基于机会推荐的认知无线内容分发网络研究

Massive content delivery over mobile wireless networks is a pressing issue faced by the modern Internet, which is quickly becoming mobile and media-centric. This project proposes an opportunistic cognitive wireless content delivery network (CwCDN), which exploits the synergy of redundant capacity in wireless access networks and traffic elasticity in content delivery networks. CwCDN is able to sense the redundant capacity in cellular networks, recommend to users locally-cached contents tailored to the amount of redundant capacity, and finally exploit the redundant capacity to provide secondary content delivery services. Compared with other existing wireless content delivery networks, CwCDN is better suited for the trend of cell densification in future mobile networks. Moreover, it has the potential to improve the utilization efficiency of cellular networks and the capacity of mobile content delivery networks by several times. This project will first investigate the causes and characteristics of redundant capacity, then analyze the performance of CwCDN in terms of content delivery and radio coexistence, and finally evaluate the practical issues of standard-compatible design. The expected research outcomes will give theoretical insights into the performance boundaries and trade-offs of CwCDN and provide useful guidelines and references for engineering designs.

海量无线内容分发是互联网在移动化和媒体化的趋势下亟需解决的问题。本项目结合移动无线网络的容量冗余特性以及内容分发网络的流量弹性，提出了基于机会推荐的认知无线内容分发网络(CwCDN)。该网络可以动态地感知无线接入网边缘的冗余容量，机会性地向用户推荐与冗余容量匹配的本地缓存内容，并以次等业务的模式利用冗余容量提供内容分发服务。与其它无线内容分发方案相比，CwCDN更适应未来移动通信网络密集组网的发展趋势，并有潜力能够数倍地提高无线接入网络的使用率和移动内容分发系统的容量。本项目将首先从原理上阐明冗余容量的产生机理与分布特性，接着从理论上界定CwCDN的内容分发性能和无线共存性能，最后从应用角度探索与标准兼容的CwCDN系统设计方案。预期研究成果将从理论上阐明CwCDN的性能极限以及不同性能之间的折中关系，为其后续研发提供必要的理论基础，并从工程上提出若干兼容标准的CwCDN关键技术方案。

海量无线内容分发是互联网在移动化及媒体化的趋势下亟需解决的问题。本项目结合移动无线网络的容量冗余特性以及内容分发网络的流量弹性，提出了基于机会推荐的认知无线内容分发网络(CwCDN)。该网络可以动态地感知无线接入网边缘的冗余容量，机会性地向用户推荐与冗余容量匹配的本地缓存内容，并最终利用冗余容量以次等业务的模式提供内容分发服务。与其它无线内容分发方案相比，CwCDN能够更好地适应未来移动无线接入网络密集组网的发展趋势，在典型场景下可成倍地提高无线接入网络的使用率和移动内容分发网络的容量。.本项目从六个方面开展了针对CwCDN系统设计及其性能极限的研究。首先采集并分析了现实典型场景中的移动通信流量的特点，从原理和实测上阐明移动通信蜂窝网络中冗余容量的产生机理与分布特性，建立了冗余容量的模型，论证了CwCDN系统设计的前提条件；其次，从内容分发的角度分析设计CwCDN系统，提出了基于用户内容兴趣预测和网络流量感知的内容分发算法，综合分析了用户满意度和内容分发中断概率间的极限折中关系；第三，从无线通信的角度评估CwCDN的性能，首次融合了排队论模型和随机几何模型用于分析大规模蜂窝网络中主、次等流量共存的性能，提出了新的时-空域耦合的网络流量模型和分析框架；第四，对移动通信运营商与内容分发运营商的流量经营策略及内容赞助模式进行了讨论，提出了满足多方共赢的次等流量动态定价机制；第五，研究了基于次等流量的内容预缓存方法和基站缓存部署策略，提出了时延-价格双敏感的异构流量调度机制。上述理论研究成果阐明了CwCDN系统的性能极限以及用户兴趣满足度、无线通信中断概率、无线通信资源利用率、内容分发时延、运营商可营利性等不同性能之间的折中关系，为CwCDN系统的后续研发提供必要的理论基础。此外，本项目还从应用角度探索与标准兼容的CwCDN系统设计，提出了若干核心技术并获得了五项发明专利授权。