[发明专利]一种基于缓存容量限制的内容存储方法

说明书

技术领域

本发明属于移动通信领域，描述了一种基于缓存容量限制的内容存储方法。

背景技术

随着智能终端的普及，在多媒体内容的需求上，无线网络正面临着前所未有的挑战；此外，由于社交网络服务(Social Network Service,SNS)的发展，不同的内容会根据不同的流行度进行分级；这就意味着，流行的内容可能成为网络中最主要的流，并导致巨大的网络流量。在这种形势下，蜂窝网络中传统的客户端-服务器模型已经无法满足内容分发的需求，而且由于基站侧的负载溢出，性能退化问题也不可避免。因此，一种更加有效的内容分发网络架构显得尤其重要，例如移动内容分发网络(Mobile Content Delivery Networks,mCDNs)。

在mCDNs中，设备间(Device-to-Device,D2D)通信被广泛应用在用户(User,UE)间的内容共享上。考虑一个包含蜂窝通信和D2D通信的mCDNs场景，UE可以通过建立D2D连接来从附近的设备获取所需要的内容，从而替代直接从BS去获取。由于移动设备可以携带和直接分发一些内容给周围的用户，蜂窝网络下的D2D通信可以获得高传输速率和低时延，并且降低BS的负载。

尽管针对D2D通信支持的mCDNs已经有了一些研究成果，但是大多数工作都没有联合考虑内容大小，缓存服务器设备(Caching Server Device,CSD)的传输覆盖范围和缓存容量对内容存储的影响。例如，由于缓存容量是有限的，不能在CSD上存储每个内容，而是应该选择合适的内容去存储。对于覆盖范围而言，由于路径损耗，UE只能从给定范围内的CSD上获取内容，因此这也是一个关键因素。

现有技术中，缓存技术采用以下两种方法：一是等份缓存方案EPCS，特点是在CSD的缓存空间有限的条件下，保证每个内容占据的份额相等。

因为该算法可以保证不论内容的大小如何，所有的内容都可以获得相等存储空间，而且某个内容是否被缓存与其他内容是否被缓存没有必然联系，因此所有内容之间保持最佳的公平性。除此之外，EPCS对CSD来说十分简单，计算复杂度低，根据内容大小和总的缓存空间，就能够直接计算出每个内容的缓存概率。

虽然，EPCS复杂度较小，最大程度的保障了内容缓存的公平性，但是没有考虑到不同内容的流行度，因此缓存命中率较低。

二是小索引优先缓存方案SFCS，特点是根据Zipf分布对不同的K个内容进行流行度分级，其索引分别为1～K，索引越小则流行度越高。在缓存空间未满的情况下，优先选择索引小(流行度高)的内容进行缓存。因为内容的流行度越高，表示该内容被用户请求的概率就越大，所以SFCS每次选择流行度较高的内容进行缓存，对用户请求的命中率也就更高。

和EPCS相比较，SFCS考虑了内容流行度和缓存空间限制，从索引最小的内容开始依次遍历，只要缓存空间未满，就选择缓存该内容，直到遇到一个内容使缓存空间溢出，则此内容及其之后索引比它更大的内容都不会被缓存。虽然考虑了内容流行度，较EPCS来说提高了缓存命中率，但是选择性忽略掉了那些流行度较低但却也有可能被用户请求的内容，缺少一定的自适应性。

此外，上述两种内容缓存方案主要是针对内容缓存命中率，但是在实际的内容分发网络中，内容缓存命中率越高并不意味着整个系统的效益越大，因为缓存内容同样需要一定的资源消耗，所以“入不敷出”的情况很有可能会发生。

发明内容

本发明针对现有技术进行了改进，综合考虑了整个通信系统的效益问题，不仅将关注点放在流行度高的内容上，也没有忽略那些流行度低但也可能被用户请求的内容；同时还全面考虑了其它因素，如内容大小和缓存容量限制。因此，本发明提出了一种基于缓存容量限制的内容存储方法。

具体步骤如下：

步骤一、针对某个单小区，建立用户与基站，用户与缓存服务设备CSD之间的通信系统；

单小区中包括一个基站和若干用户缓存服务设备(CSD)，用户通过D2D通信从给定范围内的CSD获取所需的内容；或者用户直接通过基站获取所需内容。

CSD的分布服从强度为λ的泊松点过程，D2D通信的最大范围为r，每个CSD的最大缓存空间容量为M；

步骤二、基站根据CSD的分布和当前网络中传输的内容，计算每个内容的缓存概率，并广播告知网络内的所有CSD，每个CSD根据缓存概率对内容进行缓存。

具体步骤如下：