[發(fā)明專利]一種微蜂窩無線網(wǎng)中的協(xié)作緩存優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010350395.3
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN111556531B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊綠溪;陳琦;王馭揚(yáng);黃永明
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W28/06
• 分類號(hào): H04W28/06;H04W28/14
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

本發(fā)明公開了一種微蜂窩無線網(wǎng)中的協(xié)作緩存優(yōu)化方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將微蜂窩無線網(wǎng)建模為二維有向拓?fù)鋱D，通過設(shè)計(jì)協(xié)作傳輸矩陣表征小基站之間的協(xié)作傳輸關(guān)系，并由協(xié)作傳輸矩陣及文件請求概率矩陣構(gòu)造出平均緩存命中率表達(dá)式，通過凸優(yōu)化方法求解出最優(yōu)化平均緩存命中率的協(xié)作緩存方案。采用該方法確定的協(xié)作緩存方案，可以根據(jù)小基站之間的協(xié)作關(guān)系及文件請求概率獲得緩存命中率性能最優(yōu)的緩存方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微蜂窩無線網(wǎng)中的協(xié)作緩存優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

邊緣計(jì)算場景下進(jìn)行緩存方案優(yōu)化的目的在于充分利用邊緣節(jié)點(diǎn)有限的緩存資源，使其緩存的數(shù)據(jù)與用戶需求盡可能地匹配，從而將中央資源池的負(fù)載有效分散至邊緣節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)緩解前傳鏈路負(fù)載、降低網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時(shí)延等目標(biāo)。根據(jù)文件流行度估計(jì)，“最大流行度緩存”、“等間隔緩存”等緩存方案均可實(shí)現(xiàn)緩存命中率、前傳負(fù)載降低率等方面的性能提升。但以上緩存方案并沒有充分利用邊緣節(jié)點(diǎn)之間潛在的協(xié)作關(guān)系來進(jìn)一步提升緩存性能。協(xié)作緩存場景下，邊緣節(jié)點(diǎn)之間的相對位置、信道傳輸條件、緩存容量等因素對協(xié)作緩存方案的性能均有顯著影響，充分利用上述因素對系統(tǒng)的緩存性能進(jìn)行建模分析，才能有效挖掘邊緣節(jié)點(diǎn)之間相互協(xié)作帶來的緩存增益。

邊緣計(jì)算場景下為了解決上述問題采用了隨機(jī)過程分析建模的方法對系統(tǒng)的平均緩存命中率等性能指標(biāo)進(jìn)行分析計(jì)算，但是沒有一種直觀簡便的計(jì)算模型將系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或邊緣節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作關(guān)系作為獨(dú)立因子應(yīng)用到緩存方案的優(yōu)化過程中。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上問題，本發(fā)明提供一種微蜂窩無線網(wǎng)中的協(xié)作緩存優(yōu)化方法，本發(fā)明將系統(tǒng)建模為二維有向拓?fù)鋱D，通過設(shè)計(jì)協(xié)作傳輸矩陣來表征基站之間的協(xié)作傳輸關(guān)系進(jìn)一步地將文件請求概率設(shè)計(jì)為請求概率矩陣；將待優(yōu)化的緩存概率設(shè)計(jì)為緩存概率矩陣。通過上述三個(gè)矩陣的之間的運(yùn)算可以快速得到系統(tǒng)的平均緩存命中率表達(dá)式。通過凸優(yōu)化方法對該緩存命中率目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解即可得到最優(yōu)化命中率的協(xié)作緩存方案。可以在降低計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)有效實(shí)現(xiàn)緩存命中率的提升和前傳負(fù)載的降低，為達(dá)此目的，本發(fā)明提供一種微蜂窩無線網(wǎng)中的協(xié)作緩存優(yōu)化方法，具體步驟如下：

步驟1：根據(jù)兩個(gè)小基站之間的數(shù)據(jù)傳輸速率及小基站與主基站之間數(shù)據(jù)傳輸速率的相對大小確定小基站之間的協(xié)作傳輸關(guān)系：對于某個(gè)小基站，只有當(dāng)相鄰小基站能夠?yàn)槠涮峁└哂谥骰镜臄?shù)據(jù)傳輸速率時(shí)，才將該相鄰小基站作為能為其提供協(xié)作傳輸?shù)男』荆?/p>

步驟2：將微蜂窩無線網(wǎng)描述為二維有向拓?fù)鋱D，其中基站對應(yīng)節(jié)點(diǎn)，此處基站包括主基站和小基站，基站之間的協(xié)作傳輸關(guān)系對應(yīng)節(jié)點(diǎn)之間的有向邊；

步驟3：設(shè)計(jì)協(xié)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(yōu)化的緩存方案，通過上述矩陣之間的運(yùn)算構(gòu)造出系統(tǒng)平均緩存命中率的優(yōu)化目標(biāo)，確定緩存容量約束下的緩存優(yōu)化問題；

步驟4：通過凸優(yōu)化方法求解出最優(yōu)化緩存命中率的緩存概率矩陣，進(jìn)而確定最優(yōu)化緩存命中率的協(xié)作緩存方案。

作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，步驟1中根據(jù)基站之間的數(shù)據(jù)傳輸速率確定小基站之間的協(xié)作傳輸關(guān)系，具體步驟為：

步驟1.1：在一個(gè)典型微蜂窩小區(qū)中，設(shè)置主基站MBS為節(jié)點(diǎn)0，小基站SBS集合為節(jié)點(diǎn)集其中N為小基站數(shù)量，設(shè)置第n個(gè)SBS的緩存容量為C_n,設(shè)置用戶請求的文件集為其中F為文件數(shù)量，各文件的請求概率服從參數(shù)為γ的Zipf分布，文件f的請求概率計(jì)算公式如下：

步驟1.2：計(jì)算基站之間的數(shù)據(jù)傳輸速率，將MBS到第n個(gè)SBS之間的數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)置為R_n，第m個(gè)SBS到第n個(gè)SBS的數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)置為R_mn，基站間的數(shù)據(jù)傳輸速率計(jì)算公式如下：