一种分布式缓存的动态部署方法
【专利摘要】本发明涉及无线通信网络【技术领域】，尤其涉及一种无线通信网络中减少用户对热点内容的查询等待时间的方法。为了减少网络中冗余数据的重复传输，使网络中冗余数据最小化，将广域传输转为本地或就近访问。作为启示，结合现行蜂窝网络的实际情况，本发明提出了一种无线通信网络中关于热点内容的分布式缓存的动态部署方法。该方法可以有效减少无线覆盖设备(如宏基站)因响应用户查询请求而访问Internet端的频率，加快网络对用户请求的响应速度，提升用户服务质量的同时减轻无线覆盖设备的流量负荷。
【专利说明】一种分布式缓存的动态部署方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信【技术领域】，尤其涉及一种无线通信网络中减少用户对热点内 容的查询等待时间的方法。
【背景技术】
[0002] 内容分发网络（Content Delivery Network，CDN)技术是为了改善 Internet 的服 务质量而发展起来的一种技术。CDN通过内容的优化部署，实现用户对内容的就近访问和网 络流量的智能分流，较为有效地解决了由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等因 素对用户访问效果的影响，大大提高了网络的响应速度。CDN技术的原理是将媒体服务器分 布式部署在网络中，使得内容提供端提供的媒体内容，能够按照既定的分发策略，预先从网 络的骨干部分推送到最接近用户的网络"边缘"。
【发明内容】
[0003] 为了减少网络中冗余数据的重复传输，使网络中冗余数据最小化，将广域传输转 为本地或就近访问。作为启示，结合现行蜂窝网络的实际情况，本发明提出了一种无线通信 网络中关于热点内容的分布式缓存的动态部署方法。该方法可以有效减少无线覆盖设备 (如宏基站）因响应用户查询请求而访问Internet端的频率，加快网络对用户请求的响应 速度，提升用户服务质量的同时减轻无线覆盖设备的流量负荷。
[0004] 为了方便描述本发明的内容，首先对本发明中所使用的术语进行定义。
[0005] 定义1无线微节点：具有无线收发装置，可以提供微小区（如microcell)、微微小 区（如picocell)或比微微小区更小覆盖范围（如femtocell)覆盖，并增加或配有大容量 缓存服务器的无线设备。
[0006] 定义2热无线微节点：分配有网络预留专用无线资源用于信令连接的无线微节 点。
[0007] 定义3普通无线微节点：没有分配或已收回专用于信令连接无线资源的无线微节 点。
[0008] 在某一无线覆盖设备的覆盖区域内，分布有多个移动用户和多个无线微节点，在 该覆盖区域中根据一定条件选择设置若干热无线微节点。
[0009] 本发明的具体步骤如下：
[0010] S1、无线覆盖设备在一个时间周期T内收集用户和无线微节点的相关信息，所述 相关信息包括用户接收到的信号质量、用户密度、用户业务需求，所述一个时间周期T可以 通过手动设置也可以通过系统自动设置；
[0011] S2、在S1所述无线覆盖设备的覆盖区域内，根据S1所述相关信息和既定策略设置 下一个时间周期内的热无线微节点，即决定在下一个时间周期内将哪些无线微节点设置为 热无线微节点，在下一个时间周期内将哪些热无线微节点转为普通无线微节点，所述既定 策略为经验策略；
[0012] S3、采用差异化信令连接，收回S2所述转为普通无线微节点的节点所占用的专用 无线资源，为S2所述转为热无线微节点的节点分配专用无线资源用于信令连接；
[0013] S4、S3所述热无线微节点分别处理所述热无线微节点覆盖区域内的用户的业务请 求，其中，所述热无线微节点与S1所述无线覆盖设备始终处于连接状态，可随时通过S1所 述无线覆盖设备实现本地缓存服务器热点内容的更新；
[0014] S5、当前周期结束，下一个周期开始，转到S1。
[0015] 进一步地，S1所述相关信息具体如下：
[0016] 选定网络中G值高于一定门限的节点为热无线微节点，所述G值为网络中现有的 每个无线微节点的节点权值，G = f(S，M，Q)，其中，S代表信号质量，Μ代表用户密度，Q代表 用户业务需求。
[0017] 进一步地，S2所述既定策略具体如下：
[0018] S21、在系统参数一定的情况下，计算出所有用户与S1所述无线覆盖设备之间的 信道容量，该信道容量的数学期望记作C2 ;
[0019] S22、在系统参数一定的情况下，计算出热无线微节点覆盖区域内所有用户与S1 所述无线覆盖设备之间的信道容量，该信道容量的数学期望记作Q ;
[0020] S23、令调节因子 a e (〇, 1];
[0021] S24、当Q < a C2，则将此时提供信号覆盖的无线微节点设置为热无线微节点。
[0022] 本发明的有益效果是：
[0023] 本发明中热无线微节点与无线覆盖设备交互，实现本地缓存服务器热点内容的更 新，满足本地用户的业务请求。
[0024] 无线用户避免对蜂窝网络中无线覆盖设备的直接访问，减轻了无线覆盖设备的查 询流量压力。同时，由于就近访问本地热无线微节点，与传统无线覆盖设备响应用户请求流 程相比，直接减去了无线覆盖设备访问Internet端的往返时间。此外，用户与本地热无线 微节点在相同条件下往往具有更好的链路质量，可以支持更高的热点内容传输速率，减少 网络响应用户请求的所需时间，提升用户体验的同时减少无线覆盖设备的业务流量。
[0025] 采用差异化信令连接方法，可以有效减少用户与无线覆盖设备之间的直接交互， 降低整个网络的信令负荷，提高系统无线资源利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1为无线覆盖设备覆盖区域内热无线微节点设置的示意图。
[0027] 图2为无线覆盖设备覆盖区域内热无线微节点与无线覆盖设备交互的示意图。
[0028] 图3为分布式缓存动态部署方法的一般化系统实现流程图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图介绍本发明的【具体实施方式】：
[0030] 在现有的2G/3G/LTE网络中，如附图1所示，无线覆盖设备BTS/Node B/e NodeB 设备提供宏小区区域覆盖。可以考虑在现有的提供微小区、微微小区或比微微小区更小范 围覆盖的无线设备中，按照信号质量、用户密度及用户业务需求等指标选取相应的无线微 节点作为热无线微节点，并配以大容量缓存服务器进行热点内容的缓存。
[0031] 在系统参数一定的情况下，热无线微节点可以计算出在自身覆盖区域内所有用户 与无线覆盖设备之间的信道容量，所述所有用户与无线覆盖设备之间的信道容量的数学期 望记作Ci。在系统参数一定的情况下，无线覆盖设备可以计算出小区内所有用户的信道容 量，所述所有用户的信道容量的数学期望记作(： 2。令调节因子a e (〇，1]，当Ci< ac2，则 将此时提供微小区、微微小区或比微微小区更小范围覆盖的无线微节点设置为热无线微节 点。由热无线微节点处理用户对热点内容的业务请求，以提升此区域内用户的接收信号质 量和服务体验。
[0032] 也可以根据用户地理位置分布的密度来考虑热无线微节点的设置。在实际的蜂窝 网络中，相邻位置的用户往往具有相同或相似的内容喜好，他们可能向无线覆盖设备发出 对同一热点内容的查询请求，这时若将这部分数据查询请求切换到热无线微节点上，将显 著减小无线覆盖设备的业务流量，缩短用户的查询等待时间。无线覆盖设备通过基于位置 服务（Location Based Service，LBS)可以获取所有用户和所有热无线微节点、普通无线微 节点的地理位置信息，从而计算出每个热无线微节点、普通无线微节点所覆盖区域的用户 密度，当这些用户密度值高于某一设定的门限值时，就可以考虑将相应的无线微节点设置 为热无线微节点。低于门限值的无线微节点转为普通无线微节点。因为用户密度大的区域， 查询请求的流量往往也较大，所以有必要设置热无线微节点，更有效地、尽可能地减轻无线 覆盖设备的流量负担。
[0033] 还可以从用户的业务需求方面进行考虑。某些热点内容具有即时性要求，比如天 气预报信息、股票价格信息、交通道路拥堵状况信息等等。在线视频、音乐等热点内容对于 时延要求也相当敏感。因此，可以考虑结合用户的具体业务需求来增设热无线微节点，满足 热点内容的即时性要求和用户服务质量。
[0034] 以上三个方面可以分别考虑，也可以综合在一起考虑。当综合考虑用户接收信号 质量、用户密度及用户业务需求时，可以为网络中现有的每个无线微节点注册一个节点权 值G，通过一定的转换，从用户服务质量要求、用户流量要求等方面出发，将信号质量、用户 密度及用户业务需求（分别记为S、M、Q)建模为G的函数G = f(S，M，Q)。G值高于一定门 限的无线微节点设置为热无线微节点。综合考虑各因素的优点在于平衡无线通信网络系统 在各方面的性能，缺点是增加了系统实现的复杂度。
[0035] 以上方法皆可作为热无线微节点的具体设置方法。热无线微节点的设置，其主要 目的在于减小无线覆盖设备对Internet端的访问频率，由本地热无线微节点的缓存服务 器响应用户的查询请求，缩短用户的查询等待时间，同时减少用户对基站的查询流量，减轻 基站的业务负担。由于热无线微节点的设置，需要分配专用无线资源用于其信令连接，因此 热无线微节点的设置不宜偏多，需要控制在合理范围内。根据以上目的，也可以从其他角度 进行热无线微节点的设置。
[0036] 所选取的热无线微节点通过网络预留的专用无线资源与提供宏小区覆盖的无线 覆盖设备（BTS/NodeB/e NodeB)保持连接，如附图2所示，从而实现热点内容的更新。无线 覆盖设备可以统计一段时间内的用户请求，从而确定推送给热无线微节点的数据；热无线 微节点也可以根据一定的策略，向无线覆盖设备发送用户对热点内容的请求。无线覆盖设 备与热无线微节点的交互方式可以是多种多样的，具体某种交互方式所带来的性能应以热 无线微节点的缓存服务器对应于用户业务请求的命中率高低来衡量。热无线微节点的缓存 服务器根据交互内容以及一定的缓存策略更新本地缓存的热点内容。
[0037] 需要指出的是，以上关于热无线微节点的设置是动态变化的，并非一成不变。无线 覆盖设备可以在每一个周期时间T开始时重新收集一次用户及无线微节点的相关信息，然 后重新考量决定热无线微节点的设置并分配相应的无线资源。
[0038] 当周期时间T内的热无线微节点确定以后，无线覆盖设备可以通过广播的方式告 知小区内的全部用户。用户通过既定规则访问相应的热节点或者根据自身情况选择合适的 热无线微节点，这可以根据蜂窝小区的具体情况灵活选择。周期内的普通无线微节点可以 作为中继节点，传输通用业务消息，加强信号覆盖。由于普通无线微节点只负责传统业务的 传输，因此其信令连接方式遵守网络原有的协议规定即可。
[0039] 无线通信网络系统实现本发明上述分布式缓存动态部署方法的一般化流程图如 附图3所示。
【权利要求】
1. 一种分布式缓存的动态部署方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 无线覆盖设备在一个时间周期T内收集用户和无线微节点的相关信息，所述相关 信息包括用户接收到的信号质量、用户密度、用户业务需求，所述一个时间周期T可以通过 手动设置也可以通过系统自动设置； 52、 在S1所述无线覆盖设备的覆盖区域内，根据S1所述相关信息和既定策略设置下一 个时间周期内的热无线微节点，即决定在下一个时间周期内将哪些无线微节点设置为热无 线微节点，在下一个时间周期内将哪些热无线微节点转为普通无线微节点，所述既定策略 为经验策略； 53、 采用差异化信令连接，收回S2所述转为普通无线微节点的节点所占用的专用无线 资源，为S2所述转为热无线微节点的节点分配专用无线资源用于信令连接； 54、 S3所述热无线微节点分别处理所述热无线微节点覆盖区域内的用户的业务请求， 其中，所述热无线微节点与S1所述无线覆盖设备始终处于连接状态，可随时通过S1所述无 线覆盖设备实现本地缓存服务器热点内容的更新； 55、 当前周期结束，下一个周期开始，转到S1。
2. 根据权利要求1所述的一种分布式缓存的动态部署方法，其特征在于：S1所述相关 信息具体如下： 选定网络中G值高于一定门限的节点为热无线微节点，所述G值为网络中现有的每个 无线微节点的节点权值，G = f(S，M，Q)，其中，S代表信号质量，Μ代表用户密度，Q代表用户 业务需求。
3. 根据权利要求1所述的一种分布式缓存的动态部署方法，其特征在于：S2所述既定 策略具体如下： 521、 在系统参数一定的情况下，计算出所有用户与S1所述无线覆盖设备之间的信道 容量，该信道容量的数学期望记作C2 ; 522、 在系统参数一定的情况下，计算出热无线微节点覆盖区域内所有用户与S1所述 无线覆盖设备之间的信道容量，该信道容量的数学期望记作q ; 523、 令调节因子a e (〇, 1]; 524、 当Q < a C2，则将此时提供信号覆盖的无线微节点设置为热无线微节点。
【文档编号】H04W16/20GK104093159SQ201410325506
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】陈劼, 骆君威, 李少谦 申请人:电子科技大学