一起转移到新的最近的存储中继上；
（5）目标用户通过专享链接直接访问距离目标用户最短路径的存储中继收到的内容，此时如果内容不完整，发送用户会被要求上传完整文件。
3.根据权利要求2所述的在蜂窝网及WLAN中实现数据内容中继的传输方法，其特征在于：用户设备中采用SIM卡，数据内容利用SIM实现密钥加密/解密，上传到存储中继节点的数据内容被根据发送用户的SIM信息加密保存，在转发时，数据内容被解密然后按照目标用户的SIM信息加密，直至被下载。
4.根据权利要求1或2所述的在蜂窝网及WLAN中实现数据内容中继的传输方法，其特征在于： 存储中继节点为一个代理节点工作，一方面接收和缓存发送用户的数据文件，另一方面当被收到目标用户请求或者接收到控制节点指令时，将缓存的数据发送给目标用户。
5.根据权利要求1或2所述的在蜂窝网及WLAN中实现数据内容中继的传输方法，其特征在于：控制器为逻辑实体，通过包括SNMP/NetConf协议与存储中继节点通信，监测和控制存储中继节点的状态，更新与下发存储中继策略以及计算与决定目标存储位置。
6.根据权利要求1或2所述的在蜂窝网及WLAN中实现数据内容中继的传输方法，其特征在于：根据移动网络汇聚节点包括汇聚交换机、路由器、边缘路由器和/或网关的实时流量统计信息，当上行流量达到一定门限值时，发送指示消息给控制器，控制器触发相应的存储中继策略执行，即较低业务优先级的数据将会被存储到距离发送用户较近的存储中继上。
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