[发明专利]一种缓冲辅助中继网络中的缓冲资源分配方法

说明书

一种缓冲辅助中继网络中的缓冲资源分配方法，包括以下步骤：S1：根据中继结点的数据到达模型和数据处理模型，以及中继结点能忍受的缓冲区溢出概率，得到中继结点可以贡献出的最大缓冲区比例；S2：根据用户的数据到达模型和数据服务模型，给出用户缓冲区溢出概率与缓冲区比例关系的表达式。S3：建立优化问题，以最小化网络中所有用户缓冲区溢出概率和为目标，给出最优的缓冲区分配方法。通过这种方法获得的最优缓冲资源分配方法，可以获得最小的用户缓冲区溢出概率和，进一步提高辅助中继网络的分发性能。

技术领域

本发明属于异构网络、边缘计算、辅助中继网络、无线通信、通信系统、边缘计算、资源分配、鞅理论领域，具体涉及一种缓冲辅助中继网络中的缓冲资源分配方法。

背景技术

近年来，由于智能终端的迅速发展，移动内容消费日趋增加，人们可以随时随地享受无线蜂窝网络带来的娱乐体验，但同时也给蜂窝网络带来了巨大的流量压力。有学者提出预先在网络边缘结点，比如移动手机终端，机顶盒，路由器等边缘存储设备中，存储热门视频的方式，缓解网络中，尤其是主干网中重复流量的问题，能有效降低网络流量，提高网络传输效率，同时也增加用户的满意度。然而，由于边缘结点存储空间有限，或者缺乏足够的激励，网络的边缘结点并不愿意贡献出足够的存储空间。因此，只有部分文件或部分热门视频，被存储在边缘结点中，当这些没有被存储/没有被完整存储的文件被请求时，需要向远端的服务器提出请求，由服务器通过网络传输未被存储的部分。因为服务器一般都位于较远的地区，文件传输过程中，会经历较长的时延，若文件到达网络边缘，比如基站，先被放入边缘结点的存储空间，再从存储空间读取，分发给请求用户，将进一步增加时延，容易导致用户满意度进一步降低。然而，在边缘结点中，除了存储空间，还有缓冲空间。缓冲空间是一种造价相对较高的短暂记忆高性能存储器。为了提高用户的满意程度，已有一部分学者开始研究如何使用缓冲辅助中继方法来提高从远端服务器传输文件的性能。

缓冲空间作为影响边缘结点或中继结点工作性能的重要部件，边缘/中继结点只愿意贡献出有限的空间，用于缓冲辅助中继。要想激励中继结点贡献出足够的缓冲空间，需要在保证边缘/中继结点自有业务使用性能的前提下，对其贡献出的缓冲空间进行合理分配，以优化缓冲辅助中继的分发性能。因为边缘结点在缓冲辅助中继网络中有中继结点的功能，为了方便讨论，本专利将不再区分边缘结点和中继结点，统一使用中继结点。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种缓冲辅助中继网络中的缓冲资源分配方法，目的在于填补缓冲辅助中继在内容分发网络中的空白，进一步提高从远端服务器传输文件的性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种缓冲辅助中继网络中的缓冲资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据中继结点的数据到达模型和数据处理模型，以及中继结点能忍受的缓冲区溢出概率，得到中继结点可以贡献出的最大缓冲区比例；

S2：根据用户的数据到达模型和数据服务模型，给出用户缓冲区溢出概率与缓冲区比例关系的表达式；

S3：结合S1及S2所得结果，建立优化问题，以最小化网络中所有用户缓冲区溢出概率和为目标，给出最优的缓冲区分配方法。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，步骤S1具体如下：

中继结点在时间l产生的数据量为r(l)，中继结点在时间k处理结点内部产生的数据速率表示为常数c，假设：

式中，中继结点的数据处理速率c大于等于数据到达速率的期望同时小于等于数据到达速率的峰值sup r(l)；这种情况，会在中继结点内部产生数据积压，引起缓冲区溢出；

中继结点内部积压用Q_r表示，采用鞅理论，给出缓冲区溢出概率表达式如下：