[發明專利]一種邊緣緩存網絡中基于用戶連接矩陣的基站休眠方法

有效

• 申請號: 201710681042.X
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107295619B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 李曦;吳天昊;紀紅;張鶴立
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02
• 代理公司: 11121 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 趙文利

1.一種邊緣緩存網絡中基于用戶連接矩陣的基站休眠方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟一、構建小基站、用戶、宏基站以及服務器之間的邊緣緩存網絡場景；

步驟二、根據用戶所在的位置以及基站的覆蓋區域為網絡中所有用戶建立連接矩陣；

網絡中小基站共有S個，集合為{1,2,...,s,...,S}；移動用戶有J個，集合為U＝{U₁,U₂,...U_j,...,U_J}；

用戶U_j與各個小基站的連接矩陣為：

其中是二值變量，表示用戶U_j能夠與基站s連接，表示用戶U_j無法與基站s連接；

步驟三、根據邊緣緩存網絡中每個小基站的初始工作狀態，建立基站狀態矩陣B；

B＝[b₁,b₂...,b_s,...,b_S]

b_s＝1表示基站s處于正常工作狀態，b_s＝0表示基站s處于休眠狀態；

步驟四、針對用戶U_j，基于初始狀態矩陣B和連接矩陣A_j計算連接狀態矩陣，并統計用戶U_j連接到正常工作狀態的小基站總數d_j；

連接狀態矩陣為：

是二值變量，當表示用戶U_j連接到基站s，表示用戶U_j不能連接到基站s；

用戶U_j連接到正常工作狀態的小基站總數d_j計算如下：

步驟五、文件集合F中有L個文件，根據小基站存儲能力對每個文件隨機分別劃塊，建立所有文件的分塊矩陣M，每個小基站隨機存儲每個文件的一塊；

步驟六、利用基站狀態矩陣B和文件的分塊矩陣M計算邊緣緩存網絡的系統能耗；

系統能耗如下：

e_c表示用戶從小基站獲取文件過程的單位比特能量消耗；C為每個文件大小；m_l表示將文件f_l劃分成的塊，且m_l≤N；d_j表示小型基站的數量；

e_T表示小基站通過宏基站向核心網獲取文件過程的單位比特能量消耗；P_l表示用戶想要獲取文件f_l的概率；e_F表示維持每個小基站處于活躍狀態所需能耗；

步驟七、制定邊緣緩存網絡的系統能耗最小化的約束條件；

C1保證了每一個用戶都至少有一個小基站為其服務；

C2表示每個文件的分塊數都是整數，是整數集；

C3表示每個文件劃分的塊數均小于等于門限值N；

C4表示每個小基站上存儲的所有文件塊的內容總大小不超過該小基站的容量；Q表示每個基站的存儲容量；所有小基站的存儲容量相同；

步驟八、采用粒子群算法在約束條件下，求解當系統能耗最小時最優的基站狀態矩陣B和文件的分塊矩陣M；

步驟九、按照最優的基站狀態矩陣B進行小基站的狀態配置，同時按照最優的文件分塊矩陣M對各個小基站進行文件分塊并存儲；

選擇最優的基站狀態矩陣B中為0的值，將對應的基站設為休眠狀態；按照最優的文件分塊矩陣M中的對應值將L個文件進行最優的分塊；

每個文件按照最優分塊矩陣M中的對應值進行分塊后，每個小基站隨機選取每個文件的一塊；

步驟十、判斷用戶U_j從連接的d_j個小基站緩存中是否能夠獲取所需文件的完整內容，如果是，則用戶直接從d_j個小基站中獲取文件并結束；否則，小基站通過宏基站向核心網獲取所缺的內容并分發給該用戶。

2.如權利要求1所述的一種邊緣緩存網絡中基于用戶連接矩陣的基站休眠方法，其特征在于，所述的步驟一中，邊緣緩存網絡場景的構建為：

在網絡中，宏基站與服務器以及服務器與核心網之間均通過有線鏈路連接；小基站與宏基站，用戶與小基站之間通過無線鏈路連接；用戶與宏基站之間無連接；且小基站的覆蓋范圍存在重疊。