一种基于sd-ran的全网协同内容缓存管理系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，更具体地，设及一种基于软件定义接入网 (Software Defined-Radio Access Network, SD-RAN)的全网协同内容缓存管理系统 (Caching Management System，CMS)和方法。
【背景技术】
[0002] 缓存是一种内容存储技术，基于该技术可W有效地缓解回程网络的容量瓶颈，避 免相同的内容从远端服务器被反复调用、传输的问题。鉴于此，缓存技术被认为是一种能够 显著提高资源利用率W及降低网络时延的关键技术。
[0003] 缓存技术是将流行度较高的内容存储在缓存服务器中，并将其部署在用户附近的 网络边缘，从而使用户能够W更为灵活、快捷的方式获取所需要的信息。考虑到缓存服务器 的容量有限，不能存储所有的流行内容，因此为了提高缓存内容的命中率和缓存效率， Mahmoud Taghizadeh,Kristopher Micinski et al.,在"Distributed Cooperative Caching in Social Wireless NetworksIEEE Trans.on Mobile Computing,Vol.12, NO. 6，化ne 2013.中提出了不同缓存节点之间通过协作缓存的内容放置策略W降低内容获 取的开销。然而在运种分布式协作框架中，各缓存节点需要根据其本地内容流行度，结合相 邻缓存节点的内容流行度进行协作缓存决策。一方面，运种相邻节点之间的分布式协作复 杂度较高，时延较长，实际系统中很难实现。另一方面，由于缓存节点只依据本地网络状态 进行内容缓存，因此无法得到全局最优的缓存决策。
【发明内容】
[0004] 针对现有缓存技术的W上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于SD-RAN的全网协 同内容缓存管理系统及方法，充分利用了软件定义网络中网络控制器所具有的全局网络视 图，W逻辑集中的方式实现不同区域缓存节点之间的协同缓存，从而提高缓存效率和资源 利用率，有效降低网络时延，提升用户体验。
[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于软件定义接入网SD-RAN的全网协同内容缓存管理系统，所述系统包括云平台、内容缓存管理系统CMS、无线接入 层及缓存节点，其特征在于：
[0006] 所述云平台，包括多个基带处理单元(Base Band化it, BBU)，用于无线接入层的 数据信号处理；
[0007] 所述内容缓存管理系统CMS，位于软件定义接入网SD-RAN的控制层，用于检测内容 流行度随时间、地域的变化并生成内容-流行度映射表，定期对其进行更新维护，生成待缓 存/替换列表;此外，所述CMS还用于根据所述待缓存/替换列表进行缓存决策并下发至所述 缓存节点进行缓存更新；同时，所述CMS用于通过监控缓存决策获取实时的全局缓存映射 表；
[000引所述无线接入层，包括多个射频远端单元(Remote Radio化it,R抓），所述射频远 端单元与控制层之间连接，用于为各小区用户提供无线接入；
[0009] 所述缓存节点，部署在每个R抓附近，用于根据下发的所述缓存决策存储和更新相 应的内容，同时，还用于根据本小区用户的内容请求，响应并交付相应内容。
[0010] 作为进一步优选的，所述内容缓存管理系统CMS包括区域数据库模块、流行度检测 模块、缓存更新模块及缓存决策模块，其中：
[0011] 所述区域数据库模块，用于实时记录各小区用户内容请求，生成区域用户内容请 求表；
[0012] 所述流行度检测模块，用于通过分析所述区域数据库模块中每个小区用户的区域 内容请求表，定期计算、统计并更新请求内容的本地流行度，生成内容-流行度映射表；
[0013] 所述缓存更新模块，用于根据内容-流行度映射表进行缓存更新，生成待缓存/替 换列表；
[0014] 所述缓存决策模块，用于根据上述缓存更新模块中的待缓存/替换列表进行缓存 决策，确定需要更新的内容并下发给相应缓存节点进行更新；同时，所述缓存决策模块通过 实时监控获取全局缓存映射表，并根据内容流行度随时间、区域变化的情况对全局缓存映 射表进行实时更新及维护。
[0015] 作为进一步优选的，所述根据内容-流行度映射表进行缓存更新，具体包括：
[0016] ( 1 )若某内容对应的本地流行度达到上限阔值Pmax，则将该内容添加到待缓存列 表；
[001 7] ( 2 )若某内容对应的本地流行度降到下限阔值Pmin、或该内容在缓存节点中的存留 时间超过了预设时间上限to、或该内容所在缓存节点的缓存容量达到上限且该内容的本地 流行度为该缓存节点上所有内容对应的本地流行度的最低值，则将该内容添加到待替换列 表；
[0018] 作为进一步优选的，所述本地流行度为：
〇<0(/)<1
[0019]
[0020] 其中，/4为小区i中流行度序号为j的内容的本地流行度，j e {1，2，....N}N为小 区冲内容总数，C为常数，f|(/)为小区i的用户对内容X的访问集中程度Zi时参数。
[0021] 作为进一步优选的，所述缓存节点的业务覆盖范围可通过基站"呼吸"（Cell Zooming)策略进行调整来提升缓存内容利用率。
[0022] 按照本发明的另一方面，提出了一种基于上述软件定义接入网SD-RAN的全网协同 内容缓存管理系统的用户内容获取方法，其特征在于，所述方法包括：
[0023] (1)各小区用户通过无线接入平台发起用户内容处理请求；
[0024] (2)用户设备查询本地缓存，若请求内容存在则直接响应用户进行内容交付;若不 存在，则执行步骤(3);
[0025] (3)用户所在小区缓存节点查询其缓存目录，若请求内容存在则响应用户进行内 容交付;若不存在，则执行步骤(4);
[0026] (4)提交用户内容处理请求至内容缓存管理系统，所述内容缓存管理系统查询全 局缓存映射表，判断是否有邻近小区缓存节点存储该内容，若请求内容存在，则将邻近小区 缓存节点上的相应内容迁移调用至用户所在节点来响应用户进行内容交付;若不存在，贝U 所述内容缓存管理系统请求远端内容服务器响应用户内容交付。
[0027] 按照本发明的另一方面，相应地，提出了一种基于软件定义接入网SD-RAN的全网 协同内容缓存管理方法，其特征在于，所述方法包括：
[0028] (1)各小区用户通过无线接入层发起用户内容请求；
[0029] (2)区域数据库模块记录各小区用户内容请求，并根据所述各小区用户内容请求 生成区域用户内容请求表；
[0030] (3)流行度检测模块根据各小区用户内容请求估计各小区内容的本地流行度，生 成内容-流行度映射表；
[0031] (4)缓存更新模块根据所述内容-流行度映射表生成待缓存/替换列表；
[0032] (4-1 )若某内容对应的本地流行度达到上限阔值Pmax，则将该内容添加到待缓存列 表；<