CN112671880A - 分布式内容缓存和寻址方法、系统、介质、宏基站及微基站 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式内容缓存和寻址方法、系统、介质、宏基站及微基站；所述分布式内容缓存方法包括以下步骤：统计于一预设时间段内，用户所请求的至少一原始文件，并预测用户在下一预设时间段内，请求原始文件的流行度；从原始文件中选取目标文件；对目标文件进行拆分，将目标文件分成至少一文件片段；对每一文件片段进行处理；将处理后的文件片段分别对应发送至所有微基站内；本发明通过在宏基站中，根据宏基站下有缓存能力的微基站个数将一整个文件进行拆分，并分段存储在位于网络边缘的存储单元中，相较于文件整体缓存减少了请求和回传跳数，不仅可以显著降低文件的请求时延，而且可以减少文件的请求能耗。

Description

分布式内容缓存和寻址方法、系统、介质、宏基站及微基站

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别是涉及一种分布式内容缓存和寻址方法、系统、介质、宏基站及微基站。

背景技术

随着通信技术与应用的飞速发展，“内容化”、“宽带化”与“移动化”已经成为网络发展的主旋律，人们对流量和内容的需求日渐强烈；根据思科可视化网络指数的预测，到2021年，全球互联网流量将相当于2005年全球互联网容量的127倍，无线和移动设备的流量将占到总IP流量的63％以上；随着网络需求的爆炸性增长及物联网的发展，近年来无线设备的数量有了极大的增长，有线网络架构和无线网络架构都将迎来前所未有的挑战，传统以主机为中心的网络架构将难以满足当前对网络服务质量的要求，为此信息中心网络(Information-Centric Networking，ICN)作为一种新的网络架构被提出，ICN的提出以及实施将有效缓解这种网络拥塞的现状，信息中心网络以内容为中心，提出了一种革命性的全新互联网架构，在ICN网络中，用户所需的内容信息往往被存储在网络边缘的存储器中，ICN可实现内容与位置分离，网络内置缓存等功能，从而更好满足大规模网络内容分发、移动内容存取、网络流量均衡等需求，但这种全新网络体系结构在理论、技术和应用方面尚有许多问题亟待解决。

在现有的基于ICN的无线网络缓存部署中，大多采用文件整体缓存的方案，这种方案是将整个文件缓存到网络边缘，用户请求数据并不需要像在传统无线网络一样沿着回程链路通过多跳映射向内容服务器去请求，而是通过根据所需的文件名向所属的基站请求文件，基站的存储器中如果缓存有该文件，则通过出接口将文件返回给用户，若没有则在存储器的兴趣转发表中挂出该文件名，并通过路由器基于FIB中的信息和路由器中的自适应转发策略向宏基站(MBS)转发兴趣包去请求(如果MBS中也没有相应的数据，则向位于核心网的内容生产者转发兴趣包)直到请求到所需文件为止，文件整体缓存不仅可以显著的减小文件的平均请求时延，而且能显著减少通信系统的冗余。

但是，文件整体缓存方案还存在以下缺陷：

(1)当用户请求并不在所附着基站缓存的数据时需要向所有微基站组进行广播或者是向上一级的MBS中去检索该MBS内的全部的缓存数据，这样不仅仅增加了信令开销还增加了请求功耗。

(2)如果用户所附着的微基站(SBS)的存储器中并不含有所请求的数据，则会造成请求时延和传输跳数都会很高；如果另一个用户刚好附着在含有缓存的SBS上，则该用户的请求时延和传输跳数会非常低，这样就带来了用户请求数据的公平性问题，即两个用户请求到同一个文件的时延会有很大差别。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种分布式内容缓存和寻址方法、系统、介质、宏基站及微基站，用于解决现有文件整体缓存技术存在的请求文件的信令开销和请求功耗过大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种分布式内容缓存方法，应用于无线网络中的宏基站，所述无线网络采用上下两层的网络结构，其中，上层包括一所述宏基站，下层包括至少一微基站，所述微基站具备缓存能力；所述分布式内容缓存方法包括以下步骤：统计于一预设时间段内，用户所请求的至少一原始文件，并预测所述用户在下一所述预设时间段内，请求所述原始文件的流行度；根据所有所述微基站的缓存能力，按照所述流行度从大到小的顺序，从所述原始文件中选取至少一目标文件；根据所有所述微基站的总个数及每一所述微基站的存储容量，对所述目标文件进行拆分，以将所述目标文件分成至少一文件片段；所述文件片段的数量与所有所述微基站的总个数相等；对每一所述文件片段进行处理；将至少一处理后的文件片段分别对应发送至所有所述微基站内进行存储，以实现内容缓存。

于本发明的一实施例中，对每一所述文件片段进行处理包括：在每一所述文件片段的头部加上所述文件片段对应的所述目标文件的文件名、下一文件片段的路由地址及所述文件片段在对应的所述目标文件中的片段序号。

于本发明的一实施例中，每一所述微基站内对应存储的所述处理后的文件片段的长度为：

其中，L_f'表示所述目标文件f'的文件大小；N表示所述所有微基站的总个数；L表示经对所述文件片段进行处理后，所述文件片段增加的长度；M_n表示第n个所述微基站的存储容量；n的值取1至N中任一整数；M_k表示第k个所述微基站的存储容量；k的值从1取至N；LK(n)表示第n个所述微基站内对应存储的所述处理后的文件片段的长度；

每一所述微基站内对应存储的所述文件片段的长度为：

其中，LM(n)表示第n个所述微基站内对应存储的所述文件片段的长度。

本发明提供一种分布式内容缓存系统，应用于无线网络中的宏基站，所述无线网络采用上下两层的网络结构，其中，上层包括一所述宏基站，下层包括至少一微基站，所述微基站具备缓存能力；所述分布式内容缓存系统包括：统计预测模块、文件选取模块、文件拆分模块、片段处理模块及发送存储模块；所述统计预测模块用于统计于一预设时间段内，用户所请求的至少一原始文件，并预测所述用户在下一所述预设时间段内，请求所述原始文件的流行度；所述文件选取模块用于根据所有所述微基站的缓存能力，按照所述流行度从大到小的顺序，从所述原始文件中选取至少一目标文件；所述文件拆分模块用于根据所有所述微基站的总个数及每一所述微基站的存储容量，对所述目标文件进行拆分，以将所述目标文件分成至少一文件片段；所述文件片段的数量与所有所述微基站的总个数相等；所述片段处理模块用于对每一所述文件片段进行处理；所述发送存储模块用于将至少一处理后的文件片段分别对应发送至所有所述微基站内进行存储，以实现内容缓存。

本发明提供一种宏基站，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述宏基站执行上述的分布式内容缓存方法。

本发明提供一种分布式内容寻址方法，应用于无线网络中的微基站，所述无线网络采用上下两层的网络结构，其中，上层包括上述的宏基站，下层包括至少一所述微基站，所述微基站具备缓存能力；所述分布式内容寻址方法包括以下步骤：接收用户的文件请求，并查找对应所述文件请求的文件片段；在查找到所述文件片段时，取出所述文件片段，并向所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址请求所述下一文件片段，直至获取对应用户请求文件的全部文件片段为止；在未查找到所述文件片段时，经所述宏基站向核心网请求所述用户请求文件。

于本发明的一实施例中，向所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址请求所述下一文件片段，直至获取对应用户请求文件的全部文件片段为止包括以下步骤：向所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址请求所述下一文件片段，以获取所述下一文件片段；向所述下一文件片段中对应接下来的文件片段的路由地址请求所述接下来的文件片段，以获取所述接下来的文件片段，直至获取对应所述用户请求文件的全部文件片段为止；若查找到的所述文件片段对应的片段序号为一，则在最后一个获取的文件片段对应的片段序号为N时，表示已获取对应所述用户请求文件的全部文件片段；其中，N表示所述微基站的总个数；当查找到的所述文件片段对应的片段序号为N时，所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址为片段序号为一的文件片段的路由地址；若查找到的所述文件片段对应的片段序号大于一，则在最后一个获取的文件片段对应的片段序号为查找到的所述文件片段对应的片段序号减去一时，表示已获取对应所述用户请求文件的全部文件片段；所述分布式内容寻址方法还包括：去除所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址，并将去除了所述路由地址后的文件片段发送至所述用户。

本发明提供一种分布式内容寻址系统，应用于无线网络中的微基站，所述无线网络采用上下两层的网络结构，其中，上层包括上述的宏基站，下层包括至少一所述微基站，所述微基站具备缓存能力；所述分布式内容寻址系统包括：片段查找模块、片段取出模块及文件请求模块；所述片段查找模块用于接收用户的文件请求，并查找对应所述文件请求的文件片段；所述片段取出模块用于在查找到所述文件片段时，取出所述文件片段，并向所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址请求所述下一文件片段，直至获取对应用户请求文件的全部文件片段为止；所述文件请求模块用于在未查找到所述文件片段时，经所述宏基站向核心网请求所述用户请求文件。

本发明提供一种微基站，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述微基站执行上述的分布式内容寻址方法。

本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的分布式内容缓存方法和/或上述的分布式内容寻址方法。

如上所述，本发明所述的分布式内容缓存和寻址方法、系统、介质、宏基站及微基站，具有以下有益效果：

(1)与现有技术相比，本发明提出了一种分布式的内容缓存和寻址方案，通过在宏基站中，根据宏基站下有缓存能力的微基站个数将一整个文件进行拆分，并分段存储在位于网络边缘的存储单元中，相较于文件整体缓存减少了请求和回传跳数，不仅可以显著降低文件的请求时延，而且可以减少文件的请求能耗。

(2)本发明在内容缓存阶段，利用宏基站对用户的请求进行判断和预测文件请求的流行度，并根据每个微基站的存储容量制定缓存文件在每个微基站的缓存片段大小，且在每个片段的开头加上特殊设计的片段结构，这样的设计可以在内容寻址阶段让用户更快且更公平的找到所需内容以及下一个片段，直到找到所有的文件片段为止，这种设计能够让一个宏基站下所有的用户能请求到文件的时延大致相等，解决了文件整体缓存造成的用户请求数据的时延的不公平性；且在微基站缓存能力的限制下，由于每个微基站中不再包含整个文件，每个微基站的存储单元中将会缓存更多的文件数(从缓存整个文件变为缓存文件片段，可以增加存储单元中包含的文件数)，从而有效减少了信令开销以及文件请求功耗。

附图说明

图1显示为本发明的无线网络于一实施例中的结构示意图。

图2显示为本发明的分布式内容缓存方法于一实施例中的流程图。

图3显示为本发明的处理后的文件片段于一实施例中的结构示意图。

图4显示为本发明的分布式内容缓存系统于一实施例中的结构示意图。

图5显示为本发明的宏基站于一实施例中的结构示意图。

图6显示为本发明的分布式内容寻址方法于一实施例中的流程图。

图7显示为本发明的向文件片段中对应下一文件片段的路由地址请求下一文件片段，直至获取对应用户请求文件的全部文件片段为止于一实施例中的流程图。

图8显示为本发明的分布式内容寻址系统于一实施例中的结构示意图。

图9显示为本发明的微基站于一实施例中的结构示意图。

标号说明

41 统计预测模块

42 文件选取模块

43 文件拆分模块

44 片段处理模块

45 发送存储模块

51 处理器

52 存储器

81 片段查找模块

82 片段取出模块

83 文件请求模块

91 处理器

92 存储器

S1～S5 步骤

S61～S63 步骤

S621～S622 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实施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。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的分布式内容缓存和寻址方法、系统、介质、宏基站及微基站，与现有技术相比，本发明提出了一种分布式的内容缓存和寻址方案，通过在宏基站中，根据宏基站下有缓存能力的微基站个数将一整个文件进行拆分，并分段存储在位于网络边缘的存储单元中，相较于文件整体缓存减少了请求和回传跳数，不仅可以显著降低文件的请求时延，而且可以减少文件的请求能耗；本发明在内容缓存阶段，利用宏基站对用户的请求进行判断和预测文件请求的流行度，并根据每个微基站的存储容量制定缓存文件在每个微基站的缓存片段大小，且在每个片段的开头加上特殊设计的片段结构，这样的设计可以在内容寻址阶段让用户更快且更公平的找到所需内容以及下一个片段，直到找到所有的文件片段为止，这种设计能够让一个宏基站下所有的用户能请求到文件的时延大致相等，解决了文件整体缓存造成的用户请求数据的时延的不公平性；且在微基站缓存能力的限制下，由于每个微基站中不再包含整个文件，每个微基站的存储单元中将会缓存更多的文件数(从缓存整个文件变为缓存文件片段，可以增加存储单元中包含的文件数)，从而有效减少了信令开销以及文件请求功耗。

如图1所示，于一实施例中，本发明的分布式内容缓存方法应用于基于信息中心网络(Information-Centric Networking，ICN)的无线网络中的宏基站。

具体地，所述无线网络采用上下两层的网络结构，其中，上层包括一所述宏基站(MBS)，下层包括至少一微基站(SBS)。

进一步地，在该无线网络中还包括有限个移动用户分布在其中，他们各自向其附着的SBS请求所需的文件数据。

需要说明的是，所述微基站具备缓存能力。

具体地，该微基站内设有存储单元，利用该存储单元实现内容缓存。

进一步地，该微基站的存储单元中包含三种数据结构：待定兴趣表(PIT)、转发信息表(FIB)及内容缓存(CS)，以决定是否、何时、何地转发每个兴趣包；其中，PIT存储了路由器转发但还没有被满足的所有兴趣包，每个PIT条目记录了兴趣包中承载的数据名，以及进接口和出接口，当用户的兴趣包到达，ICN路由器首先检查内容缓存是否有匹配数据，如果存在匹配数据，路由器在兴趣包到来的接口上返回数据包；否则，路由器在PIT中查询名字，如果匹配的条目存在，该条目简单地记录了兴趣包进接口；如果不存在匹配的PIT条目，路由器将基于FIB中的信息和路由器中的自适应转发策略向MBS转发兴趣包(如果MBS中也没有相应的数据，则向位于核心网的内容生产者转发兴趣包；当路由器从多个下游节点收到相同名字的兴趣包，它仅仅向数据生产者上游转发第一个兴趣包；FIB自身由基于名字前缀的路由协议填充，每个前缀拥有多个出接口。

假设在一个MBS下有N个有缓存能力的SBS，并且这N个SBS的存储容量分别为：M₁、M₂、……、M_N。

下面将结合附图对该分布式内容缓存方法和分布式内容寻址方法进行详细描述。

如图2所示，于一实施例中，所述分布式内容缓存方法包括以下步骤：

步骤S21、统计于一预设时间段内，用户所请求的至少一原始文件，并预测所述用户在下一所述预设时间段内，请求所述原始文件的流行度。

需要说明的是，根据社会学调查，所有用户请求文件的概率大致符合齐普夫分布(Zipf distribution)，假设总共有F个原始文件被MBS预测将会被用户请求到，则原始文件f(1≤f≤F)被请求的概率为：

其中，δ≥0反映文件流行度，δ越大说明越多的用户请求少数几个流行文件的可能性就越大；δ为一常数。

需要说明的是，该流行度可理解为：下一时刻某个文件的受欢迎的程度；对该流行度的预测是领域内常见的技术手段，其不作为限制本发明的条件。

步骤S22、根据所有所述微基站的缓存能力，按照所述流行度从大到小的顺序，从所述原始文件中选取至少一目标文件。

具体地，经步骤S21预测了F个原始文件的流行度后，MBS按照流行度大小对这F个原始文件进行顺序排列，并得到经顺序排列后对应的这F个原始文件的文件大小，分别为：L₁、L₂、……、L_F；最后，MBS根据N个SBS的缓存能力，从这F个原始文件中选取出目标文件。

诸如，该N个SBS最多只能缓存前K(1≤K≤F)个文件，则即将前K个文件作为该目标文件。

步骤S23、根据所有所述微基站的总个数及每一所述微基站的存储容量，对所述目标文件进行拆分，以将所述目标文件分成至少一文件片段。

需要说明的是，所述文件片段的数量与所有所述微基站的总个数相等，均为N个；具体地，将目标文件f'(1≤f'≤K)拆分为N个文件片段，分别为：f₁'、f₂'、……、f_N'N。

步骤S24、对每一所述文件片段进行处理。

如图3所示，于一实施例中，对每一所述文件片段进行处理包括：在每一所述文件片段的头部加上所述文件片段对应的所述目标文件的文件名(对应图3中的文件名)、下一文件片段的路由地址(对应图3中的下一文件片段的路由地址)及所述文件片段在对应的所述目标文件中的片段序号(对应图3中的片段序号)。

需要说明的是，图3中的“原文件切分成的文件片段”即是指经步骤S23，将目标文件拆分后，形成的文件片段，即未经步骤S24处理前的文件片段。

需要说明的是，通过在每一文件片段的头部加上上述的文件名、路由地址及片段序号，便于后续用户请求文件时，能够在第一时间检索到该文件。

需要说明的是，经步骤S24对N个文件片段分别进行处理后，处理后的N个文件片段中对应的文件名都是相同的；一处理后的文件片段中包含的下一文件片段的路由地址，其中的“下一文件片段”是按照片段序号来排列的，诸如，一处理后的文件片段对应的目标文件中的片段序号为3，则其中包含的下一文件片段的路由地址，即为对应目标文件中的片段序号为4的文件片段的路由地址。

假设，在每一文件片段的头部加上的文件名、路由地址及片段序号的总长度为L，即经步骤S24对文件片段进行处理后，该文件片段增加的长度为L。

需要说明的是，步骤S23中对目标文件进行拆分时，需根据N个SBS的存储容量制定缓存策略；具体地，在进行拆分时，还需考虑步骤S24中的文件名、路由地址及片段序号的总长度L。

于一实施例中，每一所述微基站内对应存储的所述处理后的文件片段的长度为：

其中，L_f'表示所述目标文件f'的文件大小；N表示所述所有微基站的总个数；L表示经对所述文件片段进行处理后，所述文件片段增加的长度；M_n表示第n个所述微基站的存储容量；n的值取1至N中任一整数；M_k表示第k个所述微基站的存储容量；k的值从1取至N；LK(n)表示第n个所述微基站内对应存储的所述处理后的文件片段的长度。

每一所述微基站内对应存储的所述文件片段的长度为：

其中，LM(n)表示第n个所述微基站内对应存储的所述文件片段的长度。

步骤S25、将至少一处理后的文件片段分别对应发送至所有所述微基站内进行存储，以实现内容缓存。

具体地，通过X2链路将N个经步骤S24处理后的文件片段分别对应发送至N个SBS内的存储单元中存储，即实现内容缓存。

需要说明的是，本发明所述的分布式内容缓存方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。

于一实施例中，本发明的分布式内容缓存系统应用于无线网络中的宏基站，所述无线网络采用上下两层的网络结构，其中，上层包括一所述宏基站，下层包括至少一微基站，所述微基站具备缓存能力。

如图4所示，于一实施例中，所述分布式内容缓存系统包括统计预测模块41、文件选取模块42、文件拆分模块43、片段处理模块44及发送存储模块45。

所述统计预测模块41用于统计于一预设时间段内，用户所请求的至少一原始文件，并预测所述用户在下一所述预设时间段内，请求所述原始文件的流行度。

所述文件选取模块42用于根据所有所述微基站的缓存能力，按照所述流行度从大到小的顺序，从所述原始文件中选取至少一目标文件。

所述文件拆分模块43用于根据所有所述微基站的总个数及每一所述微基站的存储容量，对所述目标文件进行拆分，以将所述目标文件分成至少一文件片段；所述文件片段的数量与所有所述微基站的总个数相等。

所述片段处理模块44用于对每一所述文件片段进行处理。

所述发送存储模块45用于将至少一处理后的文件片段分别对应发送至所有所述微基站内进行存储，以实现内容缓存。

需要说明的是，所述统计预测模块41、所述文件选取模块42、所述文件拆分模块43、所述片段处理模块44及所述发送存储模块45的结构及原理与上述分布式内容缓存方法中的步骤(步骤S21～步骤S25)一一对应，故在此不再赘述。

需要说明的是，应理解以上系统的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述系统的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述系统的存储器中，由上述系统的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个数字信号处理器(Digital Singnal Processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。

如图5所示，本发明的宏基站包括处理器51及存储器52。

所述存储器52用于存储计算机程序；优选地，所述存储器52包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所述处理器51与所述存储器52相连，用于执行所述存储器52存储的计算机程序，以使所述宏基站执行上述的分布式内容缓存方法。

优选地，所述处理器51可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

需要说明的是，本发明的分布式内容缓存系统可以实现本发明的分布式内容缓存方法，但本发明的分布式内容缓存方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的分布式内容缓存系统的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。

如图1所示，于一实施例中，本发明的分布式内容寻址(用户请求)方法应用于基于ICN的无线网络中的微基站，所述无线网络采用上下两层的网络结构，其中，上层包括上述的宏基站，下层包括至少一所述微基站，所述微基站具备缓存能力。

如图6所示，于一实施例中，所述分布式内容寻址方法包括以下步骤：

步骤S61、接收用户的文件请求，并查找对应所述文件请求的文件片段。

需要说明的是，假设一用户附着在一微基站n(1≤n≤N)下，此时，该用户通过无线链路向微基站n请求文件，当然，前提是要保证该用户请求的文件是事先缓存在MBS下的微基站内的，即用户请求文件是目标文件f'(1≤f'≤K)。

需要说明的是，如果用户请求的文件的第1至K(包括1和K)目标文件，则能在MBS下的SBS中检索到对应的文件名；如果用户请求的文件的K至F(不包括K，包括F)的文件，则不能在MBS下的SBS中检索到对应的文件名。

具体地，用户向其所附着的SBS发出文件请求，该SBS接收该文件请求，并在其内的存储单元中检索缓存内容，以查找出对应该文件请求的文件片段。

需要说明的是，经步骤S61，在用户发出文件请求的SBS中，若在该SBS的存储单元中缓存的某个片段的头部检索到对应该文件请求的文件的文件名，则即为查找到该文件片段；反之，即为未查找到该文件片段。

在查找到所述文件片段时，执行步骤S62。

步骤S62、取出所述文件片段，并向所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址请求所述下一文件片段，直至获取对应用户请求文件的全部文件片段为止。

如图7所示，于一实施例中，向所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址请求所述下一文件片段，直至获取对应用户请求文件的全部文件片段为止包括以下步骤：

步骤S621、向所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址请求所述下一文件片段，以获取所述下一文件片段。

具体地，经步骤S61查找到所述文件片段后，该微基站n会从其存储单元中取出该文件片段，并向该文件片段中对应下一文件片段的路由地址(对应另一微基站m，m≠n，1≤m≤N)发起请求，以从微基站m中取出下一文件片段。

步骤S622、向所述下一文件片段中对应接下来的文件片段的路由地址请求所述接下来的文件片段，以获取所述接下来的文件片段，直至获取对应所述用户请求文件的全部文件片段为止。

同理，结合步骤S621，再经步骤S621获取下一文件片段后，该微基站n再向该下一文件片段中包含的对应下下一文件片段的路由地址(对应另一微基站l，l≠m且l≠n，1≤l≤N)发起请求，以从微基站l中取出下下一文件片段。

接着和上述步骤S621一样的原理，继续向下请求，直至获取对应用户请求文件的全部文件片段为止。

需要说明的是，若经步骤S61后查找到的所述文件片段对应的片段序号为一，则在最后一个获取的文件片段对应的片段序号为N时，表示已获取对应所述用户请求文件的全部文件片段；其中，N表示所述微基站的总个数；当查找到的所述文件片段对应的片段序号为N时，所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址为片段序号为一的文件片段的路由地址；若查找到的所述文件片段对应的片段序号大于一，则在最后一个获取的文件片段对应的片段序号为查找到的所述文件片段对应的片段序号减去一时，表示已获取对应所述用户请求文件的全部文件片段。

下面通过具体实施例来进一步解释说明上述的步骤S62。

于一实施例中，假设N＝10，经步骤S61后查找到的文件片段对应的片段序号为1，则其中所含的对应下一文件片段的路由地址为片段序号为2的文件片段的路由地址，紧接着，微基站n即会向片段序号为2的文件片段所在的路由地址请求片段序号为2的文件片段，以获取片段序号为2的文件片段，同样，微基站n不断请求，直至获取了片段序号为10的文件片段，此时，即会停止请求，且已获取用户请求文件的全部文件片段。

于一实施例中，假设N＝10，经步骤S61后查找到的文件片段对应的片段序号为6(＞1)，则其中所含的对应下一文件片段的路由地址为片段序号为7的文件片段的路由地址，紧接着，微基站n即会向片段序号为7的文件片段所在的路由地址请求片段序号为7的文件片段，以获取片段序号为7的文件片段，同样，微基站n不断请求，直至获取了片段序号为10的文件片段，在获取了片段序号为10的文件片段的同时，会获取该片段序号为10的文件片段中包含的对应片段序号为1的文件片段的路由地址，此时，微基站n向该片段序号为1的文件片段所在的路由地址请求该片段序号为1的文件片段，以获取该片段序号为1的文件片段，接着，该微基站n会继续向片段序号为2的文件片段所在的路由地址请求该片段序号为2的文件片段，以获取片段序号为2的文件片段，同样，微基站n不断请求，直至获取了片段序号为5(6-1)的文件片段后，停止请求，且已获取用户请求文件的全部文件片段。

于一实施例中，所述分布式内容寻址方法还包括去除所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址，并将去除了所述路由地址后的文件片段发送至所述用户。

具体地，在经上述步骤S621～步骤S622，分别一一获取对应用户请求文件的文件片段的同时，微基站n还会将该每一文件片段中包含的对应下一文件片段的路由地址去除，最后，再将去除了路由地址的文件片段通过无线链路传递给用户，以使用户最终获取该用户请求文件，实现内容寻址。

进一步地，该微基站n还可在全部获取了对应该用户请求文件的全部文件片段后，再一一对全部的文件片段进行其中路由地址的去除操作，最后，再将全部去除了路由地址的文件片段通过无线链路传递给用户，以使用户最终获取该用户请求文件，实现内容寻址。

在未查找到所述文件片段时，执行步骤S63。

步骤S63、经所述宏基站向核心网请求所述用户请求文件。

需要说明的是，如果用户通过无线链路向微基站n请求的文件大于K(在K与F之间，不包括K，包括F，即所请求的文件事先没有被缓存在MBS下的SBS内)，则用户向微基站n请求文件后，在微基站n的存储单元中缓存的某个片段的头部没有检索到对应该文件请求的文件的文件名，然后微基站n检索其存储单元内存储的待定兴趣表，并在待定兴趣表中匹配兴趣包；如果匹配的条目存在，该条目简单地记录了兴趣包进接口；如果不存在匹配的PIT条目，路由器将基于FIB中的信息和路由器中的自适应转发策略向MBS转发兴趣包(通过MBS向位于核心网(见图1中核心网)的内容生产者转发兴趣包来请求数据)。

需要说明的是，上述步骤S62和步骤S63是两个相互独立且并列的执行步骤，在实际应用场景下，是以择一的方式选择其中一个步骤来执行的。

需要说明的是，本发明所述的分布式内容寻址方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。

如图1所示，于一实施例中，本发明的分布式内容寻址系统应用于无线网络中的微基站，所述无线网络采用上下两层的网络结构，其中，上层包括上述的宏基站，下层包括至少一所述微基站，所述微基站具备缓存能力。

如图8所示，于一实施例中，所述分布式内容寻址系统包括片段查找模块81、片段取出模块82及文件请求模块83。

所述片段查找模块81用于接收用户的文件请求，并查找对应所述文件请求的文件片段。

所述片段取出模块82用于在查找到所述文件片段时，取出所述文件片段，并向所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址请求所述下一文件片段，直至获取对应用户请求文件的全部文件片段为止。

所述文件请求模块83用于在未查找到所述文件片段时，经所述宏基站向核心网请求所述用户请求文件。

需要说明的是，所述片段查找模块81、所述片段取出模块82及所述文件请求模块83的结构及原理与上述分布式内容寻址方法中的步骤一一对应，故在此不再赘述。

需要说明的是，应理解以上系统的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述系统的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述系统的存储器中，由上述系统的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个数字信号处理器(Digital Singnal Processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。

如图9所示，本发明的微基站包括处理器91及存储器92。

所述存储器92用于存储计算机程序；优选地，所述存储器92包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所述处理器91与所述存储器92相连，用于执行所述存储器92存储的计算机程序，以使所述微基站执行上述的分布式内容寻址方法。

优选地，所述处理器91可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

需要说明的是，本发明的分布式内容寻址系统可以实现本发明的分布式内容寻址方法，但本发明的分布式内容寻址方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的分布式内容寻址系统的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。

本发明的存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的分布式内容缓存和/或上述的分布式内容寻址方法。

具体地，所述存储介质包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上所述，本发明的分布式内容缓存和寻址方法、系统、介质、宏基站及微基站，与现有技术相比，本发明提出了一种分布式的内容缓存和寻址方案，通过在宏基站中，根据宏基站下有缓存能力的微基站个数将一整个文件进行拆分，并分段存储在位于网络边缘的存储单元中，相较于文件整体缓存减少了请求和回传跳数，不仅可以显著降低文件的请求时延，而且可以减少文件的请求能耗；本发明在内容缓存阶段，利用宏基站对用户的请求进行判断和预测文件请求的流行度，并根据每个微基站的存储容量制定缓存文件在每个微基站的缓存片段大小，且在每个片段的开头加上特殊设计的片段结构，这样的设计可以在内容寻址阶段让用户更快且更公平的找到所需内容以及下一个片段，直到找到所有的文件片段为止，这种设计能够让一个宏基站下所有的用户能请求到文件的时延大致相等，解决了文件整体缓存造成的用户请求数据的时延的不公平性；且在微基站缓存能力的限制下，由于每个微基站中不再包含整个文件，每个微基站的存储单元中将会缓存更多的文件数(从缓存整个文件变为缓存文件片段，可以增加存储单元中包含的文件数)，从而有效减少了信令开销以及文件请求功耗；所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种分布式内容缓存方法，应用于无线网络中的宏基站，其特征在于，所述无线网络采用上下两层的网络结构，其中，上层包括一所述宏基站，下层包括至少一微基站，所述微基站具备缓存能力；所述分布式内容缓存方法包括以下步骤：

统计于一预设时间段内，用户所请求的至少一原始文件，并预测所述用户在下一所述预设时间段内，请求所述原始文件的流行度；

根据所有所述微基站的缓存能力，按照所述流行度从大到小的顺序，从所述原始文件中选取至少一目标文件；

根据所有所述微基站的总个数及每一所述微基站的存储容量，对所述目标文件进行拆分，以将所述目标文件分成至少一文件片段；所述文件片段的数量与所有所述微基站的总个数相等；

对每一所述文件片段进行处理；

将至少一处理后的文件片段分别对应发送至所有所述微基站内进行存储，以实现内容缓存。

2.根据权利要求1所述的分布式内容缓存方法，其特征在于，对每一所述文件片段进行处理包括：在每一所述文件片段的头部加上所述文件片段对应的所述目标文件的文件名、下一文件片段的路由地址及所述文件片段在对应的所述目标文件中的片段序号。

3.根据权利要求1所述的分布式内容缓存方法，其特征在于，每一所述微基站内对应存储的所述处理后的文件片段的长度为：

其中，L_f'表示所述目标文件f′'的文件大小；N表示所述所有微基站的总个数；L表示经对所述文件片段进行处理后，所述文件片段增加的长度；M_n表示第n个所述微基站的存储容量；n的值取1至N中任一整数；M_k表示第k个所述微基站的存储容量；k的值从1取至N；LK(n)表示第n个所述微基站内对应存储的所述处理后的文件片段的长度；

每一所述微基站内对应存储的所述文件片段的长度为：

其中，LM(n)表示第n个所述微基站内对应存储的所述文件片段的长度。

4.一种分布式内容缓存系统，应用于无线网络中的宏基站，其特征在于，所述无线网络采用上下两层的网络结构，其中，上层包括一所述宏基站，下层包括至少一微基站，所述微基站具备缓存能力；所述分布式内容缓存系统包括：统计预测模块、文件选取模块、文件拆分模块、片段处理模块及发送存储模块；

所述统计预测模块用于统计于一预设时间段内，用户所请求的至少一原始文件，并预测所述用户在下一所述预设时间段内，请求所述原始文件的流行度；

所述文件选取模块用于根据所有所述微基站的缓存能力，按照所述流行度从大到小的顺序，从所述原始文件中选取至少一目标文件；

所述文件拆分模块用于根据所有所述微基站的总个数及每一所述微基站的存储容量，对所述目标文件进行拆分，以将所述目标文件分成至少一文件片段；所述文件片段的数量与所有所述微基站的总个数相等；

所述片段处理模块用于对每一所述文件片段进行处理；

所述发送存储模块用于将至少一处理后的文件片段分别对应发送至所有所述微基站内进行存储，以实现内容缓存。

5.一种宏基站，其特征在于，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述宏基站执行权利要求1至3中任一项所述的分布式内容缓存方法。

6.一种分布式内容寻址方法，应用于无线网络中的微基站，其特征在于，所述无线网络采用上下两层的网络结构，其中，上层包括权利要求5中所述的宏基站，下层包括至少一所述微基站，所述微基站具备缓存能力；所述分布式内容寻址方法包括以下步骤：

接收用户的文件请求，并查找对应所述文件请求的文件片段；

在查找到所述文件片段时，取出所述文件片段，并向所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址请求所述下一文件片段，直至获取对应用户请求文件的全部文件片段为止；

在未查找到所述文件片段时，经所述宏基站向核心网请求所述用户请求文件。

7.根据权利要求6所述的分布式内容寻址方法，其特征在于，向所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址请求所述下一文件片段，直至获取对应用户请求文件的全部文件片段为止包括以下步骤：

向所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址请求所述下一文件片段，以获取所述下一文件片段；

向所述下一文件片段中对应接下来的文件片段的路由地址请求所述接下来的文件片段，以获取所述接下来的文件片段，直至获取对应所述用户请求文件的全部文件片段为止；

若查找到的所述文件片段对应的片段序号为一，则在最后一个获取的文件片段对应的片段序号为N时，表示已获取对应所述用户请求文件的全部文件片段；其中，N表示所述微基站的总个数；当查找到的所述文件片段对应的片段序号为N时，所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址为片段序号为一的文件片段的路由地址；

若查找到的所述文件片段对应的片段序号大于一，则在最后一个获取的文件片段对应的片段序号为查找到的所述文件片段对应的片段序号减去一时，表示已获取对应所述用户请求文件的全部文件片段；

所述分布式内容寻址方法还包括：去除所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址，并将去除了所述路由地址后的文件片段发送至所述用户。

8.一种分布式内容寻址系统，应用于无线网络中的微基站，其特征在于，所述无线网络采用上下两层的网络结构，其中，上层包括权利要求5中所述的宏基站，下层包括至少一所述微基站，所述微基站具备缓存能力；所述分布式内容寻址系统包括：片段查找模块、片段取出模块及文件请求模块；

所述片段查找模块用于接收用户的文件请求，并查找对应所述文件请求的文件片段；

所述片段取出模块用于在查找到所述文件片段时，取出所述文件片段，并向所述文件片段中对应下一文件片段的路由地址请求所述下一文件片段，直至获取对应用户请求文件的全部文件片段为止；

所述文件请求模块用于在未查找到所述文件片段时，经所述宏基站向核心网请求所述用户请求文件。

9.一种微基站，其特征在于，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述微基站执行权利要求6至7中任一项所述的分布式内容寻址方法。

10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的分布式内容缓存方法和/或权利要求6至7中任一项所述的分布式内容寻址方法。

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