[发明专利]基于内容缓存的基站协作节能策略

说明书

技术领域

本发明属于无线异构网络领域，具体涉及异构网络中基于内容缓存的基站间协作传输的节能策略。

背景技术：

根据美国著名咨询机构Gartner的调查结果显示，信息通信行业(ICTs，Information and Communication Technologies)能耗占全球总能耗的2％-10％，与其他行业对比，ICTs能耗相对较高。据统计，在2015年，通信网络设备能耗约为62GW，预计这一数字将以年均12％的速度增长，在2020年增至95GW。持续增长的能量消耗已经成为降低成本以及打造绿色环境的最主要挑战。

近年来，异构网络技术已经成为增强网络能力和节省网络能耗的强有力竞争者，是下一代5G技术的必然趋势。异构网络融合场景，是指多种不同结构的无线通信网络共存而且相互融合的场景，所形成的系统称为异构融合网络或异构网络融合系统，其资源分配追求多种网络的整体综合优化。在异构网络融合结构中，为了有效的实现节能，打造真正的绿色异构网络，需要很多方面的技术支持。其中，基于内容缓存的多基站协作传输以及通过协商使部分基站休眠的策略能够为打造未来绿色异构网络贡献一份力量。

本项目在异构网络融合场景下，针对通信网络能源消耗日益增多的问题，从优化异构网络资源利用的角度出发，以节省网络能耗为目标，以内容缓存技术为基础，以节能为首要目的，提出基于多基站协作的合作传输与休眠算法。首先，多基站之间通过互通信息，能够协调休眠基站的数量。并且，能够协商为用户提供不同的信号强度，即实现协作传输，从而降低能耗，使网络能量得到充分合理利用。另外，内容缓存技术，将最常用的文件存放在每个基站的缓存中，能够减少协作基站之间信息反馈时的能量消耗。

发明内容：

为降低整个异构网络系统总能耗，本节能策略拟利用基站协作的方式，通过基站间相互通信协调，不但实现协作传输和基站休眠，还将采用内容缓存方法解决协作时产生的回程能耗，实现为后面的高能效功率分配策略提供功率协作因子和休眠信息。首先，将系统总能耗分为三部分，分别为休眠模式能耗、协作传输能耗以及回程能耗。下一步，将最小化总能耗的问题分成内外两个子问题。针对前两部分能耗，建立外部的子问题，可以证明这是一个NP问题，本节能策略拟寻找可以证明性能界限的方案来解决该问题；针对回程能耗，建立内部的子问题，并提出内容缓存的方法，将用户最常用的文件内容缓存，通过提高缓存内容与用户需求之间的碰撞概率来降低能耗。

在具体研究工作中将首先对以上内容进行有机分解，在深入细致研究的基础上再加以全面综合。

具体步骤如下：

步骤1：联合基站协作传输与休眠模型建立

多小区协作可以完成联合执行基站协作传输和基站睡眠模式操作。这种联合操作既可以降低小区间干扰，又可以达到节能的目的。从节能角度，每个基站都可以处于两个模式：1)为进行高能效传输的激活模式；2)为降低操作能耗的休眠模式。协作传输能够使多个基站协同为目标用户传输，从而增强接收信号强度。令用户j的接收信干噪比(SINR)由γ_j表示，可以写成如下表达式，

其中，p_ij和g_ij分别是基站i到用户j的传输功率和信道系数。η是位于协作区域以外的所有基站的干扰信号总和。σ²是每个用户接收信号的噪声谱密度。二进制数x_ij代表一个传输任务，1表示基站i给用户j传输，其他情况为0。

步骤2：内容缓存和文件流行度模型建立

给每个基站i中配备一个缓存，即本地贮存器，其有能力储存一组流行文件，储存能力上限是c_i。值得注意的是本发明中的缓存没有协作功能。因此，每个基站将不会与其他基站共享其缓存的文件，也就是说，所有基站都独立传送需求。

每个用户都会请求一些自己需要的文件。文件流行度可以定义为一个文件被请求的概率。令q_f为文件f∈F被请求的概率。假设所有文件的大小相同，为s。本发明涉及的缓存策略是仅仅基于文件流行度来决定缓存哪组文件，而不是按照实际的用户需求或者可预测的流量。

步骤3：能量消耗模型建立

一个协作域的能耗是指所有基站的能耗。根据能量消耗因素，假设网络总能耗e^tot可以由式(2)获得，

e^tot＝e^smo+e^ctx+e^bh(2)