[发明专利]一种基于用户偏好预测的异构网络缓存决策方法在审

专利信息
申请号: 202010551762.6 申请日: 2020-06-17
公开(公告)号: CN111860595A 公开(公告)日: 2020-10-30
发明(设计)人: 朱琦;单冠捷 申请(专利权)人: 南京邮电大学
主分类号: G06K9/62 分类号: G06K9/62;H04L29/08;H04W28/02
代理公司: 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 代理人: 柏尚春
地址: 210046 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 用户 偏好 预测 网络 缓存 决策 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于用户偏好预测的异构网络缓存决策方法。在该方法中,宏基站、小基站和D2D通信并存,考虑到用户的移动性和社会关系影响。首先在用户偏好未知的情况下,采用机器学习的方法根据其请求历史记录预测用户偏好;然后考虑用户的移动性、物理位置关系、社会关系计算平均系统成本,在缓存容量的约束下,以小基站和重要用户的缓存策略为变量,构建了平均系统成本最小化的优化问题,通过求解该问题进行缓存决策。本发明所述方法基于分区拟阵上超模函数的最小化问题求解本发明的最优化问题,在保障次优解性能的前提下,大大减少了缓存决策的计算复杂度,从而通过在小基站和重要用户处缓存来大大减少系统成本。

技术领域

本发明属于无线通信技术,具体涉及一种基于用户偏好预测的异构网络缓存决策方法。

背景技术

随着移动互联网的发展,无线移动设备急剧增长,产生了大量的数据流量,给移动通信带来了挑战,在本地缓存流行的文件便是应对这些挑战的解决方案之一。5G异构网络通过部署小基站来卸载宏基站的流量负荷,但是小基站的回程线路成为系统性能的瓶颈。缓存技术通过预先在部分用户和小基站中缓存流行的文件,当用户需要这些文件时,可以通过小基站或D2D通信来获得这些文件,而不用占用小基站的回程链路和宏基站的带宽,在流量高峰期避免了网络的拥塞,同时也可以降低时延,从而提升了QoS。

但是,考虑到缓存成本的限制,小基站部署的缓存设备容量有限,而移动设备的存储容量更小,远远小于互联网内容库的容量,因此制定正确的缓存决策来确定缓存中放置的文件,对提高缓存命中率是非常重要的。

发明内容

发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种基于用户偏好预测的异构网络缓存决策方法。

为实现上述目的,本发明所提供的技术方案如下:

一种基于用户偏好预测的异构网络缓存决策方法,所述方法中宏基站、小基站和D2D的通信方式并存,包括如下步骤:

(S1)首先在用户请求不同文件的概率分布未知的情况下,通过机器学习根据其请求历史记录预测用户偏好;

(S2)基于用户的移动性、物理位置关系、社会关系推导平均系统成本的表达式,在缓存容量的约束下,以小基站和重要用户的缓存策略为变量,构建平均系统成本最小化的优化问题,通过求解该问题进行缓存决策;

(S3)基于贪心算法的次优算法对平均系统成本最小化的优化问题进行求解,按照解向量决定予以缓存的文件。

进一步的,本发明所述方法的算法处理过程具体如下:

(1)用S={1,...,S}、U={1,2,...,U}、C={1,...,C}和F={1,...,C*Fc}分别表示小基站集、用户集、文件类别集和文件集,其中S、U、C、Fc分别表示小基站数、用户数、文件类别数和每类文件数,用tmin、tmin′分别表示通过D2D和通过小基站下载每个文件需要最小通信时间,宏基站包含内容库中的全部文件;

(2)将时间划分为等长的时隙,t∈N表示第t个时隙,其起始时刻是τt,所有时隙长度都为T,每个时隙开始,即当前时隙的用户初始D2D连接情况其中指示函数代表用户i和用户j在t时隙开始是否可以进行D2D通信,可以为1反之为0,然后每个用户按照其偏好随机的请求文件,构成文件请求向量其中是用户i在t时隙请求的文件;

(3)用指示变量表示用户间的物理关系,如果用户i和用户j在t时刻具有物理关系,则若没有则用μi,j表示用户i与用户j间连接时长服从的指数分布的参数,用λi,j表示用户i与用户j间隔时长服从的指数分布参数,根据用户i和用户j在t0时刻的连接情况计算用户i和用户j在tc时刻相连的概率

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