[發明專利]一種基于基站分簇的文件副本緩存方法

有效

• 申請號: 201910121208.1
• 申請日: 2019-02-18
• 公開（公告）號: CN109600780B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 余雪勇;王太寶;杜雨鑫
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W24/04
• 分類號: H04W24/04;H04W40/32;H04L29/08
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陳望坡;姚姣陽

1.一種基于基站分簇的文件副本緩存方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：根據基站對用戶接收信號產生的干擾強度大小對超密集異構網絡中的基站進行分簇，使得分簇后的基站對訪問的用戶產生的干擾強度最小；

其中，基于基站干擾的分簇方法，具體包括以下步驟：

步驟(1.1)：假設基站總個數為S個，每個基站范圍內有t個用戶，總的用戶數量為S·t個；假設基站分簇的個數為N_A，分簇后的集合為(N_A≤S)，針對每個簇內基站的集合為C_i＝{C_i，1，C_i，2……C_i，m}(i＝1，2.......N_A，m≤S-N_A)，m表示簇內基站的個數；優化的目標函數為最小基站干擾之和，其表達式如下：

其中，P_N和P_M分別表示小基站的發送信號功率以及宏基站的發送信號功率；表示宏基站和每個簇中每個用戶所對應的信道矩陣、表示小基站和每個簇中每個用戶所對應的信道矩陣、表示宏基站向用戶發送的信號、表示除本地有用信號基站外其他小基站向用戶發送的信號、N₀表示信號傳輸過程中均值為0、方差為1的高斯白噪聲；

其中，表達式約束條件如下：

S.t 1≤C_min≤N_A≤C_max≤S (7)

1＜m≤S-N_A (8)

R_k≥γ_k (11)

式(7)和(8)表示確保至少每個簇中都分配一個小基站，式(9)中表示宏基站和每個簇中每個用戶所對應的信道矩陣以及表示小基站和每個簇中每個用戶所對應的信道矩陣；式(10)中表示宏基站向用戶發送的信號，表示除本地有用信號基站外其他小基站向用戶發送的信號；式(11)表示保證每個用戶數據傳輸質量，其中R_k表示的是第k個用戶的信號傳輸速率，γ_k表示第k個用戶信號最低傳輸閾值；

步驟(1.2)：使用遍歷算法，將在數據范圍內的N_A和m值每個數值都遍歷計算一遍，根據最后所有求得的值中從小到大排序，選取出基站分簇個數最優解及每個簇內的基站個數最優解m^*；

步驟二：在分簇結果的基礎上，通過基站緩存內容相似度的分析，對簇內各基站所要存取的文件副本進行部署緩存，具體包括以下步驟：

步驟(2.1)：先計算簇內目標基站與簇內其他基站之間的緩存文件相似度；

其中，兩個基站間的緩存文件相似度的具體計算方法如下：

假定基站a確定緩存的文件集合為基站b確定緩存的文件集合為對于基站a，b中文件重復的集合為則a、b兩個基站之間的文件相似度ρ_ab可以表示為：

其中，式中表示文件a₁被訪問的頻率，表示文件a₂被訪問的頻率，以此類推，H表示文件被訪問的頻率，右下標則表示所對應的具體文件編號；

步驟(2.2)：設定相似度閾值，除目標基站外，將簇內所有與目標基站之間的緩存文件相似度大于相似度閾值的基站全部保存在新的集合ρ_α中，并將集合ρ_α中的基站文件全都放入集合C_w中，然后去除集合C_w中每個基站與目標基站的公共集合文件，并將集合C_w中去除公共集合文件后的所有待緩存文件全部存入集合C′_w中；

步驟(2.3)：根據基站待緩存文件的流行度大小對集合C′_w中的文件做排序處理，然后根據目標基站的可存儲空間從集合C′_w中刪選出需要部署緩存的文件副本并放置于目標基站中；

其中，根據目標基站的可存儲空間從集合C′_w中刪選出需要部署緩存的文件副本個數的具體計算公式如下：

其中，S_BS為基站的緩存空間大小，為用于簇C_i內每個基站的待緩存文件的緩存容量之和，k為基站空間需安置的副本個數，

其中，表達式約束條件如下：

Max k (14)

0＜i≤N_A (16)

1＜u≤S-N_A (17)

L≤ρ_v，t＜1 (18)

式(16)、(17)表示確保至少每個簇中都分配一個小基站，式(18)中t表示目標小基站，v表示與目標基站的相似度值大于閾值L的基站；表示簇C_i內每個基站待緩存文件的容量之和，C′_w，j表示待緩存文件集合中的j個文件，k為基站空間需安置的副本個數，N_A為基站分簇個數，i表示基站分簇分數約束值，S為基站總個數，u為每個簇內基站個數的約束值，ρ_v，t表示目標基站t與基站v之間的相似度值；

步驟(2.4)：將簇內每個基站作為目標基站進行步驟(2.1)～步驟(2.3)的迭代求解，從而對簇內每個基站所要存取的文件副本進行部署緩存。