[發明專利]一種基于用戶偏好預測的異構網絡緩存決策方法

在審

• 申請號: 202010551762.6
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111860595A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 朱琦;單冠捷
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;H04L29/08;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: 柏尚春

本發明公開了一種基于用戶偏好預測的異構網絡緩存決策方法。在該方法中，宏基站、小基站和D2D通信并存，考慮到用戶的移動性和社會關系影響。首先在用戶偏好未知的情況下，采用機器學習的方法根據其請求歷史記錄預測用戶偏好；然后考慮用戶的移動性、物理位置關系、社會關系計算平均系統成本，在緩存容量的約束下，以小基站和重要用戶的緩存策略為變量，構建了平均系統成本最小化的優化問題，通過求解該問題進行緩存決策。本發明所述方法基于分區擬陣上超模函數的最小化問題求解本發明的最優化問題，在保障次優解性能的前提下，大大減少了緩存決策的計算復雜度，從而通過在小基站和重要用戶處緩存來大大減少系統成本。

技術領域

本發明屬于無線通信技術，具體涉及一種基于用戶偏好預測的異構網絡緩存決策方法。

背景技術

隨著移動互聯網的發展，無線移動設備急劇增長，產生了大量的數據流量，給移動通信帶來了挑戰，在本地緩存流行的文件便是應對這些挑戰的解決方案之一。5G異構網絡通過部署小基站來卸載宏基站的流量負荷,但是小基站的回程線路成為系統性能的瓶頸。緩存技術通過預先在部分用戶和小基站中緩存流行的文件，當用戶需要這些文件時，可以通過小基站或D2D通信來獲得這些文件，而不用占用小基站的回程鏈路和宏基站的帶寬，在流量高峰期避免了網絡的擁塞,同時也可以降低時延，從而提升了QoS。

但是，考慮到緩存成本的限制，小基站部署的緩存設備容量有限，而移動設備的存儲容量更小，遠遠小于互聯網內容庫的容量，因此制定正確的緩存決策來確定緩存中放置的文件，對提高緩存命中率是非常重要的。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于用戶偏好預測的異構網絡緩存決策方法。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案如下：

一種基于用戶偏好預測的異構網絡緩存決策方法，所述方法中宏基站、小基站和D2D的通信方式并存，包括如下步驟：

(S1)首先在用戶請求不同文件的概率分布未知的情況下，通過機器學習根據其請求歷史記錄預測用戶偏好；

(S2)基于用戶的移動性、物理位置關系、社會關系推導平均系統成本的表達式，在緩存容量的約束下，以小基站和重要用戶的緩存策略為變量，構建平均系統成本最小化的優化問題，通過求解該問題進行緩存決策；

(S3)基于貪心算法的次優算法對平均系統成本最小化的優化問題進行求解，按照解向量決定予以緩存的文件。

進一步的，本發明所述方法的算法處理過程具體如下：

(1)用S＝{1,...,S}、U＝{1,2,...,U}、C＝{1,...,C}和F＝{1,...,C*F_c}分別表示小基站集、用戶集、文件類別集和文件集，其中S、U、C、F_c分別表示小基站數、用戶數、文件類別數和每類文件數，用t_min、t_min′分別表示通過D2D和通過小基站下載每個文件需要最小通信時間，宏基站包含內容庫中的全部文件；

(2)將時間劃分為等長的時隙，t∈N表示第t個時隙，其起始時刻是τ_t，所有時隙長度都為T，每個時隙開始，即當前時隙的用戶初始D2D連接情況其中指示函數代表用戶i和用戶j在t時隙開始是否可以進行D2D通信，可以為1反之為0，然后每個用戶按照其偏好隨機的請求文件，構成文件請求向量其中是用戶i在t時隙請求的文件；

(3)用指示變量表示用戶間的物理關系，如果用戶i和用戶j在t時刻具有物理關系，則若沒有則用μ_i,j表示用戶i與用戶j間連接時長服從的指數分布的參數，用λ_i,j表示用戶i與用戶j間隔時長服從的指數分布參數，根據用戶i和用戶j在t₀時刻的連接情況計算用戶i和用戶j在t_c時刻相連的概率