[發明專利]一種無線緩存網絡的文件傳輸和波束賦形設計方法

在審

• 申請號: 201810281514.7
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN108390945A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 費澤松;楊小龍;李磊
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04W28/06;H04W28/02;H04W16/28;H04B7/06
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鮑文娟

1.一種無線緩存網絡的文件傳輸與波束賦形設計方法，其特征在于：包括中心節點到基站以及基站到用戶的文件傳輸策略；

其中，中心節點到基站的文件傳輸策略具體體現為：對于用戶請求的文件，基站向該用戶傳輸該文件的比例設計，即中心節點向基站下發的文件比例；

其中，中心節點向基站下發的文件比例，簡稱文件傳輸比；

基站到用戶的文件傳輸策略，即基站向用戶傳輸文件的發射波束賦形設計，簡稱波束賦形設計；具體設計時：考慮到基站與用戶之間無線鏈路上的路徑損耗、衰落和噪聲、中心節點到各個基站回傳鏈路的傳輸時延、以及文件的流行度分布；其中，中心節點到各個基站回傳鏈路的傳輸時延，回傳時延；

基站到用戶的文件傳輸策略，具體為：中心節點存儲所有用戶請求的文件，基站存儲設備緩存了用戶請求的一部分文件；用戶可以接入一個或者多個基站，多個基站可以對用戶發起協作文件傳輸，各個基站決定對各用戶文件傳輸比，該比值同時影響中心節點到基站的文件傳輸；當用戶發起文件請求時，根據基站和用戶之間無線鏈路的信道質量、基站對用戶文件的緩存狀態、回傳時延確定基站對用戶的文件傳輸比，中心節點是否向基站傳輸文件，以及基站對用戶的發射波束賦形設計；

用戶i和基站j的距離為d_ij，路徑損耗為用戶i和基站j之間的信道h_ij服從某衰落分布，噪聲為功率為p_i,noise的加性高斯白噪聲,p_j為基站j最大發射功率；S_i為用戶i接入的所有基站集合，S_i中的所有基站可以對用戶傳輸文件。

2.如權利要求1所述的一種無線緩存網絡的文件傳輸與波束賦形設計方法，簡稱本方法；所依托的無線緩存網絡系統，其特征在于：包括：I個單天線用戶、J個基站、一個中心節點，其中I個單天線用戶和J個基站的位置隨機，每個基站的天線數為N_T，各基站均設有存儲裝置來緩存文件，中心節點存儲用戶請求的所有文件，各個基站通過有線或者無線回程鏈路連接到中心節點；且中心節點能夠實時感知基站和用戶之間鏈路的信道狀態信息以及各個基站緩存文件的情況。

3.如權利要求1所述的一種無線緩存網絡的文件傳輸與波束賦形設計方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1、用戶i需要文件f時，向S_i中的基站發起對f的文件傳輸請求，基站收到用戶i發送的文件傳輸請求后，更新文件請求變量q_fi：

步驟2、用戶i向所有屬于S_i的基站j反饋的基于路徑損耗和信道測量信息得到的信道增益h_ij和噪聲功率p_i,noise；

步驟3、基站獲得被請求文件f的緩存狀態，更新c_fj：

獲得c_fj后，基站向中心節點反饋h_ij，q_fi，c_fj，p_i,noise，以及針對文件f中心節點到基站的傳輸時延d_jf；

步驟4、中心節點獲得步驟3中基站向中心節點反饋的h_ij，q_fi，c_fj，p_i,noise，以及針對文件f中心節點到基站的傳輸時延d_jf后，通過如下子步驟確定基站j對用戶i的發射波束賦形值w_ij，基站j對用戶i請求的文件f的文件傳輸比x_i,f,j；

步驟4.1系統初始化迭代計數器的計數值，迭代計數器計數值記為t；初始化迭代計數器t＝0,初始化發射波束賦形矢量文件傳輸比變量迭代終止門限∈₁；

步驟4.2計算設置迭代終止門限∈₂，迭代計數器n＝0，其中

步驟4.3如果n＝0,采用初始化采用f⁽ⁿ⁾＝f^(t)初始化f⁽ⁿ⁾；

步驟4.4n＝n+1，求解以下問題獲得

exp(-β_ij)≤log₂(1+r_ij),

步驟4.5獲得當前最優目標值通過更新通過f⁽ⁿ⁾＝f^*更新f⁽ⁿ⁾；

步驟4.6計算|f⁽ⁿ⁾-f^(n-1)|,如果|f⁽ⁿ⁾-f^(n-1)|<∈₁,到步驟G；否則返回步驟4.3；

步驟4.7t＝t+1,計算

其中

步驟4.8根據文件流行度分布p_f和文件大小L_f，得到針對文件f用戶基站j到用戶i的傳輸時延

步驟4.9對于用戶i和文件f，獲得傳輸時延最小的基站j^*＝argmin_jτ_ifj,并按照如下式子計算

步驟5、更新迭代計數器的計數值，計算計算|f^t-f^(t-1)|＝|f^t-f_pre|,如果|f^t-f_pre|<∈₂,到步驟6；否則返回步驟4.2；

步驟6、中心節點向基站j下發對應和如果且c_fj＝0，則中心節點同時向基站j下發文件f；

步驟7、基站j根據收到的決定是否向用戶i傳輸文件f,如果基站采用為發射波束賦形向用戶i發起文件傳輸，否則不發起文件傳輸。