[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

一種無線緩存網絡的文件傳輸和波束賦形設計方法，屬于波束賦形設計以及功率分配技術領域。步驟為：1用戶向基站發起對所需文件的請求；2用戶向關聯的基站反饋路徑損耗和信道測量信息得到的信道增益和噪聲功率；3基站獲得被請求文件的緩存狀態，此時基站向中心節點反饋h_ij，q_fi，c_fj，p_i,noise，以及所請求的文件從中心節點到基站的傳輸時延d_jf；4中心節點計算出基站對用戶的發射波束賦形值及基站對用戶請求的文件傳輸比；5中心節點向基站下發對應的波束賦形值及文件傳輸比；6基站根據相應的波束賦形值及文件傳輸比向用戶發起文件傳輸。本發明可動態調整基站發送給用戶的文件大??；保證了用戶間的公平性。

技術領域

本發明提供了一種無線緩存網絡的文件傳輸和波束賦形設計方法，屬于無線接入云網絡、波束賦形設計以及功率分配技術領域。

背景技術

第五代無線網絡(5G)的發展為無線網絡支持更多需要大量數據的應用，如增強和虛擬現實技術(AR/VR)、視頻游戲等，鋪平了道路。數據傳輸的低時延特性對這些需要大量數據的應用至關重要，因為網絡時延過高將會影響用戶的整體體驗質量(QoE)。為了降低云無線網絡(C-RANs)中用戶的下載時延，將文件緩存在基站中以及設計相應有效的波束賦形設計方法引起了學術界與工業界的廣泛關注。

在無線緩存網絡中用戶請求不同文件的概率在某些時間段相差很大，即根據網絡的潮汐效應，一部分文件被用戶請求的概率高出其它被請求的文件許多，也就是說具有很高的流行度。由于文件流行度分布的不均衡特性，在基站側安裝相應的緩存設備緩存流行度高的文件，以減少文件到用戶的傳輸距離，進而減少用戶獲得所需文件的網絡傳輸時延。同時，此種網絡傳輸方式避免了用戶每次請求的文件，都是從遠端文件服務器中獲得，降低了核心網和回程鏈路的負載。

現有緩存文件傳輸策略和波束賦形設計方法，雖然能夠降低用戶的下載時延，但是這兩種重要的影響用戶文件下載時延的因素都是被分開研究的。緩存文件的傳輸策略僅僅影響回程時延的大小，而波束賦形設計方法是為了降低基站與用戶之間的傳輸時延。之前的文獻只是單一的研究緩存文件的傳輸策略或是波束賦形設計算法，這樣的結果是僅僅能夠降低回程時延或是基站與用戶之間的傳輸時延。所以如何綜合考慮緩存文件的傳輸策略和波束賦形設計方法來降低用戶的下載時延成為一個亟待解決的問題。本發明的目的是致力于解決上述的緩存文件傳輸策略和波束賦形設計方法聯合設計，以降低用戶的文件下載時延。

發明內容

本發明的目的是在無線緩存網絡中，綜合考慮緩存文件的傳輸策略及波束賦形，降低用戶的文件下載時延，提出了一種無線緩存網絡的文件傳輸與波束賦形設計方法。

一種無線緩存網絡的文件傳輸和波束賦形設計方法，簡稱本方法；所依托的無線緩存網絡系統，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；

本方法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；