[发明专利]一种基于编码的无线异构网络视频缓存设施部署方法

说明书

本发明公开了一种基于编码的无线异构网络视频缓存设施部署方法，包括以下步骤：以下步骤：(1)构建网络拓扑、用户分组，计算用户分组权重；(2)构建流行视频文件集流行度分布模型；(3)建立最小化回程链路数据传输开销目标函数，构建最优化模型；(4)求解最优化问题，得出缓存设施部署方案以及文件放置方案；(5)定期更新缓存视频文件集，使用随机线性网络编码对文件进行编码，按照文件放置方案对文件分块放置。本发明提供了一种高效的在无线网络中进行视频缓存设施部署的方法，有效地降低了网络中回程链路的流量，提高了整个无线网络的性能。

技术领域

本发明属于网络技术领域，具体涉及一种无线异构网络视频缓存设施部署方法。

背景技术

近年来，移动网络流量呈现出爆发式增长的态势，其中视频流量又占据了主要的网络带宽。Cisco公司2016年发布的白皮书报告中称，未来几年的移动网络流量将呈指数增长态势，并于2021年突破49EB大关。其中，网络视频流量的占比也在不断扩大，到2021年，预计这部分移动流量会从当前的60％左右增长到78％左右。

移动流量的爆发式增长给现有的移动运营商网络带来了巨大的压力，一个无线蜂窝基站需要处理的大量的数据传输请求。在这样的背景下，一种无线异构网络被提了出来。在已有的蜂窝网络中部署一些小基站，形成毫微微蜂窝网，将网络接入点向用户拉近，从而提高用户请求的响应速度。但是，这种无线异构网络的性能会被小基站与主机站之间的回程链路所限制。如图1所示，在一个无线异构网络场景中，一个主基站(MBS)形成一个大范围的蜂窝网络，在这个大范围的蜂窝网络下部署着一些覆盖范围更小的小基站(SBS)，这些小基站形成的小范围蜂窝网络被称为毫微微蜂窝网(Femto-Cell)，这些小基站与主基站之间具备一条回程链路(backhaul link)，用于双方进行通信。用户经由无线链路(wirelesslink)连接至小基站，用户向小基站请求内容时，小基站通过回程链路进行数据传输。这时将占用回程链路，形成数据竞争，进而影响整个网络的性能。

为了解决上述的问题，一种在小基站上部署缓存设施并且缓存视频文件的想法被提了出来，如图2所示。视频数据流量中有很大的部分是重复的数据流量，因为人们往往会集中于看某些比较流行的视频。有研究表明，视频文件的流行度往往符合Zipf分布，绝大部分对视频的请求是集中在少数的视频上的。这样在小基站上主动缓存流行的视频文件集并且在用户请求量较少的时间段(如夜间)进行文件集的更新就有了意义。在小基站上部署视频缓存，用户向小基站进行视频请求时，若小基站提前缓存了视频内容，则直接对用户进行服务。这样做可以有效地减少回程链路中的流量以及用户请求视频文件的时延。目前关注在小基站缓存视频文件的一些工作主要集中在如何在已有的缓存架构下进行流行视频文件的缓存放置，而如何在现有的无线异构网络下进行缓存基础设施的部署则没有得到足够多的关注。

发明内容

发明目的：基于以上不足，本发明提出一种在一个固定的预算下提供一种合理高效的缓存设施部署方法以及与之对应的流行视频文件缓存放置方法，以减少用户日常针对视频的请求过程中小基站与主基站之间的回程链路上数据流量，从而提升整个网络的性能。

技术方案：本发明所述的一种基于编码的无线异构网络视频缓存设施部署方法包括以下步骤：

(1)构建网络拓扑、用户分组，计算用户分组权重。

统计小基站覆盖范围内的用户分布情况，根据用户被小基站覆盖的情况，将被相同小基站集合覆盖的用户分为一个用户分组u∈U＝{1,2,…,|U|}。对于每个用户分组，记录他们能够访问的小基站集合N_u。同时，为每个用户分组分配一个权重w_u，将同一用户分组内的所有用户数求和，除以所有用户分组总用户数之和，得到该用户分组的权重w_u。

(2)构建流行视频文件集流行度分布模型。