本發(fā)明涉及通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地，涉及一種基于緩存和冗余消除的上行鏈路小基站內(nèi)容調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
：隨著智能手機(jī)和平板電腦等智能設(shè)備的普及，人們利用移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)上傳越來越流行，比如利用移動(dòng)應(yīng)用YouTube、Facebook等將生活事件(例如用戶生成內(nèi)容或者是流行的圖片和視頻)上傳到社交網(wǎng)絡(luò)，或者是將備份數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心。此外，移動(dòng)設(shè)備的存儲(chǔ)限制和逐漸涌現(xiàn)的基于云端服務(wù)的應(yīng)用也加速了這種上傳趨勢(shì)。大量的數(shù)據(jù)上傳不僅促進(jìn)了移動(dòng)數(shù)據(jù)流量前所未有的增長，也給無線網(wǎng)絡(luò)特別是無線回程鏈路造成了很大傳輸壓力。為了解決移動(dòng)數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式的增長，已有很多研究是針對(duì)以內(nèi)容為中心網(wǎng)絡(luò)(Content-CentricNetworks,CCNs)的基于緩存技術(shù)的內(nèi)容下載問題，但是鮮有研究人員考慮基于緩存技術(shù)的內(nèi)容上傳。在內(nèi)容的上行傳輸中存在很多限制。首先，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的上行和下行鏈路的帶寬資源是不對(duì)稱的，文獻(xiàn)表明非對(duì)稱下行鏈路的帶寬高出上行鏈路帶寬10到1000倍。較少的帶寬導(dǎo)致了較低的上行鏈路吞吐量，因此導(dǎo)致較長的上傳時(shí)間和較差的用戶體驗(yàn)。此外，移動(dòng)設(shè)備的發(fā)送功率和電池容量等資源也是受限的。因此，研究上傳機(jī)制來改善用戶體驗(yàn)和緩解網(wǎng)絡(luò)的上傳流量負(fù)載不僅迫切而且具有挑戰(zhàn)性。在數(shù)據(jù)流量中常會(huì)有冗余存在。例如，通過視頻編輯工具對(duì)流行視頻文件進(jìn)行復(fù)制、修改和重新上傳變得很普遍，而有文獻(xiàn)表明大量的被修改的視頻是在原視頻上傳的同一天或者一周之內(nèi)進(jìn)行上傳。此外在密集移動(dòng)社交網(wǎng)絡(luò)中被檢測(cè)到有大量的數(shù)據(jù)重復(fù)。另一方面，目前的內(nèi)容可以進(jìn)行模塊化組裝。例如，運(yùn)動(dòng)圖像專家組(MovingPictureExpertsGroup,MPEG)開發(fā)了一種新的媒體傳輸標(biāo)準(zhǔn)MMT(MPEGMediaTransport)，一個(gè)MMT數(shù)據(jù)包就是一個(gè)邏輯實(shí)體(logicalentity)，由多個(gè)MMT內(nèi)容塊(MMTassets)和一些數(shù)據(jù)合并和傳輸?shù)妮o助信息組成(例如CompositionInformation(CI)和AssetDeliveryCharacteristics(ADCs))。內(nèi)容的模塊化使內(nèi)容的形成和獲取更加靈活，并且為文件之間出現(xiàn)冗余提供了更大的可能性。目前，去重消除技術(shù)已經(jīng)得到廣泛研究，主要包括文件級(jí)和塊級(jí)重復(fù)消除技術(shù)。文件級(jí)重復(fù)消除技術(shù)只能檢測(cè)整文件之間是否重復(fù)，而塊級(jí)重復(fù)消除技術(shù)可以檢測(cè)到相似文件之間的冗余?，F(xiàn)有技術(shù)中已有考慮基于緩存的內(nèi)容上傳問題，例如有文獻(xiàn)研究了實(shí)時(shí)視頻和時(shí)移點(diǎn)播視頻的聯(lián)合上傳優(yōu)化，但是考慮的是移動(dòng)設(shè)備端存在緩存，并且調(diào)度算法依賴于消費(fèi)終端的視頻類型以及視頻播出時(shí)間的信息反饋。此外有文獻(xiàn)考慮將緩存放置在附近的WiFi訪問點(diǎn)(AccessPoints)，將傳統(tǒng)的內(nèi)容上傳分為兩個(gè)階段，先將內(nèi)容上傳并緩存在WiFi訪問點(diǎn)，然后WiFi訪問點(diǎn)在合適的時(shí)間將內(nèi)容上傳到核心網(wǎng)絡(luò)。但涉及蜂窩小區(qū)網(wǎng)絡(luò)中基于緩存的內(nèi)容上傳并沒有相關(guān)技術(shù)，并且之前文獻(xiàn)并沒有研究需要多少緩存空間以及緩存的內(nèi)容如何調(diào)度上傳等問題。在多用戶上行蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，用戶上傳的內(nèi)容先發(fā)送并緩存到附近的小基站(SmallBaseStation,SBS)，然后小基站在合適的時(shí)間將緩存的內(nèi)容上傳到宏基站(MacroBaseStation,MBS)，進(jìn)而宏基站將內(nèi)容上傳到核心網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于小基站如何調(diào)度上傳緩存的內(nèi)容尚沒有相關(guān)研究。針對(duì)該問題，本發(fā)明提出一種基于緩存和冗余消除的上行鏈路小基站內(nèi)容調(diào)度方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于緩存和冗余消除的上行鏈路小基站內(nèi)容調(diào)度方法。根據(jù)本發(fā)明提供的基于緩存和冗余消除的上行鏈路小基站內(nèi)容調(diào)度方法，包括如下步驟：步驟1：建立一個(gè)以內(nèi)容為中心的多用戶上行小區(qū)網(wǎng)絡(luò)；步驟2：等待時(shí)隙開始，在時(shí)隙開始時(shí)，所有用戶向小基站發(fā)送內(nèi)容數(shù)據(jù)；步驟3：在時(shí)隙結(jié)束后，小基站進(jìn)行內(nèi)容冗余檢測(cè)和消除；步驟4：通過小基站判斷是否需要調(diào)度上傳；若需要調(diào)度上傳，則執(zhí)行步驟5；若無需調(diào)度上傳，則返回執(zhí)行步驟2；步驟5：通過小基站運(yùn)行調(diào)度算法，將需要調(diào)度上傳的數(shù)據(jù)發(fā)送至宏基站，并判斷是否結(jié)束流程，若是，則結(jié)束流程，若否，則返回執(zhí)行步驟2。優(yōu)選地，所述步驟1包括：假設(shè)用戶具有文件級(jí)去重能力，即當(dāng)需要上傳的內(nèi)容已存在于目的服務(wù)器或者小基站時(shí)用戶無需重復(fù)上傳；構(gòu)建包含相互獨(dú)立的塊內(nèi)容的集合記為：其中：f0表示用戶不上傳內(nèi)容，f1表示第1個(gè)塊內(nèi)容，fF表示第F個(gè)塊內(nèi)容，fj表示第j個(gè)塊內(nèi)容，j的取值范圍為{0,1,2,…,F}；具體地，第j個(gè)塊內(nèi)容大小記為lj，集合中最大塊內(nèi)容的長度記為lmax，請(qǐng)求上傳第j個(gè)塊內(nèi)容的概率記為pj，即內(nèi)容流行度；每個(gè)時(shí)隙長度為Ts，所有的塊內(nèi)容上傳持續(xù)時(shí)間固定為Ts，且內(nèi)容在小基站的緩存時(shí)延的上限記為td，td＝ndTs，其中nd為整數(shù)。優(yōu)選地，所述步驟2中所有用戶向小基站發(fā)送的內(nèi)容數(shù)據(jù)是根據(jù)內(nèi)容的流行度從塊內(nèi)容的集合中選取得到，并且不同時(shí)隙不同用戶之間上傳數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的過程。優(yōu)選地，所述步驟3包括：假設(shè)包含K個(gè)用戶，以下標(biāo){1，…,k,…,K}表示，其中下標(biāo)k表示第k個(gè)用戶；在每一個(gè)時(shí)隙結(jié)束，小基站將最近時(shí)隙內(nèi)接收到的內(nèi)容與已緩存在小基站的內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，判斷是否存在重復(fù)，若在最近時(shí)隙內(nèi)接收的內(nèi)容與已緩存的內(nèi)容重復(fù)，則小基站刪除最近時(shí)隙內(nèi)接收的內(nèi)容，保留該內(nèi)容較早緩存的版本；若最近時(shí)隙內(nèi)接收的內(nèi)容與已緩存的內(nèi)容之間沒有重復(fù)，而最近時(shí)隙內(nèi)接收的內(nèi)容之間存在重復(fù)，那么只保留具有最小下標(biāo)k的用戶上傳的內(nèi)容版本。優(yōu)選地，所述步驟4中判斷是否需要調(diào)度上傳的依據(jù)如下：若當(dāng)前狀態(tài)滿足以下條件中的任意一個(gè)時(shí)，執(zhí)行步驟5，否則執(zhí)行步驟2；條件1：小基站緩存內(nèi)容在當(dāng)前時(shí)隙結(jié)束時(shí)存在到期內(nèi)容，即內(nèi)容的容忍時(shí)延td耗盡；條件2：當(dāng)前狀態(tài)滿足以下公式：Σk=1Kdk,n+1Ts>S-Sun+Σk=1Kck,innwk,in,]]>式中：K表示用戶總數(shù)，n表示當(dāng)前時(shí)隙為第n個(gè)時(shí)隙；dk,n+1表示第k個(gè)用戶在第(n+1)個(gè)時(shí)隙將要上傳的發(fā)送速率；S表示小基站的緩存空間大?。槐硎拘』驹诋?dāng)前時(shí)隙結(jié)束時(shí)已經(jīng)使用的緩存空間；表示當(dāng)前時(shí)隙結(jié)束時(shí)小基站的緩存狀態(tài)，其中i≤n，下標(biāo)i表示狀態(tài)指示的內(nèi)容是用戶k在第i個(gè)時(shí)隙上傳的；表示內(nèi)容的大小，表示第k個(gè)用戶在第in個(gè)時(shí)隙發(fā)送的內(nèi)容；將第k個(gè)用戶在第i個(gè)時(shí)隙發(fā)送的內(nèi)容記為fk,i，若fk,i在第n個(gè)時(shí)隙結(jié)束時(shí)還緩存于小基站中，則令否則令in＝n-nd+1，若用戶在第in個(gè)時(shí)隙發(fā)送的內(nèi)容沒有被調(diào)度上傳，則在第n個(gè)時(shí)隙結(jié)束時(shí)容忍時(shí)延到期，其中：當(dāng)in≤0時(shí)，優(yōu)選地，所述步驟5包括：步驟5.1：若所述步驟4中的當(dāng)前狀態(tài)只滿足條件1，則將容忍時(shí)延到期的內(nèi)容上傳到宏基站后執(zhí)行步驟2；若所述步驟4中當(dāng)前狀態(tài)只滿足條件2，則執(zhí)行步驟5.2；若所述步驟4中當(dāng)前狀態(tài)同時(shí)滿足條件1和條件2，則執(zhí)行步驟5.3；步驟5.2：求解如下0-1背包問題：maxbk,in,∀ck,in=1Σk=1KΣi=i0nck,inbk,in[1-(1-pk,i)qin]wk,is.t.Σk=1KΣi=i0nck,inbk,inwk,i≤S-Σk=1Kdk,n+1Ts,]]>式中：表示針對(duì)當(dāng)前時(shí)隙結(jié)束時(shí)緩存在小基站的內(nèi)容fk,i的調(diào)度結(jié)果，如果內(nèi)容fk,i被選擇繼續(xù)緩存在小基站，則否則其中的值為零表示在當(dāng)前時(shí)隙結(jié)束時(shí)開始上傳內(nèi)容fk,i；i0＝max{1,in+1}；pk,i表示內(nèi)容fk,i的流行度；wk,i表示內(nèi)容fk,i的大?。槐硎緝?nèi)容fk,i在剩余的容忍時(shí)延[nd-(n-i+1)]Ts內(nèi)至少被發(fā)送一次的概率；將0-1背包問題的解的內(nèi)容開始上傳到宏基站后，執(zhí)行步驟2；步驟5.3：當(dāng)in≥1并存在時(shí)，則令然后求解如下0-1背包問題：maxbk,in,∀ck,in=1Σk=1KΣi=i0nck,inbk,in[1-(1-pk,i)qin]wk,is.t.Σk=1KΣi=i0nck,inbk,inwk,i≤S-Σk=1Kdk,n+1Ts,]]>對(duì)于當(dāng)前時(shí)隙結(jié)束時(shí)所有小基站中的緩存內(nèi)容，如果則將內(nèi)容fk,i繼續(xù)緩存在小基站中，如果則該內(nèi)容被上傳到宏基站后執(zhí)行步驟2。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：1、本發(fā)明提出了一種應(yīng)用在蜂窩小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的基于緩存和冗余消除的無線內(nèi)容上傳系統(tǒng)模型，改善了小基站的發(fā)送效率，緩解了無線回程鏈路的負(fù)載壓力，提升了有效帶寬。2、本發(fā)明基于未來用戶上傳請(qǐng)求的概率知識(shí)提出了一種小基站內(nèi)容調(diào)度方法，進(jìn)一步提升了小基站的發(fā)送效率。3、本發(fā)明提出的內(nèi)容調(diào)度方法可以為系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的建議，例如緩存空間大小和容忍時(shí)延。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：圖1為本發(fā)明提供的多用戶上行小區(qū)網(wǎng)絡(luò)模型示意圖；圖2為本發(fā)明提供的上行鏈路小基站內(nèi)容調(diào)度方法流程框圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。根據(jù)本發(fā)明提供的基于緩存和冗余消除的上行鏈路小基站內(nèi)容調(diào)度方法，包括如下步驟：步驟1：建立一個(gè)以內(nèi)容為中心的多用戶上行小區(qū)網(wǎng)絡(luò)；步驟2：等待時(shí)隙開始，在時(shí)隙開始時(shí)，所有用戶向小基站發(fā)送內(nèi)容數(shù)據(jù)；步驟3：在時(shí)隙結(jié)束后，小基站進(jìn)行內(nèi)容冗余檢測(cè)和消除；步驟4：通過小基站判斷是否需要調(diào)度上傳；若需要調(diào)度上傳，則執(zhí)行步驟5；若無需調(diào)度上傳，則返回執(zhí)行步驟2；步驟5：通過小基站運(yùn)行調(diào)度算法，將需要調(diào)度上傳的數(shù)據(jù)發(fā)送至宏基站，并判斷是否結(jié)束流程，若是，則結(jié)束流程，若否，則返回執(zhí)行步驟2。所述步驟1包括：假設(shè)用戶具有文件級(jí)去重能力，即當(dāng)需要上傳的內(nèi)容已存在于目的服務(wù)器或者小基站時(shí)用戶無需重復(fù)上傳；由于資源限制，用戶沒有文件分塊能力。考慮相互獨(dú)立的塊內(nèi)容集合f0表示用戶不上傳內(nèi)容，塊文件fj大小為lj，其中最大文件長度為lmax。fj流行度為pj，表示請(qǐng)求上傳內(nèi)容fj的概率?？紤]每個(gè)時(shí)隙長度為Ts，所有的塊內(nèi)容上傳持續(xù)時(shí)間固定為Ts。考慮內(nèi)容時(shí)延網(wǎng)絡(luò)，即所有上傳到小基站的內(nèi)容可以容忍的緩存時(shí)延為td＝ndTs，其中nd為整數(shù)。具體地，如圖1所示：K個(gè)用戶通過無線傳輸上傳內(nèi)容到小基站，小基站通過無線回程鏈路連接到宏基站，宏基站通過有線連接到核心網(wǎng)絡(luò)。小基站緩存大小為S，假設(shè)S≥K·lmax。所述步驟2中所有用戶向小基站發(fā)送的內(nèi)容數(shù)據(jù)是根據(jù)內(nèi)容的流行度從文件集合中選取得到，并且不同時(shí)隙不同用戶之間上傳數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的過程。所述步驟3包括：在每一個(gè)時(shí)隙結(jié)束，小基站將最近時(shí)隙內(nèi)接收到的內(nèi)容與已緩存在小基站的內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)是否存在重復(fù)，如果最近時(shí)隙內(nèi)接收的內(nèi)容與已緩存的內(nèi)容重復(fù)，則小基站刪除最近時(shí)隙內(nèi)接收的內(nèi)容，保留該內(nèi)容較早緩存的版本。如果最近時(shí)隙內(nèi)接收的內(nèi)容與已緩存的內(nèi)容之間沒有重復(fù)，而最近時(shí)隙內(nèi)接收的內(nèi)容之間存在重復(fù)，那么只保留用戶下標(biāo)k最小的用戶上傳的內(nèi)容版本，刪除其他重復(fù)內(nèi)容版本。具體地，如圖2所示，圖中給出了上行鏈路小基站針對(duì)緩存內(nèi)容的調(diào)度方法。所述步驟4包括：小基站判斷是否需要調(diào)度上傳；具體地，如果當(dāng)前狀態(tài)滿足以下兩個(gè)條件中的任意一個(gè)或同時(shí)滿足，則進(jìn)入步驟5進(jìn)行內(nèi)容的調(diào)度上傳，否則進(jìn)入步驟2進(jìn)行下一個(gè)時(shí)隙。條件1：小基站緩存內(nèi)容在當(dāng)前時(shí)隙結(jié)束時(shí)存在到期內(nèi)容，即內(nèi)容的容忍時(shí)延td耗盡。條件2：當(dāng)前狀態(tài)滿足以下公式：Σk=1Kdk,n+1Ts>S-Sun+Σk=1Kck,innwk,in,]]>其中n表示當(dāng)前時(shí)隙為第n個(gè)時(shí)隙；dk,n+1表示用戶k在下個(gè)時(shí)隙將要上傳的發(fā)送速率；表示小基站在當(dāng)前時(shí)隙結(jié)束時(shí)已經(jīng)使用的緩存空間；表示當(dāng)前時(shí)隙結(jié)束時(shí)小基站的緩存狀態(tài)，如果用戶k在第i個(gè)時(shí)隙發(fā)送的內(nèi)容(該內(nèi)容也用fk,i表示)在第n個(gè)時(shí)隙結(jié)束時(shí)仍然緩存于小基站，則否則in＝n-nd+1，第in個(gè)時(shí)隙發(fā)送的內(nèi)容如果沒有被調(diào)度上傳，則在第n個(gè)時(shí)隙結(jié)束時(shí)容忍時(shí)延到期，注意當(dāng)in≤0時(shí)，表示內(nèi)容的大小。所述步驟5包括：步驟5.1：如果在所述步驟4中當(dāng)前狀態(tài)只滿足條件1，則將容忍時(shí)延到期的內(nèi)容開始上傳到小基站，然后進(jìn)入步驟2；否則進(jìn)入步驟5.2；步驟5.2：如果在所述步驟4中當(dāng)前狀態(tài)滿足條件2，則求解如下0-1背包問題:maxbk,in,∀ck,in=1Σk=1KΣi=i0nck,inbk,in[1-(1-pk,i)qin]wk,is.t.Σk=1KΣi=i0nck,inbk,inwk,i≤S-Σk=1Kdk,n+1Ts,]]>其中，表示針對(duì)當(dāng)前時(shí)隙結(jié)束時(shí)緩存在小基站的內(nèi)容fk,i的調(diào)度結(jié)果，如果內(nèi)容fk,i被選擇繼續(xù)緩存在小基站，則否則表示在當(dāng)前時(shí)隙結(jié)束時(shí)開始上傳該內(nèi)容；i0＝max{1,in+1}；pk,i表示內(nèi)容fk,i的流行度；wk,i表示內(nèi)容fk,i的大小。表示內(nèi)容fk,i在剩余的容忍時(shí)延[nd-(n-i+1)]Ts內(nèi)至少被發(fā)送一次的概率。注意該0-1背包問題可以用動(dòng)態(tài)規(guī)劃求得最優(yōu)解或用貪心算法求得近似解。此外，如果所述步驟4中當(dāng)前狀態(tài)同時(shí)滿足條件1，即in≥1并存在則則對(duì)于當(dāng)前時(shí)隙結(jié)束時(shí)所有小基站中的緩存內(nèi)容，如果則該內(nèi)容(fk,i)繼續(xù)緩存在小基站，如果則該內(nèi)容開始上傳到宏基站。然后進(jìn)入步驟2。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。當(dāng)前第1頁1 2 3