伺服器、數據緩存方法、使用該伺服器的通信系統及方法

2023-06-01 20:22:56 3

伺服器、數據緩存方法、使用該伺服器的通信系統及方法
【專利摘要】本發明提供一種提高發送節點的緩存效率的伺服器、數據緩存方法、使用該伺服器的通信系統及方法，該伺服器包括：存儲模塊，存儲原始文件、原始文件的特性；編碼模塊，將存儲模塊所存儲的原始文件編碼從而生成編碼符號；信息獲取模塊，與至少一個發送節點通信，從至少一個發送節點取得狀態信息；控制模塊，根據存儲模塊中所存儲的原始文件的特性及信息獲取模塊所取得的至少一個發送節點的狀態信息，來計算應當發送給至少一個發送節點緩存的編碼符號量；以及通信模塊，按由控制模塊所計算出的編碼符號量，對至少一個發送節點發送編碼符號。
【專利說明】伺服器、數據緩存方法、使用該伺服器的通信系統及方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及伺服器、數據緩存方法、使用該伺服器的通信系統及方法，特別涉及用戶終端為移動性終端時對多個發送節點發送編碼數據的伺服器、數據緩存方法、使用該伺服器的通信系統及方法。

【背景技術】
[0002]以往，在無線網絡中，各基站緩存多個文件。當用戶終端請求某一文件時，如果該文件已被用戶終端所存在的範圍所屬的基站(也稱為本地基站)緩存，則由本地基站直接服務該用戶終端；如果該文件未被本地基站緩存，則本地基站從網絡中獲取該數據並發送給該用戶終端(參照專利文獻I)。在專利文獻I中，基站需要緩存整個文件內容，造成基站存儲空間的消耗。
[0003]另外，在專利文獻2中，公開了噴泉碼的一種典型實現一Raptor碼。從有限的原始包產生近似無窮的編碼包，實現低複雜度的編解碼。但僅僅提出噴泉碼在數據傳輸的應用，目的在於提高數據傳輸的效率和可靠性，沒有考慮通過噴泉碼做數據的編碼存儲來提升存儲的效率。
[0004]另外，在專利文獻3中，公開了一種多源無線通信系統和方法，在蜂窩網中，一個用戶終端可以從多個基站接收通信時，用RS編碼(裡德-所羅門編碼)或諸如Tornado編碼或Raptor編碼等無速率編碼對由M個分組組成的源數據塊進行編碼，從每個基站發送不同子集的N個分組，在接收端從多個基站接收分組，並可以根據N個分組中的K個(K=M+A)來推導源數據塊，其中，A〈M，M〈N。
[0005]在專利文獻3中，所考慮的網絡中的無線發送端僅僅局限在基站，將來在一個蜂窩內除了基站外，還存在中繼、小蜂窩、微蜂窩等，另外容納多個蜂窩的還有宏蜂窩。因此如何利用不同類型發送端(包括重疊覆蓋情況下)給用戶終端提供移動接收的問題沒有考慮。
[0006]另外，專利文獻3中並未考慮將用戶終端的移動性下載所帶來的增益應用到多個傳輸源之間的數據緩存的優化中，事實上，用戶終端的移動使得同一個用戶終端可以從多個基站接收數據，並且，對於某個基站而言，用戶終端僅能夠在從進入到該基站的覆蓋範圍起到離開該基站的覆蓋範圍為止的期間從該基站下載數據。
[0007]當基站中緩存數據比用戶終端在該期間內能夠下載的數據多時，部分數據不會被下載，徒勞地浪費了存儲空間，數據緩存效率低下。
[0008]另一方面，當基站中緩存數據較少時，用戶終端在該基站的覆蓋範圍通過時，僅部分時間進行數據下載，其餘時間出現空閒，造成了時間的浪費。另外，如果通過該基站從伺服器下載數據期間，用戶終端已經離開該基站的覆蓋範圍，也導致無法繼續下載的情況出現，用戶終端的下載效率反而降低。
[0009]現有技術文獻(專利文獻)
[0010]專利文獻1:US2005/0102300A2[0011 ]專利文獻 2:EP2202888A1
[0012]專利文獻3:W02006/121900A2


【發明內容】

[0013]本發明鑑於上述問題而做出，目的在於提供一種提高發送節點的緩存效率及數據下載效率的伺服器、數據緩存方法、使用該伺服器的通信系統及方法。
[0014]為了實現上述目的，本發明提供的伺服器，其特徵在於，包括:存儲模塊，存儲原始文件、上述原始文件的特性；編碼模塊，將上述存儲模塊所存儲的原始文件編碼從而生成編碼符號；信息獲取模塊，與上述至少一個發送節點通信，從上述至少一個發送節點取得狀態信息；控制模塊，根據上述存儲模塊中所存儲的原始文件的特性及上述信息獲取模塊所取得的上述至少一個發送節點的上述狀態信息，來計算應當發送給上述至少一個發送節點緩存的編碼符號量；以及通信模塊，按由上述控制模塊所計算出的上述編碼符號量，對上述至少一個發送節點發送編碼符號。
[0015]另外，在本發明提供的伺服器中，上述原始文件的特性包括:文件的下載超時時間；上述狀態信息包括:發送節點的覆蓋範圍、用戶終端在發送節點內的平均停留時間、發送節點中的用戶終端數、發送節點業務負載量、發送節點中用戶終端的切換頻率、用戶終端與發送節點間的平均信道狀態。
[0016]另外，在本發明提供的伺服器中，在計算應當發送給上述各發送節點緩存的編碼符號量時，使應當發送給上述各發送節點緩存的編碼符號量與發送節點的覆蓋範圍、用戶終端在發送節點內的平均停留時間、發送節點中的用戶終端數、用戶終端與發送節點間的平均信道狀態分別成正相關，與發送節點業務負載量、發送節點中用戶終端的切換頻率分別成負相關。
[0017]本發明提供的伺服器所用的數據緩存方法，用於伺服器對所關聯的至少一個發送節點發送緩存數據，其特徵在於，包括:將上述伺服器中所存儲的原始文件編碼從而生成編碼符號的步驟；從上述至少一個發送節點取得狀態信息的步驟；根據上述伺服器中所保存的原始文件的特性及所取得的上述至少一個發送節點的上述狀態信息來計算應當發送給上述至少一個發送節點緩存的編碼符號量的步驟；以及按所計算出的上述編碼符號量，對上述至少一個發送節點發送編碼符號的步驟。
[0018]本發明提供的通信系統，其特徵在於，包括:伺服器、至少一個發送節點以及至少一個用戶終端，上述伺服器與上述至少一個發送節點有線連接，上述至少一個發送節點與上述至少一個用戶終端無線連接，上述至少一個發送節點接收由上述伺服器推送來的上述編碼符號並進行緩存，上述至少一個用戶終端向上述至少一個發送節點請求其所緩存的上述編碼符號，上述伺服器包括:存儲模塊，存儲原始文件、上述原始文件的特性；編碼模塊，將上述存儲模塊所存儲的原始文件編碼從而生成編碼符號；信息獲取模塊，與上述至少一個發送節點通信，從上述至少一個發送節點取得狀態信息；控制模塊，根據上述存儲模塊中所存儲的原始文件的特性及上述信息獲取模塊所取得的上述至少一個發送節點的上述狀態信息，來計算應當發送給上述至少一個發送節點緩存的編碼符號量；以及通信模塊，按由上述控制模塊所計算出的上述編碼符號量，對上述至少一個發送節點發送編碼符號。
[0019]另外，在本發明提供的通信系統中，上述至少一個用戶終端在移動的同時向上述至少一個發送節點請求其所緩存的上述編碼符號。
[0020]另外，在本發明提供的通信系統中，上述原始文件的特性包括:文件的下載超時時間；上述狀態信息包括:發送節點的覆蓋範圍、用戶終端在發送節點內的平均停留時間、發送節點中的用戶終端數、發送節點業務負載量、發送節點中用戶終端的切換頻率、用戶終端與發送節點間的平均信道狀態。
[0021]另外，在本發明提供的通信系統中，在計算應當推送給上述各發送節點緩存的編碼符號量時，使應當推送給上述各發送節點緩存的編碼符號量與發送節點的覆蓋範圍、用戶終端在發送節點內的平均停留時間、發送節點中的用戶終端數、用戶終端與發送節點間的平均信道狀態分別成正比，與發送節點業務負載量、發送節點中用戶終端的切換頻率分別成反比。
[0022]本發明提供的通信方法，用於伺服器、至少一個發送節點以及至少一個用戶終端進行通信，上述伺服器與上述至少一個發送節點有線連接，上述至少一個發送節點與上述至少一個用戶終端無線連接，上述至少一個發送節點接收由上述伺服器推送來的上述編碼符號並進行緩存，上述至少一個用戶終端向上述至少一個發送節點請求其所緩存的上述編碼符號，上述通信方法的特徵在於，使上述伺服器執行以下步驟:將上述伺服器所存儲的原始文件編碼從而生成編碼符號的步驟；與上述至少一個發送節點通信，從上述至少一個發送節點取得狀態信息，並對上述至少一個發送節點推送上述編碼符號的步驟；根據上述伺服器中所保存的原始文件的特性及所取得的上述至少一個發送節點的上述狀態信息來計算應當推送給上述至少一個發送節點緩存的編碼符號量的步驟；以及按所計算出的上述編碼符號量，對上述至少一個發送節點發送編碼符號的步驟。
[0023]發明的效果
[0024]該發明通過對文件進行編碼後緩存，能夠將無線通信節點的緩存效率提升數倍。對於有較多中繼站的蜂窩，本發明能夠有效降低下行鏈路的能量消耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是表示本發明的通信系統的一例的示意圖。
[0026]圖2是表示本發明的通信系統中的伺服器的內部結構的框圖。
[0027]圖3是表示本發明的通信系統中的基站的緩存模塊內部結構的圖。
[0028]圖4是表示本發明的通信系統中的用戶終端設備中的下載模塊內部結構的圖。
[0029]圖5是用戶終端在移動的同時進行下載動作的示意圖。
[0030]圖6是大規模基站復用示意圖。
[0031]圖7是本發明的通信系統中的編碼符號推送信令交換圖。
[0032]圖8是本發明的通信系統中的用戶終端設備進行一次未超時下載的一個例子的信令交互圖。
[0033]圖9是本發明的通信系統中的用戶終端設備進行一次超時下載的一個例子的信令交互圖。
[0034]圖10是本發明的通信系統中的用戶終端設備的下載動作的流程圖。

【具體實施方式】
[0035]以下，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發明的實施方式。
[0036]圖1是本發明的通信系統的示意圖。如圖1所示，本發明的通信系統主要包括:月艮務器；基站1、2、3 ;以及用戶終端。伺服器與各基站之間為有線連接，這裡將伺服器與各基站之間的這種有線連接稱為骨幹網。基站1、2、3是骨幹網與無線網的中介，通過空中的無線傳輸與用戶終端相連。用戶終端能夠分別通過無線通信鏈路1、2分別與基站1、2進行通?目。
[0037]圖1中示出了伺服器連接了三個基站的情況，但可以連接一個以上的任意數目個基站O
[0038]另外，圖1中以基站為例進行了說明，但本發明所述的基站，只要是能夠緩存文件數據並能夠與用戶終端進行通信的發送節點即可，發送節點是指基站、微蜂窩基站、小蜂窩基站等各種類型的基站或中繼站等，可以僅包含一種發送節點，也可以同時包含多種發送節點。
[0039]另外，用戶終端具有移動性，通過移動，同一用戶終端可以與通信系統中的多個基站進行通信，本發明的用戶終端例如是行動電話、移動或臺式計算機內的EVDO或EVDV卡、諸如個人數字助理(PDA)或與行動電話機組合的PDA、以及通常稱作智慧型電話等的組合通信和計算設備等。圖1中示出了用戶終端能夠分別通過無線通信鏈路1、2分別與基站1、2進行通信的情況，不言而喻，當用戶終端移動到基站3的覆蓋範圍內時即可以與基站3通信。
[0040]下面，結合圖 2、3、4分別對伺服器、基站以及用戶終端的詳細的內部構成進行說明。
[0041]圖2表示本發明的伺服器的內部結構的框圖。
[0042]伺服器存儲有原始文件，與所轄各發送節點進行通信，並對它們進行協調控制。
[0043]本發明的伺服器100主要包括控制模塊101、存儲模塊102、編碼模塊103、通信模塊104及基站信息管理模塊105。
[0044]控制模塊101例如為CPU (Central Processing Unit:中央處理單元),與存儲模塊102、編碼模塊103、通信模塊104及基站信息管理模塊105連接，根據存儲模塊102中記錄的程序，執行對各模塊的動作的控制等的各種處理，執行例如對所連接各基站的數據緩存分配過程的控制等。
[0045]存儲模塊102中由硬碟或DRAM (Dynamic Random Access Memory:動態隨機存儲器)等構成，存儲有由控制模塊101執行各種處理所需要的程序及數據等，還存儲有原始文件、原始文件的屬性、將原始文件編碼後的編碼符號、所連接的基站的列表、各基站狀態等信息。
[0046]編碼模塊103根據存儲模塊中存儲的原始文件進行編碼而生成編碼符號，並將所生產的編碼符號存儲在存儲模塊102中，此外，編碼模塊103還計算編碼符號的數量。在本發明中，採用了噴泉碼的一種典型實現形式即Raptor碼，但只要是噴泉碼即可，也可以是其他任一實現形式的編碼方法。
[0047]通信模塊104在本發明中相當於編碼符號推送接口模塊，包括推送存儲符號模塊，將存儲模塊102中所存儲的編碼符號推送給與伺服器100相連的各基站；以及釋放存儲空間模塊，根據需要，釋放以發送出的編碼符號或訪問頻率低的編碼符號佔據的存儲空間。
[0048]基站/[目息管理|旲塊105相當於/[目息獲取|旲塊，獲取各基站的狀態彳目息，並具有對存儲模塊102中存儲的基站的信息進行管理的功能，包括基站狀態的記錄、基站狀態的查詢、基站狀態的更新等。這裡，基站信息管理模塊105為獨立的模塊，當然基站信息管理模塊也可以作為控制模塊101的部分與其一體構成。
[0049]圖3是表示基站的緩存模塊內部結構的圖。
[0050]如圖3所示，本發明基站中的緩存模塊主要包括:用戶終端請求處理接口、緩存推送接口及相關數據。
[0051]用戶終端請求處理接口主要執行以下功能:
[0052]I)緩存文件信息查詢:當用戶終端向基站請求文件信息時，基站先檢查本地是否緩存了該文件信息。如沒有，需要從伺服器請求文件信息，然後返回給用戶終端。
[0053]2)緩存符號列表查詢:當用戶終端向基站請求該基站緩存符號列表時，基站查詢緩存符號列表，並將已緩存的符號列表的起始序號和符號個數返回給用戶終端。
[0054]3)受理緩存符號請求:當用戶終端向基站請求被該基站緩存的編碼符號時，基站從緩存符號列表讀取相應符號返回給用戶終端。
[0055]4)受理伺服器符號請求:當用戶終端向基站請求文件編碼符號時，如果該符號已被基站緩存，基站需向伺服器請求該符號，並返回給用戶終端。
[0056]緩存推送接口主要執行以下功能:
[0057]I)接受緩存符號推送:當有新的可緩存內容出現時，由伺服器推送給基站進行緩存。基站先判斷是否有足夠空間存儲該內容，如沒有則通過調用「釋放緩存空間」來釋放緩存空間，然後向緩存符號列表寫入被推送的符號。
[0058]2)釋放緩存空間:當基站沒有足夠緩存空間時調用此模塊。該模塊向伺服器請求每個文件的最新訪問頻率，並丟棄訪問頻率最低的文件。不斷進行此操作，直到空間足夠為止。
[0059]圖4是表示用戶終端設備中的下載模塊內部結構的圖。
[0060]如圖4所示，用戶終端設備中的下載模塊主要執行以下功能:
[0061]I)向基站發起請求，包括請求文件信息、請求緩存編碼符號及請求伺服器編碼符號。其中，請求文件信息是指，向基站請求文件大小S，原始符號數目K，編碼符號數目N，編碼符號大小L等信息。(其中S小於並約等於K*L);請求緩存編碼符號是指，用戶終端向基站請求已被該基站緩存的文件編碼符號；請求伺服器編碼符號是指，當後述的超時計時器指示超時後，且沒有可請求的緩存編碼符號時，通過基站向伺服器(也稱源站)請求原始符號。
[0062]2)存儲下載相關數據，該下載相關數據包括:基站符號信息列表，用來存儲不同基站分別緩存了哪些符號；忽略基站列表，用來存儲緩存符號已經被全部接受的基站；以及已下載符號列表:用來保存已經下載成功的編碼符號。
[0063]3)切換基站:當用戶終端下載完某個基站所有緩存符號後，將其加入忽略基站列表並尋找其他不在忽略列表中的基站信號。或者正在下載的符號被打斷下載不成功後重新尋找並關聯基站。
[0064]4)文件解碼功能:當成功下載的符號數多於K時，每成功下載一個符號都進行一次嘗試解碼。如果能夠解碼出原文件則進行下載並標識下載成功。如果不成功則繼續下載。
[0065]5)超時判斷功能:通過超時計時器來實現，超時時間由用戶終端下載的內容類型決定，如:文件和視頻的預下載服務中，設為Tti_t=24小時；文件下載服務中，設為Tti_ut=4小時；視頻實時播放服務中，設為Tti_ut=0。計時器從下載開始計時，當下載時間超出超時時間T—後，標記超時。
[0066]圖5是用戶終端在移動的同時進行下載動作的示意圖。下面，結合圖5，說明用戶終端在移動的同時進行下載動作的詳細情況。圖5中，示出了 A~I這9個發送節點，圖5中的虛線圈示出了這9個發送節點各自的覆蓋範圍Pa~P1,用戶終端自左上角的發送節點A起向右下角的發送節點I移動，用戶終端在移動過程中，經過了 PpPrPpPpP1，設用戶終端在各個發送節點的覆蓋範圍PA、PB、PE、PF、P1內的停留時間分別為TA、TB、TE、TF、T1。用戶終端在各停留時間內從相應的發送節點下載數據。當用戶終端處於多個發送節點的覆蓋範圍內時，用戶終端從所連結的基站下載數據，與多個基站中的哪個基站連結可以由與基站的通信狀況良否，例如信道狀態(信號強度大小)等來決定。通常，使用戶終端與業務負載小、信道狀態好的這種發送節點通信，當與一個發送節點的信道狀態差時，可以切換到其他可連接發送節點進行通信。如何確定並優化用戶終端與多個可連接發送節點中的哪個發送節點進行通信，在公知技術中有各種方法，這裡不再贅述。當然，也存在用戶終端同時與多個發送節點通信的情況。
[0067]本發明利用如上所述的、用戶終端移動的同時從發送節點下載數據時的特點，來改善各發送節點(以後有時也稱為基站)緩存數據的方法，以使數據緩存效率和用戶終端下載效率得以提聞。
[0068]如上所述，伺服器100通過編碼模塊103，將存儲模塊102中存儲的原始文件分成等長的K個原始符號。通過噴泉碼將其編碼為N個與原始符號等長的編碼符號，其中N>>K,並將N個編碼符號存儲在存儲模塊中。每個編碼符號由一個唯一的序號標識。由於Raptorcode是系統碼，也就是說，前K個編碼符號就是原始符號。當用戶終端收集到K+o (K)個編碼符號後，用戶終端可以對所下載的編碼符號進行解碼而得到原始文件，其中，ο ^ O。
[0069]例如假設一個用戶終端請求一個大小為8ΜΒ的文件，該文件被分成Κ(Κ=8192)個原始符號，每個符號大小為L(L=IkB)。通過Raptor code編碼成N(N=6553600)個編碼符號。
[0070]在編碼之後，伺服器100的控制模塊101通過編碼符號推送接口模塊(即通信模塊104)將存儲模塊102中存儲的N個編碼符號推送給所連接的多個基站緩存。
[0071]下面，敘述控制模塊101將N個編碼符號推送給所連接的多個基站緩存的方法。設有i個基站，每個基站可以緩存任意數量的編碼符號，設第i個通信節點緩存Ci個編碼符號。
[0072]統計用戶終端的移動行為及/或基站狀態，針對性地設計不同發送節點緩存的編碼符號數量，來優化緩存效率。具體地，控制模塊101根據網絡中基站的狀態和文件的特性聯合決定推送給每個基站的數量。
[0073]文件的特性主要包括:文件的下載超時時間Tti_ut。該超時時間Tti_ut由用戶終端下載的內容類型決定。這個參數由內容提供伺服器在推送內容時指定。
[0074]基站狀態包括:基站的覆蓋範圍、基站內用戶終端的平均停留時間、基站中的用戶終端數、基站業務負載、基站中用戶終端的切換頻率(包括切換入的頻率和切換出的頻率)、基站中用戶終端的平均信道狀態等。用戶終端在宏基站的停留時間Tstay及宏基站的平均用戶終端數uma_由運營商的統計出平均參考值，在緩存模塊中指定。中繼，微蜂窩的平均用戶終端數Urelay及Umicro由各基站分別統計，在對應的微基站或中繼站的緩存模塊中獲取。
[0075]在緩存策略的設計上，當其他基站狀態相同的情況下，用戶終端平均停留時間較長的基站緩存編碼符號數量多，用戶終端數量多的基站緩存編碼符號數量多，業務負載多的基站緩存編碼符號數量少，信道狀態差的基站緩存數量少，切換頻繁的基站緩存數據少。
[0076]下面示出了控制模塊101根據網絡中基站的狀態和文件的特性聯合決定推送給每個基站的數量的幾個應用方式。
[0077]應用方式I
[0078]應用方式I中，控制模塊101對同構蜂窩網中的多個發送節點進行緩存數據分配。
[0079]同構蜂窩網中，蜂窩網中所有發送節點大小相同，並處於六角形規則蜂窩網中。
[0080]此時，每個發送節點的覆蓋範圍相同，因此推送的編碼數量相同，並且應當推送給每個發送節點緩存的編碼符號可以根據超時時間、用戶終端移動係數(事先統計得出)和文件大小共同決定。在實際系統中可以統計用戶終端在某個發送節點停留的平均時間Tstay,則應當推送給每個發送節點緩存的編碼符號數目為K*Tstay/Tti_ut。
[0081]應用方式2
[0082]應用方式2中，控制模塊101對異構蜂窩網中的多個發送節點進行緩存數據分配。
[0083]異構蜂窩網中，蜂窩網中所有發送節點大小不完全相同，因此應當推送給每個發送節點緩存的編碼符號數目還需要考慮發送節點本身的參數，即發送節點內的平均用戶終端數等。
[0084]例如使應當推送給每個發送節點緩存的編碼符號數目與該基站內平均用戶終端數目成正比。
[0085]假設宏基站平均用戶終端數目為Umacro,某個中繼站內的平均用戶終端數目為Ureiayj則該中繼站應分配編碼符號數目為K*Tstay/Ttim_t*UMlay/Umac;M。
[0086]應用方式3
[0087]普通蜂窩網中，部分蜂窩處於高負載情況，部分蜂窩處於低負載情況。
[0088]因此，考慮業務負載多少來確定應當推送給每個發送節點緩存的編碼符號數目。低負載蜂窩可以提高發送速率，來在較短的時間內發送較多編碼符號。但高負載蜂窩發送能力受限，應降低其緩存編碼符號數量。
[0089]例如可以使應當推送給每個發送節點緩存的編碼符號數目與各個發送節點的業務負載成負相關。使高負載蜂窩少緩存編碼符號，低負載蜂窩多緩存編碼符號。
[0090]應用方式4
[0091]小區(即基站的覆蓋範圍)內其他條件相同。針對某些與地理位置相關的文件。用戶終端對該文件的請求概率跟用戶終端所在位置直接相關。如果各個小區用戶終端對某文件的請求概率為Pl，P2，P3，…則相應基站緩存內容比例大致為Pl:P2:P3,…。
[0092]以上僅僅是四個特例，具體設計時需要考慮:基站內用戶終端的平均停留時間、基站中的用戶終端數、基站負載、基站中用戶終端的切換頻率、基站中用戶終端的平均信道狀態和文件的下載超時時間綜合決策。
[0093]根據該發明，通過對文件進行編碼後緩存，能夠將無線通信節點的緩存效率提升數倍。對於有較多中繼站的蜂窩，該方案能夠有效降低下行鏈路的能量消耗。
[0094]另外，在確定應該由各基站緩存的符號數時，通過考慮基站內用戶終端的平均停留時間、基站中的用戶終端數、基站負載、基站中用戶終端的切換頻率、基站中用戶終端的平均信道狀態和文件的下載超時時間等因素，能夠對各基站分配恰當量的緩存數據，能夠恰當地利用各基站的緩存空間，能夠提高緩存效率，能夠提高基站緩存數據的利用率，能夠提高用戶終端的下載速率。
[0095]本發明中，未限定使用的噴泉碼的種類。就噴泉碼而言，有的噴泉碼是隨機編碼，可以產生任意數量的符號，但像Raptor碼這種需要保證解碼質量的噴泉碼，會有一個編碼數目上限，但這個上限數值非常大。因此，通常情況下，應用如上述應用方式I?4那樣的方式計算並分配編碼符號來進行緩存不會出現問題。但是，在某些極端的情況下，當基站數量非常多時，連平均每個基站緩存一個編碼符號都不能實現，此時可以如圖6所示那樣，採用基站間復用編碼符號的方式。圖6中，每個六角形框表示一個基站，各個六角形框中標註的數字表示其緩存的編碼符號，標註相同數字的基站間復用編碼符號。例如，圖6中，標註了數字I的4個基站間復用編碼符號。
[0096]下面，對本發明的通信系統進行說明。本發明的通信系統的實現主要分為兩個階段:伺服器對基站推送編碼符號並在基站進行緩存的過程和用戶終端下載符號的過程。
[0097]首先，參照圖7來說明圖1所示的本發明的通信系統的對基站進行編碼符號推送的信令交換過程。
[0098]如圖7所示，首先，伺服器經由骨幹網分別向基站1、2、3發送基站狀態查詢請求。
[0099]接著，基站1、2、3在接收到由伺服器發送來的基站狀態查詢請求後，分別將自身所緩存的基站狀態反饋給伺服器。
[0100]接著，伺服器接收到分別來自基站1、2、3的基站狀態信息後，伺服器中的基站信息管理模塊使用所接收到的基站狀態信息，進行基站狀態的更新。
[0101]接著，伺服器根據更新過的基站狀態，進行編碼符號數量計算。這裡的編碼符號數量計算如上述應用方式I?4那樣，根據基站1、2、3的狀態信息，計算應當由基站1、2、3分別緩存的恰當的符號數量。
[0102]之後，在伺服器中生成編碼符號。
[0103]接著，伺服器按照計算出的應當由各個基站緩存的編碼符號數量，分別向基站1、
2、3推送相應數量的編碼符號。
[0104]基站1、2、3在接收到由伺服器推送來的編碼符號後，將它們緩存於自身緩存器中，並且，基站1、2、3還基於接收到的編碼符號，生成文件信息列表和緩存符號列表。
[0105]至此，本發明的通信系統的第一個主要的過程結束。下面，對本發明的通信系統的另一個主要的過程即用戶終端的下載過程進行說明。
[0106]用戶終端的下載過程概述如下:
[0107]I)開始下載
[0108]當用戶終端發起下載請求時:用戶終端向最近的基站發起詢問請求，基站回報該基站已緩存內容的編號(需定義)。因為用戶終端在本地記錄已接受符號的編號，因此，用戶終端根據本地保存的符號編號與基站回報的該基站緩衝內容的編號，確定該基站是否有想要下載的編號，並據此確定是與該基站關聯還是將該基站作為忽略基站。當判斷為基站中有待下載的編號時之後，用戶終端就逐個符號向基站發起請求。
[0109]2)越區切換
[0110]當前已關聯基站已緩存內容均下載完成，或者用戶終端離開原基站服務區域時，用戶終端需要進行越區切換。類似目前越區切換的流程，用戶終端通告原關聯基站中止下載，並向新基站發起請求，同開始下載一樣，基站回報該基站已緩存內容的編號，由用戶終端分別發起相應數據的下載請求。
[0111]3)暫停下載
[0112]如果附近可關聯基站都沒有用戶終端未下載內容，且沒有超出時限Tti_t，則暫停下載，直到發現新的可關聯基站。
[0113]4)完成下載
[0114]當用戶終端收集到K個編碼包後開始嘗試解碼，如果能夠解碼則不再請求新的符號，並解碼完成下載任務；如果不成功則在下一個符號下載完成後重新嘗試解碼。
[0115]5)超時處理
[0116]根據下載內容的延時容忍程度，設置一個超時時間Tti_ut，當超出該時間仍然沒有完成下載，則不暫停下載，當附近可關聯基站都沒有用戶終端未下載內容時，直接通過基站的主幹網向網際網路上的內容源請求原始符號補齊內容。
[0117]下面，參照圖8及圖9對用戶終端下載的過程進行詳細地說明。
[0118]圖8是本發明的通信系統中的用戶終端設備進行一次未超時下載的一個例子的信令交互圖。
[0119]假設原始符號數K=300，通過圖6所示的推送過程，使基站I對符號I?100進行緩存，使基站2對符號101?200進行緩存，使基站3對符號201?300進行緩存。
[0120]如圖8所示，初始情況下，用戶終端在基站I的覆蓋範圍內，並一直處於移動狀態。用戶終端向基站I請求文件I的相關信息(文件大小S，原始符號數目K，編碼符號數目N，編碼符號大小L)。基站I向伺服器請求該信息，在從伺服器接收到文件信息後將其返回給用戶終端。
[0121]接著，用戶終端繼續向基站I請求基站內緩存符號列表，基站I將本身緩存的符號列表返回給用戶終端(本例中為從符號I?100)。
[0122]接下來，用戶終端向基站I分別請求每個符號。
[0123]當第59個符號接收完成後，用戶終端離開基站I，進入基站2和基站3的覆蓋範圍。在此，我們假設用戶終端與信號較強的基站通信(在此設為基站2)。用戶終端請求基站2的緩存列表，並逐個請求基站2的緩存符號。基站2的所有緩存符號(101—200)下載完成後，用戶終端將基站2加入忽略列表。
[0124]接著，因為用戶終端仍處於基站3的覆蓋範圍內，因此切換到與基站3進行通信。首先請求基站3的緩存列表，之後逐個請求基站3的緩存符號。
[0125]直到基站3緩存的符號241下載完成後，用戶終端根據接收到的符號解碼出源文件，用戶終端停止下載文件，並標示下載完成。
[0126]圖9是本發明的通信系統中的用戶終端設備進行一次超時下載的一個例子的信令交互圖。
[0127]如圖9所示，下載過程與圖5中的例子相似，不同的是當用戶終端離開基站I後，進入基站2的覆蓋範圍。當用戶終端下載完基站2的所有緩存符號後，沒有不在忽略列表中的基站，則用戶終端進入等待狀態。當超時計時器指示超時後，用戶終端通過基站2向伺服器請求原始符號完成下載。
[0128]圖10是本發明的通信系統中的用戶終端設備的下載動作的流程圖。
[0129]如圖10所示，首先，用戶終端根據請求文件ID向所有基站發出文件信息請求(步Hf S1D0
[0130]接著，判斷用戶終端是否收到了不在忽略基站列表中的基站的信號(步驟S102)。當判斷為收到了(步驟S102中為是)時，與收到信號的基站中的接收信號最強的基站相關聯(步驟S103)。當判斷為未收到時(步驟S102中為否)，進入到步驟S110。
[0131]在步驟S104中，用戶終端判斷本身是否已緩存了關聯著的基站的緩存信息。當判斷為已緩存時(步驟S104中為是)，進一步判斷該關聯基站的緩存中是否有未接收到的符號(步驟S105)。當判斷為未緩存(步驟S104中為否)時，進入到步驟S111。
[0132]當在步驟S105中判斷為存在未接收到的符號(步驟S105中為是)時，進入到步驟S106。當在步驟S105中判斷為不存在未接收到的符號(步驟S105中為否)時，進入到步驟S112，將當前關聯基站加入到忽略基站列表中。
[0133]在步驟S106中，用戶終端請求一個未接收的緩存符號。
[0134]在步驟S107中，用戶終端判斷下載是否成功。在判斷為下載未成功(步驟S107中為否)時，返回到步驟S102。在判斷為下載成功(步驟S107中為是)時，進入到步驟S108，判斷收集到的符號數是否超過原始符號數。當判斷為未超過(步驟S108中為否)時，返回到步驟S105。當判斷為已超過(步驟S108中為是)時，進行解碼並判斷解碼是否成功(步驟S109)，當判斷為未解碼成功(步驟S109中為否)時，返回到步驟S105。當判斷為解碼成功(步驟S109中為是)時，結束處理。
[0135]另外，在步驟SllO中，判斷是否已經過超時時間。當判斷為經過了超時時間(步驟SllO中為是)時，判斷是否能夠收到基站信號(步驟S113)，當判斷為不能時，重複執行步驟S113，當判斷為能(步驟S113中為是)時，通過基站向伺服器請求編號最小的未接收信號(步驟S114)，進行解碼並判斷解碼是否成功(步驟S115)，當判斷為未解碼成功(步驟S115中為否)時，返回到步驟S114。當判斷為解碼成功(步驟S115中為是)時，結束處理。當判斷為未經過超時時間(步驟SllO中為否)時，返回到步驟S102。
[0136]如上所述，對本發明的通信系統進行數據緩存和下載的過程進行了說明。
[0137]根據本發明的通信系統，通過對文件進行編碼後緩存，能夠將無線通信節點的緩存效率提升數倍。對於有較多中繼站的蜂窩，該方案能夠有效降低下行鏈路的能量消耗。
[0138]另外，根據本發明的通信系統，能夠對各基站分配恰當量的緩存數據，能夠恰當地利用各基站的緩存空間，能夠提高緩存效率，能夠提高基站緩存數據的利用率。
[0139]如上所述，對本發明的數據緩存方法及使用該方法的通信系統進行說明，但上述說明僅說明了本發明的優選的實施方式，無意限定發明的範圍。本發明能夠通過其他各種方式實施，在不脫離發明的要旨的範圍內，能夠進行各種省略、置換、變更。這些實施方式及其變形包含於發明的範圍及要旨，並且包含於權利要求書所記載的發明及其均等的範圍內。
[0140]例如，上述僅示出了通信系統中的用戶終端為一個時的情況，當然通信系統中可以有一個以上用戶終端。
【權利要求】
1.一種伺服器，其特徵在於，包括: 存儲模塊，存儲原始文件、上述原始文件的特性； 編碼模塊，將上述存儲模塊所存儲的上述原始文件編碼從而生成編碼符號； 信息獲取模塊，與上述至少一個發送節點通信，從上述至少一個發送節點取得狀態信息； 控制模塊，根據上述存儲模塊中所存儲的上述原始文件的特性及上述信息獲取模塊所取得的上述至少一個發送節點的上述狀態信息，來計算應當發送給上述至少一個發送節點緩存的編碼符號量；以及 通信模塊，按由上述控制模塊所計算出的上述編碼符號量，對上述至少一個發送節點發送上述編碼符號。
2.如權利要I所述的伺服器，其特徵在於: 上述原始文件的特性包括:文件的下載超時時間； 上述狀態信息包括:發送節點的覆蓋範圍、用戶終端在發送節點內的平均停留時間、發送節點中的用戶終端數、發送節點業務負載量、發送節點中用戶終端的切換頻率、用戶終端與發送節點間的平均信道狀態。
3.如權利要求2所 述的伺服器，其特徵在於: 在計算應當發送給上述各發送節點緩存的上述編碼符號量時，使應當發送給上述各發送節點緩存的編碼符號量與上述發送節點的覆蓋範圍、上述用戶終端在發送節點內的平均停留時間、上述發送節點中的用戶終端數、上述用戶終端與發送節點間的平均信道狀態分別成正相關，與上述發送節點業務負載量、上述發送節點中用戶終端的切換頻率分別成負相關。
4.一種伺服器所用的數據緩存方法，用於上述伺服器對所關聯的至少一個發送節點發送緩存數據，其特徵在於，包括: 將上述伺服器中所存儲的原始文件編碼從而生成編碼符號的步驟；與上述至少一個發送節點通信，從上述至少一個發送節點取得狀態信息的步驟；根據上述伺服器中所保存的上述原始文件的特性及所取得的上述至少一個發送節點的上述狀態信息來計算應當發送給上述至少一個發送節點緩存的編碼符號量的步驟；以及按所計算出的上述編碼符號量，對上述至少一個發送節點發送上述編碼符號的步驟。
5.一種通信系統，其特徵在於，包括: 伺服器、至少一個發送節點以及至少一個用戶終端，上述伺服器與上述至少一個發送節點有線連接，上述至少一個發送節點與上述至少一個用戶終端無線連接，上述至少一個發送節點接收由上述伺服器推送來的上述編碼符號並進行緩存，上述至少一個用戶終端向上述至少一個發送節點請求其所緩存的上述編碼符號， 上述伺服器包括: 存儲模塊，存儲原始文件、上述原始文件的特性； 編碼模塊，將上述存儲模塊所存儲的上述原始文件編碼從而生成編碼符號； 信息獲取模塊，與上述至少一個發送節點通信，從上述至少一個發送節點取得狀態信息； 控制模塊，根據上述存儲模塊中所存儲的上述原始文件的特性及上述信息獲取模塊所取得的上述至少一個發送節點的上述狀態信息，來計算應當發送給上述至少一個發送節點緩存的編碼符號量；以及 通信模塊，按由上述控制模塊所計算出的上述編碼符號量，對上述至少一個發送節點發送上述編碼符號。
6.如權利要求5所述的通信系統，其特徵在於: 上述至少一個用戶終端在移動的同時向上述至少一個發送節點請求其所緩存的上述編碼符號。
7.如權利要求5或6所述的通信系統，其特徵在於: 上述原始文件的特性包括:文件的下載超時時間； 上述狀態信息包括:發送節點的覆蓋範圍、用戶終端在發送節點內的平均停留時間、發送節點中的用戶終端數、發送節點業務負載量、發送節點中用戶終端的切換頻率、用戶終端與發送節點間的平均信道狀態。
8.如權利要求5或6所述的通信系統，其特徵在於: 在計算應當推送給上述各發送節點緩存的上述編碼符號量時，使應當推送給上述各發送節點緩存的編碼符號量與上述發送節點的覆蓋範圍、上述用戶終端在發送節點內的平均停留時間、上述發送節點中的用戶終端數、上述用戶終端與發送節點間的平均信道狀態分別成正相關 ，與上述發送節點業務負載量、上述發送節點中用戶終端的切換頻率分別成負相關。
9.一種通信方法，用於伺服器、至少一個發送節點以及至少一個用戶終端進行通信，上述伺服器與上述至少一個發送節點有線連接，上述至少一個發送節點與上述至少一個用戶終端無線連接，上述至少一個發送節點接收由上述伺服器推送來的上述編碼符號並進行緩存，上述至少一個用戶終端向上述至少一個發送節點請求其所緩存的上述編碼符號， 上述通信方法的特徵在於，使上述伺服器執行以下步驟: 將上述伺服器所存儲的原始文件編碼從而生成編碼符號的步驟； 與上述至少一個發送節點通信，從上述至少一個發送節點取得狀態信息的步驟； 根據上述伺服器中所保存的上述原始文件的特性及所取得的上述至少一個發送節點的上述狀態信息來計算應當推送給上述至少一個發送節點緩存的編碼符號量的步驟；以及 按所計算出的上述編碼符號量，對上述至少一個發送節點發送上述編碼符號的步驟。
【文檔編號】H04L29/08GK104079369SQ201310101545
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月28日 優先權日:2013年3月28日
【發明者】劉春光, 楊鵬, 王曉磊, 寶雅男, 周盛, 水谷美加, 牛志升 申請人:株式會社日立製作所