[发明专利]一种边缘缓存网络中最小化用户时延的基站缓存方法

说明书

本发明公开了一种边缘缓存网络中最小化用户时延的基站缓存方法，属于无线移动通信领域。在边缘缓存网络场景中，首先建立用户与基站之间的连接矩阵，同时制定基站缓存文件的策略，建立基站与文件之间的关系矩阵；然后，统计整个网络中所有用户从基站中获取文件的平均命中率；设定约束条件在满足合理的用户平均命中率阈值下，达到网络用户平均时延优化最小；进一步使用遍历法求解找到最优的基站内容存储策略，并按该策略部署小型基站。最后，用户连入小型基站获取文件。本发明充分考虑了在设计边缘缓存网络小型基站文件缓存策略过程中平均时延与平均命中率的权衡问题，实现了在满足一定用户平均命中率的情况下最小化用户平均下载时延的目标。

技术领域

本发明属于无线移动通信领域，具体地说，是一种边缘缓存网络中最小化用户时延的基站缓存方法。

背景技术

随着智能手机行业、多媒体服务、以及手机应用的爆炸式增长，出现了大量的移动数据量；为了解决在未来网络中的巨大数据量，人们提出了一个很有前景的方案，即在宏基站的覆盖范围下布置众多的小型基站。

为了满足用户对于数据速率的需求，人们将文件存储在小型基站中；这样虽然可以使文件更贴近用户，减少了文件在网络中的重复传输，用户也可以较快捷地获取所需文件。但是小基站的存储能力有限，无法将用户可能需要的所有文件存入缓存中。

因此在这种条件下人们致力于研究一些特殊的基站缓存方式，将所有存入基站中的文件分为两部分：第一部分是流行度最高的一些文件，它们被存储在所有小型基站中。另一部分是流行度较高的文件，它们依次存储在不同的小基站中。

在设计缓存方案时需要考虑许多因素：比如在存储能力有限的情况下，确定一个文件是否要存入基站不仅要考虑到文件流行度以及命中率，还要考虑用户的体验如时延等；而且频谱资源，负载均衡、吞吐量等因素也要考虑在内。因此如何设计一个满足需求的基站缓存策略是需要考虑的问题。

现有技术中，文献[1]：S.Wang,X.Zhang,K.Yang,L.Wang,and W.Wang,“一种基于权衡缓存内容多样性与冗余度的分布式边缘缓存方案”，中国国际通信大会(ICCC),2015年11月,pp.1–5.提出了一个最优冗余缓存问题模型来最小化网络中的传输总能量；包括无线网络中的无线传输能量以及同核心网之间的有线传输能量，该文给出了一种非常好的文件存储策略，但没有考虑到命中率与用户下载时延等问题。

文献[2]：Y.Wang,X.Tao,X.Zhang,and G.Mao,“基于最小化用户下载时延的缓存与用户关联结合策略”IEEE Access,vol.4,pp.8625–8633,2016.设计了将缓存与用户关联相结合的策略，使得在异构缓存网络中用户平均下载时延最小化；该文很好地优化了时延，但网络场景有所不同，在内容分发上也不尽相同。

在边缘缓存网络中，存在一种新颖的内容分发策略，该策略能够降低网络中的传输能耗；但该策略没有讨论用户平均命中率与用户平均下载时延的关系，在这种策略下命中率与下载时延往往是矛盾的，因此需要考虑二者的权衡问题。

发明内容

针对现有基站缓存有限的边缘缓存网络中，人们提出的内容缓存策略节约了网络的文件传输能耗，却忽视了命中率与下载时延的冲突关系。本发明充分考虑在这种内容缓存策略下的命中率与下载时延情况，实现在满足一定命中率的前提下最小化平均用户下载时延，并找到相应的最优文件存储策略；具体是一种边缘缓存网络中最小化用户时延的基站缓存方法。

具体步骤如下：

步骤一、构建小基站、宏基站、用户以及服务器之间的边缘缓存网络场景。

网络中包括一个宏基站，N个小型基站，以及J个移动用户；每个小型基站根据文件布置策略用来存放文件，所有文件大小相同。