无线网络中终端协同高效内容缓存与传输技术研究

1、 l 背景l 研究内容和挑战l已有研究举例.2020.2020年无线流量相对于年无线流量相对于20102010年的流量将增加年的流量将增加500500 10001000倍。倍。. .中国承诺：到中国承诺：到20202020年相对年相对20052005年碳减排年碳减排40%40%45%45%。. .最近研究表明网络和通信技术产业占据全球二氧化碳排放的最近研究表明网络和通信技术产业占据全球二氧化碳排放的2%-2.5%2%-2.5%， 汽车二氧化碳排放才占汽车二氧化碳排放才占10101515。问题解决方法问题解决方法设置更密集的基站，区域更小的小区，导致无线带宽瓶颈，但目前还没有设置更密集的基站，区

2、域更小的小区，导致无线带宽瓶颈，但目前还没有 突破性技术能解决无线多媒体瓶颈（传统方法）。突破性技术能解决无线多媒体瓶颈（传统方法）。利用广播多播进行共性数据传输，提升传输效率（融合网络）利用广播多播进行共性数据传输，提升传输效率（融合网络） 。利用缓存或者终端协同提升容量，提高业务响应时间（摆脱多媒体瓶颈）。利用缓存或者终端协同提升容量，提高业务响应时间（摆脱多媒体瓶颈）。. .20092009年年1111月月1111日，工业和信息化部、中国移动通信集团公司在北京签日，工业和信息化部、中国移动通信集团公司在北京签 署署节能自愿协议节能自愿协议，中国移动承诺，以，中国移动承诺，以2008200

3、8年能源消耗为基准，到年能源消耗为基准，到 2012 2012年年1212月底实现单位业务量耗电下降月底实现单位业务量耗电下降20%20%的目标，实现节约用电的目标，实现节约用电118 118 亿度。这是中国通信业第一份节能自愿协议。亿度。这是中国通信业第一份节能自愿协议。背景背景 网络结构 带有biasing的Voronoi图绿色节能绿色节能无线数据无线数据暴增暴增4G LTE演进：10倍频谱 * 10倍基站 * 10 频谱效率提高网络容量，改善业务响应迟延，提升传输效率，绿色节能1000倍 vs. 2010年流量设置更密集的基站：导致带宽瓶颈严重广播融合网络进行共性数据传输，提升传输效率终

4、端协同缓存，改善业务响应时间，提升网络有效容量智能传输：终端协同缓存智能传输：终端协同缓存 + 广播推送广播推送p无线缓存技术概述cache/caching： 无线缓存技术是缓存（cache/caching）技术在无线网络中应用和 扩展。p无线缓存的特点 无线缓存相对于Web缓存具有它独特的特点，所以无线缓存变得 具有难度和挑战性。1、稀缺的带宽2、有限的信道质量3、高移动性4、非连接状态5、有限的电池容量6、非对称带宽：7、非对称的能量消耗8、分布式访问和更新9、异构网络和多样的应用环境 终端协同缓存终端协同缓存l无线终端协同缓存技术是是特殊情况的多点协作，是缓存技术在无线网络中的应用和扩展

5、。同时，无线网络终端是分布式的，为了提高和优化缓存效率，充分发挥缓存作用，需要终端之间协同合作，即无线网络终端协同缓存：当一个节点请求数据时，它可以从附近的缓存节点（AP）获得该数据，而不必每次都向服务器(BS)发送请求。协同缓存与单机缓存相比，可进一步提高缓存利用率。如上图：p 缓存机制：不同的终端，有不同的有限的缓存空间，CPU处理能力、电源、内存等，所以需要研究有限资源下的终端协同缓存机制，优化文件放置，以最大化找到常用文件的命中概率，最小化业务响应延迟，最小化能量消耗，提高网络容量。p 信息的协同传输：内容请求，定位与发送方式。广播与蜂窝网络， 终端协同缓存的融合，且内容的缓存会影响到

6、信息传输过程和协议。l研究内容和挑战研究内容和挑战研究内容和挑战研究内容和挑战p Distributed caching：如何缓存，某个femto/aGW需要内容时如何多点 fetching；到底是协作还是selfish竞价的方式。p 多点协作（AP协同高效缓存）与广播融合网络结合的理论研究。p 能量节约，网络容量提升理论分析。p 缓存副本的更新与替换策略：因为需要考虑内容的更新与失效，内 容的生灭过程，用户访问的排队，请求冲突等过程。1、relay与用户协同缓存方法：方法：BS小区中设置小区中设置relay，协同缓存，协同缓存举例举例缓存访问机制（信息传输过程）本地命中率：远程命中率1：未命中率：LPUUPUHPMP远程命中率2：2、移动热点如：公交，地铁，火车，客机，战斗机，船舶，舰艇，坦克等。3、亚马逊的Kindle电子图书服务业务* 网络服务商网络服务商+内容供应商内容供应商*4、 军事应用场景：1）、移动热点中的AP不只可以是汽车，火车，轮船之类的，也可以是坦克，战斗机，舰艇等。AP中的用户不只是可以为日常生活中的普通老百姓，也可以是战场上的士兵，军队指挥官等。2）、在无线传感器网络（WSN，wireless se