无线接入网中用于内容分发的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了各种方法和通信设备以提高无线通信网络中的带宽利用率。例如，通过使用加速器模块实现无线接入网中的高效内容分发，所述加速器模块用于实施具有超文本传输协议(HTTP)层、传输控制协议(TCP)层以及去重、(LZ)压缩/解压和缓存层的栈。
【专利说明】无线接入网中用于内容分发的方法和装置
[0001]相关申请案交叉申请
[0002]本发明要求2012年3月20日由李健等人递交的发明名称为“无线接入网中用于内容分发的方法和装置”的第13/425192号美国专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引用的方式并入本文本中，如全文再现一般。
【技术领域】
[0003]本发明大体涉及用于数字通信的系统和方法，尤其涉及用于在蜂窝无线通信网络中进行内容和应用加速的系统和方法。
【背景技术】
[0004]移动通信设备通常也称作用户设备(UE)、移动台、终端、智能手机等等，这些通信设备的技术已经越来越先进，它们所能提供的已不仅仅是语音连接。除了提供语音连接之夕卜，具备先进技术的移动通信设备还能以持续增长的数据速率使得用户能够网上冲浪、进行多媒体流传输、共享图像、充当计算机接入点等等。
[0005]先进移动通信设备在全球的市场渗透率持续增长。此外，数据(例如，网络数据、多媒体、图像、计算机数据等)可能会逐年增长。例如，移动因特网已变成通用平台以允许用户使用先进移动通信设备来共享信息和内容。基于超文本传输协议(HTTP)/传输控制协议(TCP)的流媒体视频应用正变成移动因特网中的主导业务模式。然而，这些应用可能占用大量带宽。
[0006]因此，部署如此之多的先进移动通信设备可能会对无线通信网络的带宽能力造成巨大负担，因此必须继续增强带宽能力，从而确保足够高的性能以满足用户的需求。一方面，这对于移动因特网提供商而言成本昂贵并且极大地侵蚀了他们的底线。另一方面，移动用户通过蜂窝无线连接访问因特网内容将经历明显更长的时延。
【发明内容】
[0007]技术优点通常通过本发明的实施例实现，本发明的实施例提供了一种在蜂窝无线通信网络中用于内容和应用加速的系统和方法，该系统和方法还可向终端用户提供数据内容以及语音。
[0008]在实施例中，提供一种发送数据的方法。在所述方法中，从内容提供商接收报文。实施无线接入网一侧的加速器模块中的栈。所述栈用于减少通过无线接入网(RAN)的流量并减少所述UE接收所请求的内容的时延。所述报文发送到置于所述无线接入网另一侧的协同加速器模块。所述协同加速器模块包括对应栈，当实施所述栈时，所述栈用于恢复来自所述报文中的指针或压缩数据的原始内容，或向所述UE用本地数据提供所述内容，或指示所述客户端重发具有更新后信息的请求以便直接从内容提供商获取内容。
[0009]在实施例中，提供一种接收数据的方法。在所述方法中，接收从无线接入网一侧发送的报文。所述报文携带使用加速器模块中的栈缩减的内容。实施所述无线接入网另一侧的协同加速器模块中的对应栈。所述栈将所述原始内容传递到通过LAN连接的另一通信设备前，重组所述原始内容。
[0010]在实施例中，提供了一种通信设备。所述通信设备包括接收器，用于从置于无线接入网一侧的内容提供商接收报文；加速器模块，用于实施栈来压缩所述报文；以及发射器，用于将所述报文发送到无线接入网另一侧的通信设备，从而允许接收所述报文时，使用具有对应栈的协同加速器模块对所述报文进行解压。RAN —侧部署的所述通信设备通过LAN连接到UE。所述RAN另一侧的通信设备通过所述无线核心网连接到因特网。
[0011]在实施例中，提供了一种通信设备。所述通信设备包括接收器，用于从无线接入网一侧的网络设备接收报文。通过内容去重和Lempel-ZiV(LZ)/数据压缩(deflatecompress1n)大大缩减报文中携带的内容。所述通信设备还包括协同加速器模块，用于实施对应栈以便收到原始内容时恢复所述原始内容，以及发射器，用于将所述报文发送到所述无线接入网另一侧的通信设备。
[0012]在实施例中，所述加速器栈包括HTTP层，用于减少经过所述无线接入网(RAN)的协议握手消息数目以及减少所述UE接收所请求的内容的时延。所述HTTP层可进行元数据缓存，301重定向缓存、认证缓存、对象缓存、连接池化，还可以向去重层提供有关内容长度和头长度的线索来改善去重结果。
[0013]在实施例中，所述加速器栈包括传输控制协议(TCP)层，用于控制待发送的数据量以及丢包时管理数据重传。所述TCP层还基于确认流(或其他参数)调整数据传输窗口。所述确认流(或ACK流)可提供网络状况指示。例如，可通过ACK报文抵达所耗时间和/或某些ACK报文的缺失确定网络拥塞。所述TCP层还可聚合不同对的UE和内容提供商之间的TCP会话，以便在发送实际内容之前减少所需的TCP握手量。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中:
[0015]图1为采用具有加速器模块的通信设备(例如，无线网络控制器(RNC)、接入设备等)的通用移动通讯系统(UMTS)以提高带宽利用率的实施例的简化示意图；
[0016]图2为采用具有加速器模块的通信设备(例如，分组数据网(TON)网关、接入设备等)的长期演进(LTE)网络以提高带宽利用率的的实施例的简化示意图；
[0017]图3为具有加速器模块并在图1的UMTS或图2的LTE网络中采用的一个通信设备的简化示意图；
[0018]图4为图3的加速器模块采用的软件栈的实施例的简化示意图；
[0019]图5为使用图3的加速器模块发送数据的方法；
[0020]图6为使用图3的加速器模块接收数据的方法；以及
[0021]图7示出了当使用具有图3的加速器模块的通信设备时经过蜂窝无线网的信息流。
【具体实施方式】
[0022]下文将详细论述对本发明实施例的实施和使用。但应了解，本发明提供了可以在多种具体环境中实施的许多适用的发明概念。所论述的具体实施例仅为说明性的，而不限制本发明的范围。
[0023]本发明的以下描述是针对具体背景，所述具体背景指的是支持具有数据传输能力(data capability)的通信设备的无线通信系统，即，支持第三代(3G)和第四代(4G)通信设备的无线通信系统。然而，本发明还可大体应用于支持具有数据传输能力的通信设备的无线通信系统。
[0024]图1描述了蜂窝无线通信网络100的概要图，例如用于3G应用的通用移动通讯系统(UMTS)。无线通信系统100包括图1中由用户设备(UE) 102 (例如，智能手机或联网平板电脑)表示的通信设备。虽然图1中通信设备由UE102表示，通信设备还可为另一通信设备，例如连接到局域网(LAN)的平板电脑。
[0025]UE102通过LAN (链路104)连接到接入设备106。在实施例中，链路104为无线保真(WiFi)连接。接入设备106可对发往及发自UE102的通信进行控制。这样，接入设备106控制UE102的网络访问。接入设备106 (例如移动热点等)通过3G/4G蜂窝无线(链路108)连接到NodeB(NB) 110。在实施例中，链路108表示接入设备106和NBllO之间存在的无线接入网(RAN)。NBllO还可称为基站、控制器、通信控制器等。NBllO可服务于多个UE，这取决于无线通信系统100的配置、日时间等。
[0026]NBllO可通过因特网协议/异步传输模式(IP/ΑΤΜ)接入网112连接到无线网络控制器(RNC) 114或用于3G应用的内容识别设备(CAD)。RNC114可通过因特网协议/异步传输模式(IP/ΑΤΜ)核心网116连接到服务GPRS支持节点(SGSN)或网关GPRS支持节点(GGSN) 118。节点118用于从内容服务提供商、数据中心等(例如，图2所示的内容服务提供商/数据源224)接收内容(例如，报文)。
[0027]图2描述了无线通信网络200的概要图，例如用于4G应用的长期演进(LTE)服务。无线通信系统200包括图2中由UE202表示的通信设备。虽然图2中通信设备由UE202表示，通信设备还可为另一通信设备，例如网络服务器、联网平板电脑等。
[0028]UE202可(通过链路204)得到接入设备206的无线服务。在实施例中，链路204为局域网(LAN)。接入设备206可对发往和发自UE202的通信进行控制。这样，接入设备206控制UE202的网络访问。接入设备206 (例如，移动热点等)可(通过链路208)得到eNB210的无线服务。在实施例中，链路208表示接入设备206和eNB210之间存在的RAN。eNB210还可称为基站、控制器、通信控制器等。eNB210可服务于多个UE，这取决于无线通信系统200的配置、日时间等。
[0029]eNB210可通过链路212连接到服务架构演进(SAE)网关214。SAE网关214可通过链路216连接到分组数据网(TON)网关218。PDN网关218通过链路220连接到路由器222，该路由器通过网络226(例如，因特网、私网或其组合)提供对数据源或内容提供商224的访问。
[0030]参考图1及图2，若干通信设备，尤其是RNCl 14、接入设备106、PDN网关218及接入设备206都配备加速器模块250。如下将更为全面地解释，加速器模块250用于提高蜂窝无线通信网络中的带宽利用率并减少UE通过网络获取所请求的内容的访问时延。此外，客户端侧(例如，接入设备侧)的附加加速器模块250可提升终端设备相对竞争产品的附加值。类似地，无线网另一侧(例如RNC114上)的设备中采用的附加加速器模块250可提升出售给服务提供商的设备的附加值。
[0031]虽然图1中加速器模块250之一在RNCl 14中示出，在实施例中，加速器模块可出现在SGSN/GGSN118、接入网112、核心网116或如图1所示置于RAN左侧的其他一些通信设备或系统中。此外，虽然图1中加速器模块250之一在接入设备106中示出，在实施例中，加速器模块可出现在UE、LAN或如图1所示置于RAN右侧的其他一些通信设备或系统。在实施例中，加速器模块250在接入设备106上实施，而不是在其中一个UE上实施，这是因为UE依赖于电池，在加速器模块250进行繁重的计算任务期间，电池电量消耗太快。
[0032]与上述类似，虽然图2中加速器模块250之一在TON218网关中示出，在实施例中，加速器模块可在SAE网关214、路由器222或如图2所示置于RAN左侧的其他一些通信设备或系统。此外，虽然图2中加速器模块250之一在接入设备206中示出，在实施例中，加速器模块可在UE、LAN或如图2所示置于RAN右侧的其他一些通信设备或系统。
[0033]现参见图3，图3为描绘了具有加速器模块250之一的通信设备300(例如，RNC114、接入设备106、TON网关218、接入设备206等)的简化示意图。如图3所示，通信设备300通常包括用于接收传入信息的接收单元302，所述传入信息的形式一般为IP报文。通信设备300还可包括用于发送传出信息的发射单元304。接收单元302和发射单元304可以是有线和/或无线单元。一般而言，报文可通过接收单元302到达通信控制器300，并且可通过发射单元304离开。
[0034]在实施例中，通信设备300还包括控制单元306。控制单元306用于控制通信设备300的操作。例如，取决于所考虑的通信设备300的类型，控制单元306可用于基于路由函数计算路由，检测错误，充当UE的锚点，向控制单元306所服务的UE授予和调度发送机会，处理附着请求，参与切换等等。控制单元306可使用以下项来实施:通用或专用处理器或控制器、组合逻辑、状态机或以上各者的组合。
[0035]通信设备300还包括存储器308，存储器308可用于存储配置信息、路由信息、UE特定信息、暂存器、用于发射的缓冲空间等等。存储器308可以是只读存储器、随机存取存储器、可编程只读存储器等等的组合。
[0036]在实施例中，通信设备300的加速器模块250可操作地耦合到接收单元302、发射单元304、控制单元306以及存储器308中的一个或多个。如图3所示，加速器模块250包括加速器栈350，当实施加速器栈时，加速器栈提高无线通信系统(例如，UMTS或LTE网络)中的带宽利用率。加速器栈350可为硬件、固件、软件或其组合。
[0037]现参见图4，图4示出了加速器栈350的简化示意图。如下将更为全面地解释，采用加速度栈350来协助图1的无线系统100中的RNCl 14和接入设备106之间以及图2的无线系统200中的TON网关218和接入设备206之间的数据或内容传输。在实施例中，图1的接入设备106和图2的接入设备206分别连接UE102和UE202的栈为除栈350以外的栈。
[0038]当报文由设备接收(即进入设备)时，加速器栈350通常从底部352到顶部354进行实施；当报文从设备发送(即离开设备)时，加速器栈350通常从顶部354到底部352进行实施。在实施例中，加速器栈350通常配置用于无线通信并且与无线通信兼容。
[0039]如图4所示，加速器栈350包括内容去重(DEDUPE)层400。在实施例中，DEDUPE层400操作以识别设备缓存中已经存储的内容，并且仅将指针发送给先前存储的内容，而不是通过网络重传内容。在使用指针(指针比内容小的多)时，可为其他通信保留带宽。例如，图1的UE102可将内容请求提交给接入设备106。随后，接入设备106通过RAN将该请求传递到NBl 10。
[0040]依次，NBllO通过接入网112将请求发送给RNCl 14。RNCl 14将UE请求转发给内容提供商。内容提供商将所请求的内容发送给RNC114。当RNC114接收所请求的内容时，加速器250将该内容与其缓存中的内容比较并决定相同的内容在接入设备106处进行了缓存。因此，RNC114上的加速器250不是通过网络重传该内容，而是将引用指针发送给接入设备106缓存中的该内容。该指针识别了存储该内容的接入设备106(或者，图1的RAN右侧的另一设备)的存储器308中的位置。实际上，相同的内容在RNC114和接入设备106处均进行了缓存。
[0041]加速器栈还包括超文本传输协议(HTTP)检验层402。HTTP层402执行大量操作来减少经过无线接入网(RAN)的协议握手消息数目，从而降低了 UE接收所请求的内容的时延。在实施例中，HTTP层402进行元数据缓存来缓存数据，例如电子标签、失效时间、“上次修改”时间以及数据最长历史。在实施例中，HTTP层402可进行301重定向缓存来缓存来自服务器的永久重定向响应以及进行认证缓存来缓存来自服务器的401未授权响应。在实施例中，接入设备106的加速器250中的HTTP层402还可进行对象缓存来缓存请求那些对象的第一客户端所请求的对象，以及实际客户端请求网络资源前进行对象预取来缓存网络资源。在实施例中，HTTP层402还可进行连接池化来通过RAN保持长TCP连接。在实施例中，HTTP层402还可向DEDUPE层400提供有关内容长度和头长度的线索来改善去重结果。
[0042]在实施例中，加速器栈350还包括传输控制协议(TCP)层404。TCP层404控制待发送的数据量以及丢包时管理数据重传。TCP层404操作以基于从接入设备106接收的确认流(或其他参数)调整图1的RNC114上的加速器模块250以及接入设备106上的加速器250之间的数据传输窗口。确认流或ACK流可提供网络状况网络运行时间(WRT)的指示。例如，可通过ACK报文抵达所耗时间和/或某些ACK报文的缺失确定网络拥塞。
[0043]在实施例中，加速器栈350还包括因特网协议(IP)层406、通用分组无线业务(GPRS)隧道协议(GTP)层408、用户数据协议(UDP)层410、附加IP层412以及较低层L2414和 L1416。
[0044]IP层406提供和/或处理了实际的UE和服务器地址，而GTP层提供了基于IP的通信协议，这些协议用于携带UMTS和LTE网络内的GPRS。UDP层410提供了用于用户数据的协议，而额外IP层412提供了隧道协议。最后，较低层L2414和L1416分别提供了处理RAN特定问题的数据链路和物理链路。
[0045]现参见图5，图5示出了发送数据的方法500。在方框502处，在加速器模块250中实施栈350的层406至416之后接收报文。在方框504处，使用所实施的栈350的层402从对等设备中提取内容请求。在方框506处，沿着常规网络栈将内容请求传递到内容提供商。在方框508处，在实施栈350的层406至416之后将确认(ACK)流发回UE。
[0046]在方框510处，从内容提供商接收IP报文形式的内容。在方框512处，检查HTTP并保存相关信息，所述相关信息可由DEDUPE层400(即，去重引擎)用来提高其性能。在方框514处，实施RAN—侧的加速器模块250中的栈350以压缩内容(即缩小内容大小)用于在RAN上传输。具体而言，实施加速器模块中的栈以通过LZ类型的压缩和数据去重技术缩小内容大小。在其他实施例中，其他类型的压缩技术可用于缩小内容大小。例如，可采用“无线通信系统中用于内容和应用加速的系统和方法”的第13/400527号美国专利申请案中描述的压缩方法，该专利申请案以引用的方式并入本文中。在方框516处，为置于RAN另一侧的协同加速器模块250形成报文。具体而言，遵循为RAN优化的TCP窗口机制为对等加速器模块形成报文。在方框518处,在实施栈350的层406到416之后将报文发送到对等设备。协同加速器模块包括对应栈，当实施对应栈时，所述栈用于重建原始内容(例如，解压报文)来提高无线通信系统中的带宽利用率。
[0047]现参见图6，图6示出了接收数据的方法600。在方框602处，沿着常规网络栈接收携带UE请求的报文。在方框604处，使用接入设备206中嵌入的栈350的层402提取来自UE的请求。在方框606处，根据请求将确认(ACK)流发回UE。在方框608处，请求客户端修改请求，为本地缓存提供所请求的内容，或将请求传递到对等设备。
[0048]在方框610处，接收从无线接入网一侧发送的内容。具体而言，以指针、压缩信息和/或原始内容分片形式接收内容。使用加速器模块250中的栈压缩报文(即，缩减内容)。在方框612处,实施置于RAN另一侧的协同加速器模块205中的对应栈。该栈重建原始内容(例如，解压报文)以提高无线通信系统中的带宽利用率。在方框614处，为另一通信设备(例如，图2的UE205)形成TCP报文。之后，在方框616处，沿着常规网络栈将报文发送到另一通信设备。
[0049]现参见图7，图7示出了当通信设备采用本文所述的加速器模块时经过蜂窝无线网的信息流的图700。如图所示，具有加速器模块(加速器2)的接入设备(例如，MiFi接入设备)接收来自UEl的请求。接入设备可对该请求作出响应并接收修改后的请求。该请求或修改后的请求传递到具有加速器模块(加速器I)的RNC、GGSN或内容提供商/数据中心。内容提供商/数据中心使用原始内容作出响应，该原始内容传回RNC。RNC缩减(例如，压缩)原始内容并将缩减的内容传递到接入设备。在实施例中，原始内容的缩减为无损内容缩减。接入设备重建UEl的原始内容。根据UE2的请求，通过接入设备将任意缓存的内容发送到UE2。
[0050]尽管上文所述的实施例在说明书中描述的如3GPP-LTE蜂窝网络等的蜂窝通信网络之内实施，其他无线通信安排都预期在实施例的更广的范围之内，包括WiMAX、GSM、W1-Fi以及其他无线通信系统。
[0051]注意的是，除非另有指示，本文所述的功能可以通过人为干涉或没有人为干涉由硬件或软件，或它们的一些组合来执行。在实施例中，根据编码成执行这些功能的计算机程序代码等代码、软件，和/或集成电路，计算机或电子数据处理器等处理器执行这些功能，除非另有指不。
[0052]虽然已参考说明性实施例描述了本发明，但此描述并不旨在限制本发明。所属领域的技术人员在参考该描述后，将会明白说明性实施例的各种修改和组合，以及其他实施例。因此，希望所附权利要求书涵盖任何此类修改或实施例。
【权利要求】
1.一种用于发送数据的方法，其特征在于，包括: 从内容提供商接收报文； 实施无线接入网一侧的第一加速器模块中的第一栈，所述第一栈用于缩减所述报文中携带的原始内容大小；以及 在所述无线接入网上发送所述报文，使得具有对应栈的协同加速器模块在所述无线接入网的另一侧接收到所述报文时，所述报文用于重建所述原始内容。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括通过启动内容去重、Lempel-Ziv(LZ)压缩/解压和缓存层实施所述第一加速器模块中的所述第一栈。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括通过启动超文本传输协议层实施所述第一加速器模块中的所述第一栈。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括通过启动传输控制协议层实施所述第一加速器模块中的所述第一栈。
5.一种用于接收数据的方法，其特征在于，包括: 接收从无线接入网一侧发送的报文，所述报文使用第一加速器模块中的第一栈进行压缩； 实施置于所述无线接入网另一侧的协同加速器模块中的对应栈，所述对应栈解压所述报文；以及 将所述报文发送到另一通信设备。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括通过启动内容去重、Lempel-Ziv(LZ)压缩/解压和缓存层实施所述协同加速器模块中的所述对应栈。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括通过启动超文本传输协议层实施所述协同加速器模块中的所述对应栈。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括通过启动传输控制协议层以及为无线接入网(RAN)优化的拥塞控制机制实施所述协同加速器模块中的所述对应栈。
9.一种通信设备，其特征在于，包括: 接收器，用于从置于无线接入网一侧的内容提供商接收报文； 第一加速器模块，用于实施第一栈以缩减所述报文中携带的原始内容大小；以及 发射器，用于将所述报文发送到无线接入网另一侧的通信设备，在所述接入网中，当接收所述报文时，所述报文用于使用具有对应栈的协同加速器模块重建所述原始内容。
10.根据权利要求9所述的通信设备，其特征在于，所述接收器、所述加速器模块、所述发射器置于无线网络控制器中。
11.根据权利要求9所述的通信设备，其特征在于，所述接收器、所述加速器模块、所述发射器置于支持节点中。
12.根据权利要求9所述的通信设备，其特征在于，所述接收器、所述加速器模块、所述发射器置于服务架构演进(SAE)网关中。
13.根据权利要求9所述的通信设备，其特征在于，所述接收器、所述加速器模块、所述发射器置于分组数据网(TON)网关中。
14.根据权利要求9所述的通信设备，其特征在于，所述加速器模块的所述栈包括内容去重层、超文本传输协议(HTTP)层以及传输控制协议(TCP)层中的至少一个。
15.一种通信设备，其特征在于，包括: 接收器，用于从无线接入网一侧的网络设备接收报文，所述报文携带大小缩减的内容，所述内容通过实施第一加速器模块的第一栈生成； 协同加速器模块，用于实施对应栈以在收到所述报文时从所述大小缩减的内容中重建原始内容；以及 发射器，用于将所述原始内容发送到所述无线接入网另一侧的通信设备。
16.根据权利要求15所述的通信设备，其特征在于，所述协同加速器模块用于直接提供所述原始内容，提供来自缓存的所述原始内容，以及指示内容请求者改变内容请求的格式。
17.根据权利要求15所述的通信设备，其特征在于，所述通信设备连接到所述无线接入网一侧的无线网络控制器(RNC)以及所述无线接入网另一侧的用户设备。
18.根据权利要求15所述的通信设备，其特征在于，所述接收器、所述加速器模块、所述发射器置于局域网(LAN)中。
19.根据权利要求15所述的通信设备，其特征在于，所述第一加速器模块的所述第一栈具有去重层，所述去重层用于识别已在发出请求的设备的缓存中存储的所述报文。
20.根据权利要求15所述的通信设备，其特征在于，所述加速器模块包括Lempel-Ziv(LZ)压缩/解压和缓存层、超文本传输协议(HTTP)层以及传输控制协议(TCP)层中的至少一个。
【文档编号】H04L12/70GK104205743SQ201380015152
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月20日 优先权日:2012年3月20日
【发明者】李健, 吉姆·赵, 周文哲 申请人:华为技术有限公司