[发明专利]一种无线缓存网络的文件传输和波束赋形设计方法

说明书

一种无线缓存网络的文件传输和波束赋形设计方法，属于波束赋形设计以及功率分配技术领域。步骤为：1用户向基站发起对所需文件的请求；2用户向关联的基站反馈路径损耗和信道测量信息得到的信道增益和噪声功率；3基站获得被请求文件的缓存状态，此时基站向中心节点反馈h_ij，q_fi，c_fj，p_i,noise，以及所请求的文件从中心节点到基站的传输时延d_jf；4中心节点计算出基站对用户的发射波束赋形值及基站对用户请求的文件传输比；5中心节点向基站下发对应的波束赋形值及文件传输比；6基站根据相应的波束赋形值及文件传输比向用户发起文件传输。本发明可动态调整基站发送给用户的文件大小；保证了用户间的公平性。

技术领域

本发明提供了一种无线缓存网络的文件传输和波束赋形设计方法，属于无线接入云网络、波束赋形设计以及功率分配技术领域。

背景技术

第五代无线网络(5G)的发展为无线网络支持更多需要大量数据的应用，如增强和虚拟现实技术(AR/VR)、视频游戏等，铺平了道路。数据传输的低时延特性对这些需要大量数据的应用至关重要，因为网络时延过高将会影响用户的整体体验质量(QoE)。为了降低云无线网络(C-RANs)中用户的下载时延，将文件缓存在基站中以及设计相应有效的波束赋形设计方法引起了学术界与工业界的广泛关注。

在无线缓存网络中用户请求不同文件的概率在某些时间段相差很大，即根据网络的潮汐效应，一部分文件被用户请求的概率高出其它被请求的文件许多，也就是说具有很高的流行度。由于文件流行度分布的不均衡特性，在基站侧安装相应的缓存设备缓存流行度高的文件，以减少文件到用户的传输距离，进而减少用户获得所需文件的网络传输时延。同时，此种网络传输方式避免了用户每次请求的文件，都是从远端文件服务器中获得，降低了核心网和回程链路的负载。

现有缓存文件传输策略和波束赋形设计方法，虽然能够降低用户的下载时延，但是这两种重要的影响用户文件下载时延的因素都是被分开研究的。缓存文件的传输策略仅仅影响回程时延的大小，而波束赋形设计方法是为了降低基站与用户之间的传输时延。之前的文献只是单一的研究缓存文件的传输策略或是波束赋形设计算法，这样的结果是仅仅能够降低回程时延或是基站与用户之间的传输时延。所以如何综合考虑缓存文件的传输策略和波束赋形设计方法来降低用户的下载时延成为一个亟待解决的问题。本发明的目的是致力于解决上述的缓存文件传输策略和波束赋形设计方法联合设计，以降低用户的文件下载时延。

发明内容

本发明的目的是在无线缓存网络中，综合考虑缓存文件的传输策略及波束赋形，降低用户的文件下载时延，提出了一种无线缓存网络的文件传输与波束赋形设计方法。

一种无线缓存网络的文件传输和波束赋形设计方法，简称本方法；所依托的无线缓存网络系统，包括：I个单天线用户、J个基站、一个中心节点，其中I个单天线用户和J个基站的位置随机，每个基站的天线数为N_T，各基站均设有存储装置来缓存文件，中心节点存储用户请求的所有文件，各个基站通过有线或者无线回程链路连接到中心节点；且中心节点能够实时感知基站和用户之间链路的信道状态信息以及各个基站缓存文件的情况；

本方法包括中心节点到基站以及基站到用户的文件传输策略；

其中，中心节点到基站的文件传输策略具体体现为：对于用户请求的文件，基站向该用户传输该文件的比例设计，即中心节点向基站下发的文件比例；

其中，中心节点向基站下发的文件比例，简称文件传输比；

基站到用户的文件传输策略，即基站向用户传输文件的发射波束赋形设计，简称波束赋形设计；具体设计时：考虑到基站与用户之间无线链路上的路径损耗、衰落和噪声、中心节点到各个基站回传链路的传输时延、以及文件的流行度分布；其中，中心节点到各个基站回传链路的传输时延，回传时延；