[发明专利]一种基于组间协作的蜂窝异构缓存方法

摘要

本发明公开一种蜂窝异构网络下的基于组间协作的缓存方法，包括蜂窝异构网络系统模型的建立、公式化能量性能指标并生成待优化的问题，以及利用模拟退火算法解优化问题。本发明阐述了所提出的基于组间协作的蜂窝异构网络缓存策略的详细过程，对各基站缓存文见的机制进行了规定与分析。采用本发明技术方案，在蜂窝异构网络的场景下，合理建立网络系统模型，并制定相应的缓存策略，使得网络能量消耗下降。

主权项

1.一种基于组间协作的蜂窝异构缓存方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立系统模型假定N个相邻的SBS构成一个SBS组并且在缓存层面被视为一个整体，每个SBS通过无线或有线回程的连接方式与组内的其他SBS共享自身的缓存内容，定义对称矩阵di,j∈DN×N,1≤i,j≤N来表示该组内两个任意的小基站之间的距离，di,j用来表示当SBSi想要传输给SBSj一个内容时需要的跳数，用户设备UE(User Equipment)随机地从远端文件库F＝{f1，…，fJ}中选择内容进行请求，其中fj(j＝1，…，J)是第j个最流行的内容，并且每个内容假设已被归一化大小为1，在Zipf分布下，fj被的请求概率为：其中，r是该分布的偏态参数并且与UE请求的集中度成比例，对于某一SBS组内的第k个UE,即UEk，直连一个服务Oi个UE的SBS，称作SBSi，假定其内容请求是强度为λi,k的泊松过程并且与其他UE的请求过程相互独立，单位时间内SBSi收集到的请求数Qi可以表示为：则在这Qi个请求中请求fj的个数Qi,j可以表示为：一个SBS组和一个MBS的缓存策略可以由两个二进制矩阵和来分别表示，代表f_j被缓存到了SBS_i/MBS，而表示相反情况；定义S^s和S^m分别代表一个SBS和一个MBS的缓存能力，并且通常情况下S^s<S^m，定义二进制矩阵表示是否f_j被缓存到了该SBS组内，其中代表一个UE可以从该SBS组内取到该内容，而则表示相反情况，因此，可以表示为：定义二进制矩阵表示f_j是否被缓存到了其它SBS组内，其中代表其他组内持有该内容的缓存，而则表示相反情况；定义SBS组内持有fi的SBS中距离SBSi最近的距离dl,i可表示为：步骤2、阐述缓存策略机制及过程当一个UE_k请求一个内容时，首先应查找的值，判断该内容是否被缓存在正在服务它的这个SBS_i；如果那么这个UE将从SBS_i得到这个内容；如果那么SBS_i将这个请求转发到MBS，之后MBS查找以及的值来得知该SBS组内、MBS以及其他SBS组是否持有该内容缓存，并由MBS决策该由哪个网络实体响应该请求；步骤3、公式化相关性能指标并生成待优化的问题从正在服务该UE的SBS到该UE之间传输内容所消耗的能量表示为Esu，当一个连接到SBSi的UEk请求内容fj时消耗的能量Ei，j可以表示为：由上述推出的Ei，j即可得知SBS组内在一段时间内传输被请求的文件消耗的能量，求得这部分能量的最小值即为生成的待优化问题；步骤4、利用模拟退火算法得到P0的解首先设定C^S和C^M以及C^G的初始值，最大、最小温度参数值T_max和T_min以及温度衰减系数α及重复次数K；令x_best＝(C^S，C^M，C^G)并且令当前温度T等于T_max；通过设定上述初始值，可以得到目标函数的一个结果作为当前E(x_best)；之后通过如下方式得到新的C^S、C^M和首先随机地选择C^S中的一列i(1≤i≤N)，于是使得SBS_i中的缓存内容发生改变；类似地，可以生成新的C^M和并且将新生成的C^S、C^M以及表示为x_new＝(C^S，C^M，C^G)，从而可以得到新的目标函数结果E(x_new)。如果E(x_new)＜E(x_best)，则将x_new赋值给x_best，否则将x_new抛弃；这个过程被重复K次，之后温度参数减小到αT(0＜α＜1)；在新的T下，上述迭代过程再重复K次；最终，直到T＜T_min时整个算法结束。此时的x_best即为得到的p₀的最优解。