[發明專利]一種基于多播的無線異構網絡文件緩存更新方法

有效

• 申請號: 201810486999.3
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108632390B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 朱越;唐斌;葉保留;陸桑璐
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04W4/06;H04W24/06;H04W28/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李淑靜

1.一種基于多播的無線異構網絡文件緩存更新方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)構建網絡拓撲，包括小基站分布、用戶分布、小基站與用戶之間的連接關系分布；

(2)構建當前熱門文件集熱度分布模型；

(3)構建多播模式下更新文件的能量消耗模型；

(4)推導出最大化系統緩存命中率的目標函數與限制條件，構造最優化模型；

(5)求解最優化模型，得出對所有小基站的文件更新方案；

(6)采用多播的方式，將小基站需要的文件發送給小基站；

(7)當熱門文件集發生變化時，定期采取步驟(2)到步驟(6)對系統內所有小基站進行緩存更新；

其中，所述步驟(4)包括：

(41)用緩存命中率來表示在某一時間段內，系統內所有用戶的所有文件請求盡可能地在小基站內獲取的比例，用數學形式表示為：其中，h∈H＝{1，2，...，|H|}表示小基站，w_h表示該小基站所連接用戶分組的權重；N_u表示與用戶分組u連接的小基站，x_fh表示更新完成后文件f是否緩存在小基站h內，若在則值為1，否則為0；p_f表示熱門文件集內排名第f位的文件被請求的概率，f＝1，2，...，|F|；

小基站緩存容量有限，最大緩存M個文件，即

系統用于多播方式更新文件的能量限制為E，表示為：

x′_fh表示更新之前文件f是否緩存在小基站h內，若在則值為1，否則為0，P_h表示向小基站h發送一個文件所需消耗的能量；

(42)將系統緩存命中率的最優化模型表示為如下形式：

max：

所述步驟(5)包括：

(51)將CU問題轉化為一個多選擇背包問題MCKP：有M個物品，對應排名靠前的M個文件，第f個物品有個種類，組成集合T_f；第f個物品的第j個種類的價值為表示向前j個尚未緩存第f個文件的小基站多播發送第f個文件并替換掉這些小基站內最不熱門的文件所能帶來的命中率增益，它的重量為m_fj＝P_φ(f，j)，表示這組多播發送所耗能量；上述式子中，φ(f，k)表示更新前按能級大小排列第k個尚未緩存文件f的小基站，ψ(f，h)表示將文件f更新到小基站h內要替換出的文件，p_{ψ(f，φ(f，k))}表示當將文件f更新到小基站φ(f，k)內時需要替換出的文件被請求的概率，如果緩存空間足夠則無需替換出文件，此時p_{ψ(f，φ(f，k))}為0；w_φ(f，k)表示小基站φ(f，k)所連接用戶分組的權重；

現有一個最大承重為E的背包，表示緩存更新的能量限制；要求從每個物品中選一種放進背包，如何選取使得背包內的物品價值最大，該多選擇背包問題用數學形式如下表示：

s.t.

y_fj∈{0，1}，f＝1，2，...，M

其中，z表示通過更新可給系統命中率帶來的增益，y_fj取1表示將排名第f的文件多播發送到前j個尚未緩存文件f的小基站內，取0表示不將排名第f的文件發送給任何小基站；

(52)利用一個基于貪心選擇的策略求解上述多選擇背包問題，得到更新策略的解y^*，步驟如下：

(52-1)對第f個物品的集合T_f，對里面剩余的每個物品j計算如下值：

j_f表示第f個物品已經被放入背包內的種類，初始時任何一種都沒被放入背包，則

(52-2)在所有物品集的所有種類物品內，選出剩余的物品中，且ρ_fj最大的物品，ρ_fj最大的物品對應的f和j值為為f^*和j^*，如果第f^*個物品集中此前已有物品被放入背包，將該物品從背包取出丟掉；將第f^*個物品集中的第j^*種物品放入背包，將物品集中的所有物品從物品集中丟掉；此時更新以下值：E′表示更新后的能量；

(52-3)重復以上步驟，直到所有物品集內的所有剩余物品達到或ρ_fj≤0時，結束。