[发明专利]一种考虑用户时延的小小区网络边缘部分缓存方法

说明书

本发明公开了一种考虑用户时延的小小区网络边缘部分缓存方法，属于无线通信技术领域。首先，将缓存视频文件备选集按热度重新排列，并得到相应的热度值和对应的视频文件大小；然后，计算能完整缓存的视频文件的最大个数K；按照最大个数K利用最大类间方差法进行迭代，对小于等于缓存阈值S_c的视频文件进行完整缓存，对大于缓存阈值S_c的视频文件进行部分缓存；当用户向小小区基站发起内容请求时，若视频文件被完整缓存，则用户从该小小区基站获取完整内容并结束；若部分缓存或没有缓存，则通过回程链路从核心网中的内容服务器请求内容。本发明能保证用户的访问时延，提高缓存命中率，提升小基站的缓存空间的利用率，有效缓解回程链路的带宽压力。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体是一种考虑用户时延的小小区网络边缘部分缓存方法。

背景技术

据思科白皮书预测，在2019年移动数据流将占到全球数据流量的约75％，移动数据流大部分是由视频流量承担的，随着智能终端的全球化普及，以及自媒体不断发展的全球环境下，网络视频流量将呈现指数增长的趋势。现如今的宏蜂窝网络容量已经不能进一步扩大以满足日益增长的流量需求。

为了解决这一问题，引入了小小区(Small Cell)网络，在宏蜂窝网络的覆盖下，通过小小区基站的密集部署，极大地提升了系统的容量，缓解了对网络的流量需求。但是，薄弱的小小区回程链路削弱了这种优势，因此边缘缓存成了近年来的研究热点，边缘缓存通过付出廉价的存储资源就可以获得较高的回报。边缘缓存使得用户能就近获取到想要的网络资源而不通过薄弱的回程链路，一方面大大降低了用户的请求时延，另一方面又缓解了回程链路的传输压力，因此在小小区系统中采用边缘缓存的方式在小小区基站部署缓存机制能大大地提升小小区系统的服务性能。

由于存储容量仍然是有限的，因此每个小小区基站节点不能将所有网络视频都进行缓存，只能缓存极少的一部分，由二八定律可知，网络中20％的视频内容承担着80％的网络流量，因此20％是主要考虑的缓存对象，但即便是如此，也无法完全将这20％的内容全部缓存，因此学者们开始致力于研究更佳的缓存配置方案使得缓存效率最大化。

现有的边缘缓存方案按缓存的节点来分存在两大类：一类是集中式缓存，一类是分布式缓存。集中式缓存最大的优势就在于其简单性，所有的节点缓存相同的内容，而由于缓存容量有限，使得缓存效率低下；分布式缓存的优势在于合理利用用户与多个节点相连的特性，采取在一定范围内不同节点部署不同的内容，从而获得较高的缓存效率。按每个文件的缓存方式则可分为完整缓存和部分缓存，完整缓存则是完整地将每个文件缓存到节点，而部分缓存则是将每个文件的一部分缓存到节点。

在目前的无线网络边缘缓存的研究中，多数学者对边缘缓存方案的设计针对的都是每个文件大小假设相等的情况，并且大多数采用的是完整缓存的方式，即缓存的每一个文件都是完整的。另外有学者对部分缓存也进行了研究，即仅缓存每个文件中的一部分在边缘，剩余的从网络中心获取，研究发现部分缓存的效益会明显高于完整缓存的方式。但是仍然是基于每个文件大小相等的情况下得出的结论，因此，没有考虑文件大小不同的情况。实际中，文件大小的不同会影响边缘缓存的效益，无论是完整缓存还是部分缓存。

综上，现有技术中，一方面现有的边缘缓存研究没有考虑文件大小不等的情况，另一方面现有的部分缓存方案没有给出最佳的缓存百分比，因此边缘缓存的效益并没有达到最佳状态。而且在边缘缓存的设计方案中，缓存命中率不仅仅取决于每个文件的热度，同时还与每个文件的大小相关，而缓存效益不仅仅与缓存命中率相关，同时还与回程链路的突发量相关。用户体验中最重要的因素之一是时延，因此边缘缓存方案的设计不能脱离这一因素。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，为了在小小区网络有限的边缘缓存空间中实现缓存效益的最大化，根据文件大小不同因素对缓存效益产生的影响，提出了一种考虑用户时延的小小区网络边缘部分缓存方法。

具体步骤如下：