CN1222877C - 用于无线通信系统的分布式高速缓冲存储器 - Google Patents

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Abstract

在包括多个无线基站的无线系统中，每个基站服务于该系统的一部分。一个高速缓冲存储器与每个基站相关联，高速缓冲存储器存储由相应基站的覆盖区域内的远端单元定期请求的文件。当基站从远端单元接收一个消息时，该基站分析该消息以确定该消息是否包括一个文件请求。如果是，该基站确定该文件是否可以从高速缓冲存储器中得到。如果可以得到，则基站通过发送来自高速缓冲存储器的被请求文件来响应该请求。如果该文件不能得到，基站把该消息传送到中央控制器，该中央控制器经互联网从合适的内含信息服务器检索文件，并且把检索到的文件供应给基站。

Description

用于无线通信系统的分布式高速缓冲存储器
技术领域
本发明涉及一种无线通信系统，特别是无线通信系统中的数字数据传递。
背景技术
数字数据通信系统正在变得越来越普及。例如，互联网通常被用来在许多用户与服务器之间以电子邮件、网页以及音频、图形和视频的形式传递数字数据。图1是表示典型的互联网数字数据系统的方框图。互联网“云”10互连大量的用户和内含信息服务器(content server)。为了接入互联网云10，互联网服务供应商12充当互联网云10与一组用户14A-14N之间的网关。
在“网络冲浪”的正常过程中，用户访问一系列网页，这些网页被存储在多种耦合到互联网云10的内含信息服务器中。一般来说，用户经浏览器软件请求一个网页。浏览器软件使用定义互联网的一组协议来检索网页。例如，浏览器软件使用传输控制协议/网际协议(TCP/IP)顶层的超文本传输协议(HTTP)来检索网页。在检索处理期间，当浏览器软件首次进行一个用于域名系统(DNS)的请求时，用户必须等待以找到适当的内含信息服务器，然后个别地请求和检索组成网页的对象集。
每个HTTP请求内含信息服务器打开一个新的TCP连接。在该连接被建立之后，用户的浏览器软件发送用于超文本链接标记语言(HTML)对象的HTTP请求。从互联网检索组成超文本链接标示语言(HTML)文件的所有HTML对象的时候，用户所经历的等待是HTTP执行时间的往返延迟造成的。
内含信息服务器可以位于用户几千英里之外。在这如此长的距离上，即使消息能够以光速行进，但与检索每个对象相关联的大量往返延迟将累积明显的等待时间。
HTML文件是数字数据文件，该文件向浏览器提供信息，比如显示信息。通常，HTML文件包括一组嵌入式HTML对象。例如，嵌入式对象可以包括Java小应用程序，JPEG或GIF图形对象，视频文件或声音剪辑。例如，一个典型的网页，比如YAHOO！主页是一个HTML文件，它指定许多嵌入式对象，比如广告标识、标题标识、YAHOO！标志和链接软键。当检索整个网页时，用户14A-14N所使用的浏览器分别请求每个嵌入式对象。因此，与创建整个被显示网页相关联的响应时间包括检索HTML文件和这里引用的所有嵌入式对象所需的时间。
为了减少系统的执行时间以及减少图1所示的互联网10与互联网服务供应商12之间进行传递的数据量，互联网服务供应商12可以引入一个高速缓冲存储器16。通常，高速缓冲存储器16可以被表示为可以由互联网服务供应商12中的中央处单元访问的一个快速存储缓冲器或存储器。高速缓冲存储器16可以被用来存储HTML对象和其它文件，比如由用户14A-14N通常请求的图形文件或声音剪辑。例如，YAHOO！主页HTML文件很可能每日被大量的用户14A-14N访问。因此，为了避免每天多次下载具有其许多HTML嵌入式对象的YAHOO！HTML文件，可以将构成页面的公共对象存储在高速缓冲存储器16中，并且，当用户14A-14N中的一个用户请求时，互联网服务供应商12从该高速缓冲存储器16检索该公共对象。由于互联网服务供应商12从高速缓冲存储器16检索文件比经过互联网从内含信息服务器8检索文件快，因此减少了用户感觉到的等待时间。
设计一个有效高速缓冲存储器时必须确定几个因素。例如，由于高速缓冲存储器16的存储容量是有限的，因此互联网服务供应商12必须确定哪个HTML对象最有可能被用户14A-14N请求。因此，已经开发了使用模式算法，以便根据用户14A-14N的使用模式确定哪个HTML对象应当被存储在高速缓冲存储器16中。此外，高速缓冲存储器16中的信息必须按有规律的时间间隔更新。例如，一个近似于实时提供股票报价(stockquote)的网页必须每几秒钟更新一次。广告标识，比如可以在YAHOO！主页上显示的广告标识，也许每小时更新。YAHOO！主页上的其它信息，比如早间要闻，也许一日更新一次或两次。其它对象，比如YAHOO！标识语，也许有效地保留更长的时间周期。使用模式算法还必须确定哪个HTML对象是有高速缓冲存储价值的，以及哪些HTML对象没有价值而被频繁更新。此外，使用模式算法可以被用来确定高速缓冲存储器16中存储的HTML对象什么时候应当删除和什么时候从互联网10再次检索，以便更新文件。
根据这些因素，通过使用有效的使用模式算法以及可管理容量的高速缓冲存储器，期望用户14A-14N请求的数据的约60％可以被存储在高速缓冲存储器16中是合理的。尽管高速缓冲存储器16的存储容量被极大地增加，但是，基于现代互联网使用模式实现大于60％的高速缓冲存储率是困难的。
互联网服务供应商12可以使用多种公知技术连接到用户14A-14N。例如，标准的直接耦接简易老式电话业务(POTS)的铜线可以被用来把互联网服务供应商12连接到远端单元14A。此外，有线调制解调器和其它数字用户专用线(DSL)已经被开发出来，以便增加互联网服务供应商与用户间连接的数据速率。
使用现代无线通信技术，可以通过使用无线链路而不是有线链路将互联网服务供应商12耦接到一个或多个用户14A-14N。一般来说，无线链路的有限容量以及无线链路的有限的传输速率可能增加互联网服务供应商与用户间数据传输的附加延迟。在这样一个系统中，当累积延迟增加了用户感觉到的响应时间时，减少系统其它方面的等待时间的好处变得更加明显。
图2是经无线链路提供互联网连接的现有数字数据系统的方框图。在图2中，系统被配置为一个陆地系统。一系列无线基站20A-20N被分布在由互联网服务供应商12提供无线互联网访问的地理区域。每个无线基站20A-20N在相应的物理覆盖区域内提供到远端用户和来自远端用户的无线通信。例如，在图2中，用户14A-14N被表示为处于基站20A的覆盖区域内。因而，当一个远端单元请求数字数据，比如一个网页时，一个用于该网页的请求从用户14传递到相关的基站20A。基站20A再将该请求传递到互联网服务供应商12，导致出现附加延迟。互联网服务供应商12从高速缓冲存储器16提供被请求的信息，或者如果不能在高速缓冲存储器16中得到HTML对象，则经互联网云10从内含信息服务器8A-8N提供被请求的信息。逆处理将对象载送返回给用户，导致出现附加延迟。如上面指出的，与无线链路上的请求传输相关联的累积延迟以及关联请求响应的其它延迟可能变得非常高，以致终端用户不能容忍。
因此，在本技术领域中人们期待提供一种在无线通信系统中供应有效数字数据访问的装置和方法。
发明内容
在包括一组有限的物理覆盖区域的无线系统中，基站经无线链路向一个有限物理覆盖区域内的多个用户提供服务。基站经一个回程链路连接到互联网服务供应商。互联网服务供应商经一个数字数据网连接到许多内含信息服务器。每个基站具有一个关联的高速缓冲存储器。高速缓冲存储器被用来存储由与相应基站相关联的有限物理覆盖区域内的用户频繁请求的文件和对象。当用户向基站发送包括对一个文件或对象的请求的消息时，基站分析该消息。如果被请求的文件或对象可以从高速缓冲存储器得到，则基站将该文件或对象从高速缓冲存储器传送给用户。这样，该请求不需要经回程链路或者经数字数据网发送，从而极大地改善了无线系统的响应时间。
根据本发明的一个方面，提供一种无线数据传送方法，包括：在无线基站经无线链路接收消息，其中该无线基站是至少一个远端单元和互联网服务供应商之间的媒介，其中无线基站服务多个物理上不同的扇区；将数据高度缓存到在所述无线基站的高速缓冲存储器中，其中该高速缓冲存储器与物理上不同的扇区之一关联；在所述无线基站从所述消息中识别被请求的信息；确定所述被请求的信息是否可以从在所述无线基站中的高速缓冲存储器中得到；如果所述被请求的信息可以在所述高速缓冲存储器中得到，则将所述被请求的信息从所述无线基站传送给该远端单元；和如果不能从所述高速缓冲存储器中得到所述被请求的信息，则把所述消息传送给互联网服务供应商。
根据本发明的另一个方面，提供一种无线系统，包括：多个无线基站，所述多个无线基站中的每个无线基站服务于位于相应的有限物理覆盖区域内的远端单元，其中有限物理覆盖区域包括多个物理上不同的扇区；  连接到所述多个无线基站中的每一个基站的互联网服务供应商；连接到所述互联网服务供应商，并经所述互联网服务供应商连接到所述多个无线基站中的每一个无线基站的网络；和在所述多个无线基站中的第一无线基站中，并存储经所述网络检索的数字数据的高速缓冲存储器，其中该高速缓冲存储器由多个物理上不同的扇区之一中的用户专用；其中，当所述第一无线基站从请求文件的无线用户接收一个消息和将所述文件存储到所述高速缓冲存储器内时，所述第一无线基站从所述消息中识别所述文件，从所述高速缓冲存储器中检索所述文件并且将所述文件传送给所述无线用户，其中所述第一无线基站将数据高速缓存在高速缓冲存储器中。
根据本发明的再一个方面，提供一种无线数据传送的系统，包括：在基站经无线链路接收消息的装置；在基站从所述消息识别被请求的文件的装置；确定所述被请求文件是否可以从与所述基站关联的存储器中得到的装置；如果所述被请求文件可以在所述存储器中得到，则将所述被请求文件从所述基站传送给请求的远端单元的装置；和如果所述被请求文件不能从所述存储器中得到，则把所述消息传送给中央控制器的装置。
附图说明
本发明的特点、目的和优点将从下面结合附图的详细说明中变得更加清楚；在附图中相同的部件用相同的参考标记表示，其中：
图1是表示典型的互联网数字数据系统的方框图；
图2是经无线链路提供互联网连接的现有数字数据系统的方框图；
图3是根据本发明经无线链路提供互联网连接的数字数据系统的方框图；
图4是图示说明根据本发明一个实施例的操作的流程图。
具体实施方式
图3是本发明一个实施例的方框图。在图3中，一个中央控制器，比如互联网服务供应商112被连接到一个数字数据网上，比如被连接到提供到一组内含信息服务器98A-98N的连接的互联网云100上。此外，互联网服务供应商112连接到一系列基站114A-114N上。通常，互联网服务供应商112经过基站控制器以及一系列高容量数字数据链路连接到该系列基站114A-114N上。
每个基站114A-114N通过使用分布的天线场地向相应的物理覆盖区域提供服务。在一个实施例中，基站是陆地基站，比如存在于典型的移动无线或固定无线通信系统中的那些基站。在另一个实施例中，基站可以彼此相应地设置在同一个地点，并且可以借助于卫星、宽带固定无线或定向天线向不同的物理覆盖区域提供服务。用户118A-118N位于基站114A的覆盖区域内。用户120A-120N位于基站114B的覆盖区域内。用户124A-124N位于基站114N的覆盖区域内。
每个基站114A-114N具有一个相应的高速缓冲存储器116A-116N。高速缓冲存储器116A-116N可以被具体化为可以由位于相应的基站114A-114N内的路由器和中央处理单元访问的快速存储缓冲器或存储器。高速缓冲存储器116被用来存储由与相应基站关联的用户频繁请求的信息。基站114A可以包括一个使用模式算法，该算法根据公知技术监视相应覆盖范围内的用户118A-118N的使用模式，以便确定在高速缓冲存储器16内存储哪些文件和对象。在一个实施例中，高速缓冲存储器116存储频繁请求的HTML文件和对象。当一个用户比如用户118A请求一个网页时，相应的基站，例如基站114A截取并分析由用户120产生的对文件和对象的系列请求。因而，与现有技术相比，基站114A不是简单地不加选择地将远端单元的请求传送给互联网服务供应商，而是检查请求的内容。
如果一个或多个被请求的文件或对象可在高速缓冲存储器116A中得到，基站114A则通过从高速缓冲存储器116A中检索被请求的文件和对象并将其传送给用户118A来进行响应。因此，该请求不需要经互联网服务供应商112传送或者不需要传送给互联网云100。如果任何被请求的文件或对象不能在高速缓冲存储器116A内得到，基站114A则将相应请求传送给互联网服务供应商112，该供应商112可以再把该请求经互联网云100传送给内含信息服务器98A-98N中的一个。在一个实施例中，互联网服务供应商112还包括一个可以由互联网服务供应商112访问的高速缓冲存储器126，如果一个被请求的对象能在高速缓冲存储器126中得到，互联网服务供应商112则不需要从互联网云100中检索文件。
图3所示的配置具有许多优点。互联网服务供应商112与基站114A-114N间的连接被称作回程链路。根据目前的成本构成，操作回程链路的成本是提供一个无线网络的成本的基本部分。通过从高速缓冲存储器116A中检索信息，基站114A不需要经回程链路将消息传送给互联网服务供应商112。因此，图3所示的配置减少了回程链路上的加载，从而降低了提供无线服务的成本。此外，适时获得回程链路容量可以限制配置无线系统的无线通信公司的能力。通过降低回程链路的加载，通信公司可以使用较低容量的回程链路来操作系统，从而降低了配置一个系统所需的回程链路容量。
此外，通过将高速缓冲存储器116A与一个限定覆盖范围相联系，用户的使用模式更有可能彼此相关。例如，典型的互联网服务供应商提供相当大地理范围的覆盖。具体地说，一个互联网服务供应商可以提供全县的覆盖，覆盖包括几个城市、小规模城镇和郊区的几百平方英里区域。相反，典型的陆地基站可以提供约为3-100平方英里覆盖区域的覆盖。当把一个较大区域分割成诸多较小区域时，用户中被请求页面的相关概率增加。例如，包括市区的一个覆盖区域很有可能具有比服务于一个大学校园的覆盖区域更高数量的请求法律、商务、金融和税务信息的用户。向富裕地区提供覆盖的一个覆盖区域与为工业生活区域提供服务的一个覆盖区域相比，更有可能具有更高密集的关于即将来临的马术事件的请求。
因此，选择存储在高速缓冲存储器116中的文件的使用模式算法可能能够增加可直接从高速缓冲存储器116而不是经高速缓冲存储器126或者从内含信息服务器98服务的请求的百分比。因此，图3所示的配置还减少了回程链路通信量以及用户所感觉到的等待时间。
在一个实施例中，基站执行先行高速缓冲存储。先行高速缓冲存储发生在检索文件或对象并在用户请求之前将文件或对象存储在高速缓冲存储器中的时候。例如，许多用户在早晨访问报纸。当对无线系统的需求最小时，随着出版商在清晨发行报纸，先行高速缓冲存储可以被用来检索与该报纸关联的文件和嵌入式对象。这样，当用户在清晨开始访问报纸时，至少某些文件和对象可以从高述缓冲存储器中得到。本发明的高速缓冲存储还可以改善由先行高速缓冲存储所达到的效率。校园的居民更可能访问本地报纸和校园的报纸，而不是国家的报纸。商业用户更可能访问商业和金融报纸，比如华尔街日报。本发明的局域高速缓冲存储系统调节这些地区性差别。
与图3所示的配置关联的另一个优点是无线链路比现有技术更有效地进行操作。如果无线链路被配置为电路交换系统，当用户118向基站发出一个请求时，则将一个资源贡献给该远端单元，直至接收到一个响应。通过减少与响应该请求相关联的等待时间，一个远端单元用户发出一个请求和接收一个响应所消耗的无线链路资源可以被降低，从而增加了该系统在任何时间可以服务的用户的数量。
使用现代无线通信技术，可经用户118与基站114间的无线链路传递数据的速率可以比互联网云100能供应信息的速率快。因此，通过直接从高速缓冲存储器116提供信息，经无线网络传送数据的速率不需要被人为地降低来适应互联网云100的较低传输速率。这样又可以增加整个系统容量，使系统可以适应更多的用户。
图4是图示说明本发明一个实施例的操作流程图。在方框140中，用户请求一个文件或对象。用户在一个消息中经无线网将该请求传送给基站。在方框142中，基站截取和分析该请求。例如，根据公知的识别消息的技术，基站以与和互联网服务供应商相同的方式检查该请求中的内容。基站还确定所请求的文件或对象是否可从基站高速缓冲存储器中得到。如上所述，在一个优选实施例中，高速缓冲存储器与基站被共同设置在一处，或者与基站特别关联。在方框144中，如果可从高速缓冲存储器得到文件或对象，基站将该文件或对象从高速缓冲存储器传送给用户。在方框146中，用户接受文件或对象。因而，从方框140到方框142到方框144再到方框146的流程提供了对用户请求的快速响应，而且不需要利用回程链路资源、互联网服务供应商或数字数据云资源。
如果所请求的文件或对象不能在基站的高速缓冲存储器得到，在方框144中，基站经图4中短划线所示的回程链路将请求传送给互联网服务供应商。在方框148，对此响应，互联网服务供应商确定所请求的文件或对象是否可以从与互联网服务供应商相关联的高速缓冲存储器中得到。如果是，在方框150中，互联网服务供应商将文件或对象传送给图4的短划线所示的基站。在方框152中，基站将文件或对象传送给远端单元。如短划线所示，在方框154中，用户接收文件或对象。如果文件或对象不能在与互联网服务供应商相关联的高速缓冲存储器中得到，在方框150中，如图4点线所示，互联网服务供应商根据公知技术经互联网云从内含信息服务器中请求文件和对象。在方框156中，如图4的点线所示，互联网服务供应商接收文件或对象，并且将接收的文件和对象传送给基站。基站接收文件或对象，并且在方框158中将文件或对象传送给用户。在方框160中，用户接收该文件或对象。
与图4所示的操作并行，在基站执行使用模式算法。例如，在基站截取和分析该请求的方框142中，基站还可以将所请求的文件或对象的目的地传送到使用模式算法，以供确定关联高速缓冲存储器的内容的该使用模式算法来使用。
在一个实施例中，单个高速缓冲存储器与一个以上的天线场地相关联。例如，两个基站可以共享一个高速缓冲存储器。在另一个实施例中，某些基站包括不同扇区，这些扇区向与该基站相关联的有限物理覆盖区域的分区提供服务。在这样一种情形中，单个高速缓冲存储器可以供每个扇区中的用户使用，或者一个或多个高速缓冲存储器可以供所有扇区的一个子集中的用户使用。在另一个实施例中，只有无线系统中基站的一个子集具有一个本地高速缓冲存储器。
在不背离本发明精神和中心特征的条件下，可以以其它的特定方式具体实施本发明。所述的实施例在各个方面都被认为是示范性的而不是限制性的，因此，本发明的范围是由附带的权利要求表示的，而不是前述说明书表示的。落入权利要求的等同物的含意和范围内的所有变化都被包含在本发明权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种无线数据传送方法，包括：
在无线基站经无线链路接收消息，其中该无线基站是至少一个远端单元和互联网服务供应商之间的媒介，其中无线基站服务多个物理上不同的扇区；
将数据高度缓存到在所述无线基站的高速缓冲存储器中，其中该高速缓冲存储器与物理上不同的扇区之一关联；
在所述无线基站从所述消息中识别被请求的信息；
确定所述被请求的信息是否可以从在所述无线基站中的高速缓冲存储器中得到；
如果所述被请求的信息可以在所述高速缓冲存储器中得到，则将所述被请求的信息从所述无线基站传送给该远端单元；和
如果不能从所述高速缓冲存储器中得到所述被请求的信息，则把所述消息传送给互联网服务供应商。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括根据所述无线基站接收的被请求的信息的使用模式选择所述存储器中存储的的信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：
在所述互联网服务供应商接收来自所述无线基站的所述消息；
在所述互联网服务供应商从所述消息中识别被请求的信息；
确定所述被请求的信息是否可以从与所述互联网服务供应商关联的存储器中得到；
如果能够在与所述互联网服务供应商关联的所述存储器中得到所述被请求的信息，则将所述被请求的信息传送到所述无线基站；和
如果所述被请求的信息不能从与所述互联网服务供应商关联的所述存储器中得到，则把所述消息传送给一个网络。
4.一种无线系统，包括：
多个无线基站，所述多个无线基站中的每个无线基站服务于位于相应的有限物理覆盖区域内的远端单元，其中有限物理覆盖区域包括多个物理上不同的扇区；
连接到所述多个无线基站中的每一个基站的互联网服务供应商；
连接到所述互联网服务供应商，并经所述互联网服务供应商连接到所述多个无线基站中的每一个无线基站的网络；和
在所述多个无线基站中的第一无线基站中，并存储经所述网络检索的数字数据的高速缓冲存储器，其中该高速缓冲存储器由多个物理上不同的扇区之一中的用户专用；
其中，当所述第一无线基站从请求文件的无线用户接收一个消息和将所述文件存储到所述高速缓冲存储器内时，所述第一无线基站从所述消息中识别所述文件，从所述高速缓冲存储器中检索所述文件并且将所述文件传送给所述无线用户，其中所述第一无线基站将数据高速缓存在高速缓冲存储器中。
5.根据权利要求4所述的无线系统，其特征在于所述多个无线基站中的每一个无线基站位于所述相应的有限物理覆盖区域内。
6.根据权利要求4所述的无线系统，其特征在于所述多个无线基站中的每一个无线基站通过使用卫星链路向所述有限物理覆盖区域提供服务。
7.根据权利要求4所述的无线系统，其特征在于还包括一个使用模式算法，用于识别要存储到所述高速缓冲存储器中的所述数字数据。
8.根据权利要求4所述的无线系统，其特征在于还包括一个先行高速缓冲存储算法，用于识别将要存储到所述高速缓冲存储器中的所述数字数据。
9.根据权利要求4所述的无线系统，其特征在于所述文件是一个嵌入式互联网对象。
10.一种无线数据传送的系统，包括：
在基站经无线链路接收消息的装置；
在基站从所述消息识别被请求的文件的装置；
确定所述被请求文件是否可以从与所述基站关联的存储器中得到的装置；
如果所述被请求文件可以在所述存储器中得到，则将所述被请求文件从所述基站传送给请求的远端单元的装置；和
如果所述被请求文件不能从所述存储器中得到，则把所述消息传送给中央控制器的装置。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于还包括根据所述基站接收的被请求文件的使用模式来选择所述存储器中存储的文件。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于还包括：
在所述中央控制器接收来自所述基站的所述消息的装置；
在所述中央控制器从所述消息中识别被请求文件的装置；
确定所述被请求文件是否可以从与所述中央控制器关联的所述存储器中得到的装置；
如果所述被请求文件可以在与所述中央控制器关联的所述存储器中得到，则将所述被请求文件传送给所述基站的装置；和
如果所述被请求文件不能从与所述中央控制器关联的所述存储器中得到，则把所述消息传送给一个网络的装置。
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