[發明專利]一種用于認知無線電網絡中的無線緩存分配方法

在審

• 申請號: 201810798542.6
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN109068356A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 楊嘉琛;徐慧芳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04W28/20
• 分類號: H04W28/20;H04W72/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種用于認知無線電網絡中的無線緩存分配方法，包括：根據協作認知無線電網絡系統需求進行目標參數設置；根據主用戶受歡迎文件特性，采用基于閾值的文件緩存方式，其中主用戶文件庫為F，每個次基站具有有限緩存空間C，文件流行度服從Zipf分布；采用基于閾值的文件緩存模型；通過緩存協作方式在優化帶寬和功率分配基礎上達到次用戶最低需求成功傳輸概率基礎上實現次用戶占用帶以及功率下獲得的平均成功傳輸概率最大化，構建數學優化問題；通過利用二級二分算法從而得到最佳帶寬和功率分配方案。

技術領域

本發明屬于5G移動無線通信領域，更具體的涉及在認知無線電網絡中利用無線緩存技術提前在網絡空閑時段存儲用戶需求內容，提高認知無線電網絡的頻譜利用率，使得主，次網絡達到雙贏狀態。

技術背景

近年來隨著物聯網、移動互聯網和云計算等網絡技術的飛速發展，個性化、寬帶化和數據海量化已經成為互聯網發展的主要關注點。新型無線服務應用涌現出，網頁瀏覽、視頻、社交娛樂等促使數據流量急劇增長。千倍流量增長和海量連接設備急迫需要，建立大容量、全覆蓋和智能化的無線移動通信網絡。為了實現上述目標，需增加信號傳輸的頻譜帶寬。然而，當今社會頻率資源是極度缺乏，彌足珍貴。因此，需要更加有效的使用現有頻譜資源。認知無線電是由軟件無線電發展而來的具有潛力解決5G網絡頻譜資源短缺的新興技術。其主要思想是：具有頻譜感知功能的次用戶，在不對主用戶產生干擾的情況下，動態地使用授權的主用戶在空閑狀態時的頻譜空洞，使得頻譜重復利用，提高無線頻譜的利用率。盡管認知無線電技術可有效改善頻譜短缺，頻譜利用率低的問題，但在實際的通信網絡中，由于信道衰落使得通信環境較差，及有可能出現通信盲區，導致用戶傳輸速率無法滿足等情況。為了提高認知無線電網路中主、次用戶網絡成功傳輸概率，使得兩個系統達到雙贏效果。這就要求主、次系統要相互協作，其基本思想是：次基站協助主基站服務于主用戶得以提升主用戶文件傳輸概率，這種情況下次基站將獲得部分主用戶所釋放的授權帶寬用于次用戶自身數據傳輸。基于認知無線電中信息和能量協作方法較為廣泛研究，并且取得較好的效果，但是由于認知無線電網絡中能量有限，時延較長，傳輸信道特性考慮不周全，因此，協作認知無線電網絡仍然是當前研究的熱點。隨著存儲技術的發展，提出了一種新的協作認知無線電網絡的解決方案，其主要思想就是將主用戶受歡迎的視頻等文件在流量非高峰期提前緩存到距離較近的次基站中，當主用戶有請求文件時，相應次基站可以直接將文件傳輸給主用戶，這樣降低了回程鏈路以及傳輸時延，同時增大了次用戶接入主用戶授權頻段的機會，從而有利于次用戶的文件傳輸。

發明內容

本發明旨在提出一種用于認知無線電網絡中的無線緩存分配方法，該分配方法是一種在認知無線電網絡中基于文件成功傳輸概率的緩存分配方案，在滿足主用戶成功傳輸文件概率下，通過優化占用授權帶寬以及功率，達到次用戶請求文件成功傳輸概率的最大化，可以有效的提高認知無線電網絡中主網絡和認知網絡的系統性能。本發明為實現上述目標，采用了如下的技術方案：

一種用于認知無線電網絡中的無線緩存分配方法，運行在具有主基站，主用戶構成的主網絡以及認知基站，次用戶構成的認知網絡中，主用戶包括一個，次級用戶有N個，其特征在于包括以下步驟：

第一步：根據協作認知無線電網絡系統需求進行目標參數設置，包括主用戶文件成功傳輸概率p_l,主用戶的授權帶寬W，主基站最大傳輸功率P_p，次基站最大傳輸功率Ps；

第二步：根據主用戶受歡迎文件特性，采用基于閾值的文件緩存方式，其中主用戶文件庫為F，每個次基站具有有限緩存空間C，文件流行度服從Zipf分布；

第三步：采用基于閾值的文件緩存模型，緩存文件分為三種，第一種對于最受歡迎的m個文件，在N個次基站中都要緩存m個文件；對于次流行文件則在每個次基站中對應緩存一部分次流行文件；對于未緩存的主用戶文件直接通過主基站中的回傳鏈路獲得；對于次用戶，不考慮次基站對于次用戶文件緩存，次用戶獲得數據需通過回傳鏈路直接從次基站中直接獲取；