[發明專利]一種微蜂窩無線網中的協作緩存優化方法

有效

• 申請號: 202010350395.3
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111556531B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 楊綠溪;陳琦;王馭揚;黃永明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04W28/06
• 分類號: H04W28/06;H04W28/14
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

1.一種微蜂窩無線網中的協作緩存優化方法，具體步驟如下，其特征在于：

步驟1：根據兩個小基站之間的數據傳輸速率及小基站與主基站之間數據傳輸速率的相對大小確定小基站之間的協作傳輸關系：對于某個小基站，只有當相鄰小基站能夠為其提供高于主基站的數據傳輸速率時，才將該相鄰小基站作為能為其提供協作傳輸的小基站；

步驟1中根據基站之間的數據傳輸速率確定小基站之間的協作傳輸關系，具體步驟為：

步驟1.1：在一個典型微蜂窩小區中，設置主基站MBS為節點0，小基站SBS集合為節點集其中N為小基站數量，設置第n個SBS的緩存容量為設置用戶請求的文件集為其中F為文件數量，各文件的請求概率服從參數為γ的Zipf分布，文件f的請求概率計算公式如下：

步驟1.2：計算基站之間的數據傳輸速率，將MBS到第n個SBS之間的數據傳輸速率設置為R_n，MBS的發射功率設置為P_MBS，主基站到第n個小基站之間的小規模衰落信道增益設置為h_n，主基站到第n個小基站之間的物理距離設置為d_n，第m個SBS到第n個SBS的數據傳輸速率設置為R_mn，SBS的發射功率設置為P_SBS，第m個小基站到第n個小基站之間的小規模衰落信道增益設置為h_mn，第i個小基站到第n個小基站之間的小規模衰落信道增益設置為h_in，第m個小基站到第n個小基站之間的物理距離設置為d_mn，第i個小基站到第n個小基站之間的物理距離設置為d_in；信道的路徑損耗指數設置為α，加性高斯白噪聲功率值的均方根設置為σ，基站間的數據傳輸速率計算公式如下：

步驟1.3：根據步驟1.2的計算結果確定基站間的協作傳輸關系，確定依據為：

1)MBS可以為所有SBS提供文件傳輸；

2)若滿足R_mnR_n，則第m個SBS可以為第n個SBS提供文件傳輸；

步驟2：將微蜂窩無線網描述為二維有向拓撲圖，其中基站對應節點，此處基站包括主基站和小基站，基站之間的協作傳輸關系對應節點之間的有向邊；

步驟2中將微蜂窩無線網描述為二維有向拓撲圖，具體步驟為：

步驟2.1：根據步驟1確定的基站間傳輸關系將微蜂窩無線網映射為二維有向拓撲圖，其中基站包括MBS和SBS對應拓撲圖中的節點；若基站1可以向基站2提供協作傳輸，則拓撲圖中對應存在從節點1到節點2的有向邊；若基站1和基站2可以相互為對方提供協作傳輸，則拓撲圖中節點1和節點2之間存在雙向邊；

步驟3：設計協作傳輸矩陣及文件請求概率矩陣，使用緩存概率矩陣表示待優化的緩存方案，通過上述矩陣之間的運算構造出系統平均緩存命中率的優化目標，確定緩存容量約束下的緩存優化問題；

設計請求概率矩陣P_N×F和協作傳輸矩陣A_N×N，并將緩存概率矩陣C_F×N作為優化變量，通過上述矩陣間的運算構造出系統平均緩存命中率的矩陣表達式，進而通過凸優化方法求解出最優化緩存命中率的協作緩存方案，具體步驟為：

步驟3.1：根據如下計算公式設計請求概率矩陣P_N×F和協作傳輸矩陣A_N×N，矩陣P_N×F中第n行第f列的元素用p_nf表示，矩陣A_N×N中第m行第n列的元素用R_mn表示，其中矩陣A_N×N依據二維有向拓撲圖確定：

其中

設置后的矩陣P和矩陣A示例為：

步驟3.2：將緩存概率矩陣C_N×F作為待優化的緩存概率矩陣，矩陣C_N×F中第n行第f列的元素用c_nf表示，第i行第f列的元素用c_if表示，則系統平均緩存命中率可以通過P、A和C之間的矩陣運算表示為：

在SBS的緩存容量限制下，命中率最優的緩存優化問題表述為：

步驟4：通過凸優化方法求解出最優化緩存命中率的緩存概率矩陣，進而確定最優化緩存命中率的協作緩存方案；

步驟4通過凸優化方法求解出最優化緩存命中率的緩存概率矩陣，具體步驟為：

步驟4.1：通過凸優化方法求解出最大化的緩存概率矩陣C^*；

步驟4.2：對于第n個SBS，緩存集合中最大的前C_n個緩存概率對應的文件集即得到系統平均緩存命中率最優的緩存方案。