CN113852971A - 一种基于内容感知的超密集网络终端最优接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于基于内容感知来接入超密集网络的方法，该超密集网络具有多个基站，该方法可以包括：获得该多个基站中移动用户在下一时刻可能接入的目标基站候选集合；确定目标基站候选集合中是否存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站；响应于确定目标基站候选集合中存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站，将这些基站添加到第一目标基站集合；以及选择第一目标基站集合中移动用户与其连接并获取所需内容的时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。此外，本发明还提供了用于执行该方法的装置和计算机可读介质。通过本发明，能够有效地减少用户移动性对分布式高速缓存服务连续性的影响。

Description

一种基于内容感知的超密集网络终端最优接入方法

技术领域

本发明涉及移动通信，更具体地，涉及用于基于内容感知来接入超密集网络的方法和装置。

背景技术

随着移动数据流量的爆炸式增长，给移动网络带来了巨大的压力，当前的传统宏蜂窝网络很难满足这一需求。为了解决这个问题，超密集网络应运而生，相比于传统的宏基站部署网络，超密集网络具有部署成本低、配置灵活以及盲区覆盖能力强等诸多优点，也因此被视为未来5G网络的重要组成部分之一。

同时，为了进一步缩短时延，提升用户体验，分布式高速缓存的概念被提出。即，在小型基站处放置高速缓存存储器，将更受用户青睐的流行内容按一定规则放置其中。当小型基站的高速缓存中存有用户当前所需内容时，移动用户可以直接访问该高速缓存以获得所需内容，避免了从上层内容服务器获取内容的回程时间，有效降低了用户访问内容的整体时延。因此，分布式高速缓存被认为是5G网络中最具开创性的一个范例。

分布式缓存中内容的放置如若不够合理则对整个系统的时延降低也会很有限。为了提高分布式高速缓存的命中率，必须要合理放置小型基站存储器中的缓存内容。当前主要的方法是基于流行度的缓存和基于用户偏好配置文件的缓存。除了缓存的放置的影响，用户的移动也会对分布式高速缓存业务产生影响。传统的因特网高速缓存依靠移动核心网和移动用户桥接。然而，当高速缓存被下拉到小型基站处的存储设备时，缓存器中的被命中的高速缓存内容对象被直接发送给移动用户。当移动用户离开原服务基站的覆盖范围时，正在传输的业务也会受到影响甚至因此中断，从而直接影响分布式高速缓存服务的连续性。

传统的移动终端接入方法主要是基于信号强度和距离进行判断，在具有分布式缓存的超密集网络情况下已不是最优解。相应地，本领域中存在对于在具有分布式缓存的超密集网络中实现终端最优接入的技术的需要。

发明内容

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

鉴于以上描述的现有技术中的缺陷，本发明的目的在于，减少超密集网络中用户移动性对分布式高速缓存服务连续性的影响。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于基于内容感知来接入超密集网络的方法，该超密集网络具有多个基站，该方法可以包括：获得多个基站中移动用户在下一时刻可能接入的目标基站候选集合；确定目标基站候选集合中是否存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站；响应于确定目标基站候选集合中存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站，将具有移动用户下一时刻所需内容的基站添加到第一目标基站集合；以及选择第一目标基站集合中移动用户与其连接并获取所需内容的时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于基于内容感知来接入超密集网络的装置，该超密集网络具有多个基站，该装置可以包括：存储器；以及耦合至该存储器的处理器，其中该处理器被配置成：获得该多个基站中移动用户在下一时刻可能接入的目标基站候选集合；确定目标基站候选集合中是否存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站；响应于确定目标基站候选集合中存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站，将具有移动用户下一时刻所需内容的基站添加到第一目标基站集合；以及选择第一目标基站集合中移动用户与其连接并获取所需内容的时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于基于内容感知来接入超密集网络的装置，该超密集网络具有多个基站，该装置可以包括：获得模块，其配置成获得该多个基站中移动用户在下一时刻可能接入的目标基站候选集合；确定模块，其配置成确定目标基站候选集合中是否存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站；添加模块，其配置成响应于确定目标基站候选集合中存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站，将具有移动用户下一时刻所需内容的基站添加到第一目标基站集合；以及选择模块，其配置成选择第一目标基站集合中移动用户与其连接并获取所需内容的时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

根据本发明的第四方面，提供了一种存储计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序在由处理器执行时执行本发明的方法。

通过采用本发明提供的技术方案，能够在提高分布式高速缓存的命中率的同时减少用户移动性对分布式高速缓存服务连续性的影响，并且能够缩短时延、降低回程网压力、提升用户体验。

通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。

附图说明

为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本发明的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。

图1解说了根据本发明的一个实施例的超密集网络的示意图。

图2解说了根据本发明的一个实施例的用于基于内容感知来接入超密集网络的方法的流程图。

图3解说了根据本发明的一个实施例的用于基于内容感知来接入超密集网络的装置的框图。

图4解说了根据本发明的另一个实施例的用于基于内容感知来接入超密集网络的装置的框图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明，本发明的特点将在以下的具体描述中得到进一步的显现。

如以上提及的，由于现有的移动终端接入方法无法为具有分布式缓存的超密集网络中的移动终端提供最优的时延，为了在提高分布式高速缓存的命中率的同时减少用户移动性对分布式高速缓存服务连续性的影响，本发明提出了一种基于内容感知的超密集网络终端最优接入方法，在提高分布式高速缓存的命中率的同时，可以减少用户移动性对分布式高速缓存服务连续性的影响。

图1解说了根据本发明的一个实施例的超密集网络100的示意图。如本领域技术人员知晓的，术语“超密集网络”指的是在热点区域(诸如商场、球场、机场等人群密集的区域)内部署有大量基站(例如，小型基站)的网络。例如，这些(小型)基站之间的间距可以在数10米之间。超密集网络100可以包括热点区域110、软件定义网络(Software DefinedNetwork，SDN)控制器120、内容服务器130、以及移动用户终端140。在热点区域110内可以部署有多个基站(例如，小型基站)，其中的每个基站可具有用于缓存提供给移动用户终端140的内容的存储设备。在图1中，示意性地示出了具有内容缓存的基站和内容缓存为空的基站。内容服务器130可具有用户在热点区域110内移动时所需的全部内容，并且可以通过数据链路来与热点区域110内的基站通信以将所需内容传送给这些基站以供缓存。SDN控制器120可以获取所有基站的位置、信号强度等参数，还可以获悉基站的存储设备中的缓存内容，从而判断其中是否有当前用户终端所需的内容。SDN控制器120还可以协调内容服务器130与基站之间的内容传输以及基站之间的内容传输。此外，SDN控制器120可以根据基站的当前网络状况来对基站进行资源管理，和/或根据热点区域内用户群体的兴趣以及热点区域内的流量统计特征来选择热点内容，并且将这些热点内容缓存至基站的存储设备中。

在本发明中，提出以最小化累积传输时延为优化目标的基于内容感知的超密集网络终端最优接入方法。图2解说了根据本发明的一个实施例的基于内容感知来接入超密集网络的方法200的流程图。在一些示例中，方法200可由图1中的SDN控制器120来执行。在一些示例中，方法200可由图3中解说的装置300和/或图4中解说的装置400来执行。在一些示例中，方法200可由用于执行下述功能或算法的任何合适的设备或装置来执行。

在框210，方法200可以包括：获得移动用户在下一时刻可能接入的目标基站候选集合。在一个示例中，框210处的操作可以包括通过移动用户的移动性特征来预测移动用户与当前服务基站的中断和/或移动用户在下一时刻可能接入的目标基站候选集合。例如，参照图1，可以根据移动用户终端140的行进方向、行进速度、下行链路收到信号强度测量、载波干扰比测量等来预测移动用户终端140在下一时刻(例如，数秒之后、数分钟之后等)可能接入的目标基站候选集合150。目标基站候选集合(例如，目标基站候选集合150)可以包括移动用户在下一时刻可能切换至的一个或多个基站。

在框220，方法200可以包括：确定目标基站候选集合中是否存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站。在一个示例中，移动用户下一时刻所需内容可以根据移动用户当前正在使用或查看的内容来确定。例如，如果移动用户当前正在查看视频，则移动用户下一时刻所需内容可以是与该视频相关联的视频数据。在另一个示例中，移动用户下一时刻所需内容可以根据移动用户的历史行为、移动用户所使用的应用程序或配置等来确定。SDN控制器可以查询目标基站候选集合中的每个基站的存储设备中的缓存内容，以确定目标基站候选集合中是否存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站。

在框230，方法200可以包括：响应于确定目标基站候选集合中存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站，将具有移动用户下一时刻所需内容的这些基站添加到第一目标基站集合。

在框240，方法200可以包括：选择第一目标基站集合中移动用户与其连接并获取所需内容的时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。例如，SDN控制器可以计算出移动用户与第一目标基站集合中的每个基站相连接并获取所需内容的时延，随后可以对所计算出的时延进行排序并且将时延最小的基站作为移动用户下一时刻的服务基站。SDN控制器可以向移动用户发信号通知所选择的基站，以供移动用户在下一时刻接入。

在一个示例中，方法200可以进一步包括：响应于确定目标基站候选集合中不存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站，判断目标基站候选集合中是否存在内容缓存为空的基站；响应于目标基站候选集合中存在内容缓存为空的基站，将内容缓存为空的基站添加到第二目标基站集合；将移动用户下一时刻所需内容从内容服务器传送至第二目标基站集合；以及选择第二目标基站集合中移动用户与其连接并获取所需内容的时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

在一个示例中，方法200可以进一步包括：响应于目标基站候选集合中不存在内容缓存为空的基站，比较目标基站候选集合中的所有基站从内容服务器获取所需内容并传送至移动用户的传输时延；以及选择传输时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

与现有技术相比，本发明的方法具有以下优点：

(1)当前商用的技术主要依靠上层的内容服务器进行内容传输，时延较大。本发明的方法可以缩短时延，降低回程网压力，提升用户体验。

(2)当前的分布式缓存提供的服务连续性不够好。本发明的方法可以减少用户移动性对分布式高速缓存服务连续性的影响。

图3解说了根据本发明的一个示例性实施例的用于基于内容感知来接入超密集网络的装置300的框图。装置300的所有功能块(包括在装置300中的各种单元或模块，无论是否在附图中示出)可以通过硬件、软件、或硬件和软件的组合来实现以执行本发明的原理。本领域技术人员应理解，图3中描述的功能块可以被组合或者分割成子块以实现如上所述的本发明的原理。因此，本文中的描述可以支持本文中描述的功能块的任何可能的组合或分割或进一步定义。

如图3中所示，根据本发明的一个示例性实施例，装置300可以包括通过总线305彼此耦合的多个模块，其中该多个模块可以包括：获得模块310，其配置成获得移动用户在下一时刻可能接入的目标基站候选集合；确定模块320，其配置成确定目标基站候选集合中是否存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站；添加模块330，其配置成响应于确定目标基站候选集合中存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站，将具有移动用户下一时刻所需内容的基站添加到第一目标基站集合；以及选择模块340，其配置成选择第一目标基站集合中移动用户与其连接并获取所需内容的时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

在一个示例中，装置300可以进一步包括：判断模块，其配置成响应于确定目标基站候选集合中不存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站，判断目标基站候选集合中是否存在内容缓存为空的基站；添加模块，其配置成响应于目标基站候选集合中存在内容缓存为空的基站，将内容缓存为空的基站添加到第二目标基站集合；传送模块，其配置成将移动用户下一时刻所需内容从超密集网络的内容服务器传送至第二目标基站集合；以及选择模块，其配置成选择第二目标基站集合中移动用户与其连接并获取所需内容的时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

在另一个示例中，装置300可以进一步包括：比较模块，其配置成响应于目标基站候选集合中不存在内容缓存为空的基站，比较目标基站候选集合中的所有基站从内容服务器获取所需内容并传送至移动用户的传输时延；以及选择模块，其配置成选择传输时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

图4解说了根据本发明的一个实施例的用于基于内容感知来接入超密集网络的装置400的硬件实现的示例的框图。装置400可使用包括一个或多个处理器404的处理系统414来实现。处理器404的示例包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、状态机、选通逻辑、分立的硬件电路、以及配置成执行本公开通篇描述的各种功能性的其他合适硬件。在各个示例中，装置400可被配置成执行本文中所描述的功能中的任一者或多者。即，如在装置400中利用的处理器404可被用于实现以上参照图1描述的方法100。

在该示例中，处理系统414可被实现成具有由总线402一般化地表示的总线架构。取决于处理系统414的具体应用和总体设计约束，总线402可包括任何数目的互连总线和桥接器。总线402将包括一个或多个处理器(由处理器404一般化地表示)、存储器405和计算机可读介质(由计算机可读介质406一般化地表示)的各种电路通信地耦合在一起。总线402还可链接各种其他电路，诸如定时源、外围设备、稳压器和功率管理电路，这些电路在本领域中是众所周知的，且因此将不再进一步描述。总线接口408提供总线402与收发机410之间的接口。收发机410提供用于在传输介质上与各种其他设备进行通信的通信接口或装置。取决于该设备的特性，还可提供用户接口412(例如，按键板、显示器、扬声器、话筒、操纵杆)。当然，此类用户接口412是可任选的，且可在一些示例中被省略。

在一些方面，处理器404可被配置成：获得移动用户在下一时刻可能接入的目标基站候选集合；确定目标基站候选集合中是否存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站；响应于确定目标基站候选集合中存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站，将具有移动用户下一时刻所需内容的基站添加到第一目标基站集合；以及选择第一目标基站集合中移动用户与其连接并获取所需内容的时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

在另一些方面，处理器404可被进一步配置成：响应于确定目标基站候选集合中不存在具有移动用户下一时刻所需内容的基站，判断目标基站候选集合中是否存在内容缓存为空的基站；响应于目标基站候选集合中存在内容缓存为空的基站，将内容缓存为空的基站添加到第二目标基站集合；将移动用户下一时刻所需内容从超密集网络的内容服务器传送至第二目标基站集合；以及选择第二目标基站集合中移动用户与其连接并获取所需内容的时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

在又一些方面，处理器404可被进一步配置成：响应于目标基站候选集合中不存在内容缓存为空的基站，比较目标基站候选集合中的所有基站从内容服务器获取所需内容并传送至移动用户的传输时延；以及选择传输时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

处理器404负责管理总线402和通用处理，包括对存储在计算机可读介质406上的软件的执行。软件在由处理器404执行时使处理系统414执行针对任何特定设备描述的各种功能。计算机可读介质406和存储器405还可被用于存储由处理器404在执行软件时操纵的数据。

处理系统中的一个或多个处理器404可以执行软件。软件应当被宽泛地解释成意为指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、可执行件、执行的线程、规程、函数等，无论其是用软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言、还是其他术语来述及皆是如此。软件可驻留在计算机可读介质406上。计算机可读介质406可以是非瞬态计算机可读介质。作为示例，非瞬态计算机可读介质包括磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带)、光盘(例如，压缩碟(CD)或数字多用碟(DVD))、智能卡、闪存设备(例如，卡、棒或钥匙型驱动器)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、寄存器、可移除盘、以及用于存储可由计算机访问和读取的软件和/或指令的其他任何合适介质。计算机可读介质406可驻留在处理系统414中、在处理系统414外部、或跨包括处理系统414的多个实体分布。计算机可读介质406可被实施在计算机程序产品中。作为示例，计算机程序产品可包括封装材料中的计算机可读介质。本领域技术人员将认识到如何取决于具体应用和加诸于整体系统的总体设计约束来最佳地实现本公开通篇给出的所描述的功能性。

在一个或多个示例中，计算机可读存储介质406可包括被配置成用于各种功能(包括例如用于基于内容感知来接入超密集网络的功能)的软件。该软件可包括指令，这些指令可将处理系统414配置成执行参照图1所描述的一个或多个功能。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本领域普通技术人员应领会，本发明的各个实施例可提供为方法、装置、系统或计算机程序产品。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，本发明可采用一个或多个其中存储有计算机可执行程序代码的计算机可读存储介质(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。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置、系统和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述的。应理解，可由计算机程序指令实现流程图和/或框图中的每一个流程和/或方框、以及流程图和/或框图中的流程和/或方框的组合。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中的一个或多个流程和/或框图中的一个或多个方框中指定的功能的装置。

尽管目前为止已经参考附图描述了本发明的各方面，但是上述方法、系统和设备仅是示例，并且本发明的范围不限于这些方面，而是仅由所附权利要求及其等同物来限定。各种组件可被省略或者也可被等同组件替代。另外，也可以在与本发明中描述的顺序不同的顺序实现所述步骤。此外，可以按各种方式组合各种组件。也重要的是，随着技术的发展，所描述的组件中的许多组件可被之后出现的等同组件所替代。对本公开的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中所定义的普适原理可被应用于其他变形而不会脱离本公开的范围。由此，本公开并非被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种用于基于内容感知来接入超密集网络的方法，所述超密集网络具有多个基站，所述方法包括：

获得所述多个基站中移动用户在下一时刻可能接入的目标基站候选集合；

确定所述目标基站候选集合中是否存在具有所述移动用户下一时刻所需内容的基站；

响应于确定所述目标基站候选集合中存在具有所述移动用户下一时刻所需内容的基站，将具有所述移动用户下一时刻所需内容的基站添加到第一目标基站集合；以及

选择所述第一目标基站集合中所述移动用户与其连接并获取所需内容的时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

响应于确定所述目标基站候选集合中不存在具有所述移动用户下一时刻所需内容的基站，判断所述目标基站候选集合中是否存在内容缓存为空的基站；

响应于所述目标基站候选集合中存在内容缓存为空的基站，将所述内容缓存为空的基站添加到第二目标基站集合；

将所述移动用户下一时刻所需内容从所述超密集网络的内容服务器传送至所述第二目标基站集合；以及

选择所述第二目标基站集合中所述移动用户与其连接并获取所需内容的时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：

响应于所述目标基站候选集合中不存在内容缓存为空的基站，比较所述目标基站候选集合中的所有基站从所述内容服务器获取所需内容并传送至所述移动用户的传输时延；以及

选择传输时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述目标基站候选集合中是否存在具有所述移动用户下一时刻所需内容的基站包括：

由所述超密集网络的软件定义网络SDN控制器来获悉所述目标基站候选集合中的每个基站的存储设备中的缓存内容，从而确定所述目标基站候选集合中是否存在具有所述移动用户下一时刻所需内容的基站。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，由所述SDN控制器根据所述多个基站的当前网络状况来对所述多个基站进行资源管理。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，由所述SDN控制器根据热点区域内用户群体的兴趣以及所述热点区域内的流量统计特征来选择热点内容，并且将所述热点内容缓存至所述多个基站的存储设备中。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获得所述多个基站中移动用户在下一时刻可能接入的目标基站候选集合包括：

通过所述移动用户的移动性特征来预测得到所述多个基站中移动用户在下一时刻可能接入的目标基站候选集合。

8.一种用于基于内容感知来接入超密集网络的装置，所述超密集网络具有多个基站，所述装置包括：

存储器；以及

耦合至所述存储器的处理器，其中所述处理器被配置成：

获得所述多个基站中移动用户在下一时刻可能接入的目标基站候选集合；

确定所述目标基站候选集合中是否存在具有所述移动用户下一时刻所需内容的基站；

响应于确定所述目标基站候选集合中存在具有所述移动用户下一时刻所需内容的基站，将具有所述移动用户下一时刻所需内容的基站添加到第一目标基站集合；以及

选择所述第一目标基站集合中所述移动用户与其连接并获取所需内容的时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

9.一种用于基于内容感知来接入超密集网络的装置，所述超密集网络具有多个基站，所述装置包括：

获得模块，其配置成获得所述多个基站中移动用户在下一时刻可能接入的目标基站候选集合；

确定模块，其配置成确定所述目标基站候选集合中是否存在具有所述移动用户下一时刻所需内容的基站；

添加模块，其配置成响应于确定所述目标基站候选集合中存在具有所述移动用户下一时刻所需内容的基站，将具有所述移动用户下一时刻所需内容的基站添加到第一目标基站集合；以及

选择模块，其配置成选择所述第一目标基站集合中所述移动用户与其连接并获取所需内容的时延最小的基站作为下一时刻的服务基站。

10.一种存储计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序在由处理器执行时执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。

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