[发明专利]异构网络中基于多播技术的分布式缓存和用户关联方法

说明书

本发明公开了一种异构网络中基于多播技术的分布式缓存和用户关联方法，属于无线通信技术领域。本发明针对移动数据流量剧增及小基站(Small Cell Base Station，SBS)密集部署带来的回程拥塞问题，结合多播传输和协作缓存两者的优势，在保证所有用户的服务质量前提下，提出了一种多播协作缓存算法对用户关联策略和缓存配置策略进行联合优化以最小化系统总回程成本。与现有技术相比，本发明具有更低的系统回程成本和功率消耗。

技术领域

本发明涉及一种无线边缘缓存技术，特别是涉及一种异构网络中基于多播技术的分布式缓存和用户关联方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着移动智能设备的不断增长，移动数据流量的急剧增加，对于新兴应用和服务的需求也开始呈现爆炸式增长。小基站密集部署是应对这种移动数据流量增长的一种关键技术但是这种方法将给回程链路带来巨大压力，同时也会使得系统能耗增加。

多播和无线缓存被视为应对上述问题的两种很有前景的技术。缓存通过充分利用流量的周期模式将流量从高峰时段(如白天)转移到非高峰时段(如夜晚)，具体做法是在非高峰时段将部分文件提前缓存在基站等设备中，而在高峰时段服务用户请求。缓存对于有足够多内容复用时的场景很有效。多播则是通过使用单点对多点而非点对点的传输方式来服务用户对相同文件的并发请求，从而减少通信流量，并且降低能耗及带宽消耗。多播在许多用户并发地产生对相同文件的请求时非常有效。这样的场景在人群聚集事件中更常见，因为有大量的共同定位的人对相同的内容感兴趣，例如，体育比赛和音乐会活动中，经常有成千上万的参与者。社交网络平台和新闻服务等多种新服务也采用了一对多的通信范例，例如，Tweeter、Facebook等的更新，预计多播技术将会被更频繁地应用。目前学术界和工业界一般都是将这两种技术分别应用于不同场景和方面。将无线缓存和多播进行结合的文献研究还较少。

发明内容

发明目的：基于上述现有技术的不足，本发明结合无线缓存技术和多播技术两者的优势，提出一种异构网络中基于多播技术的分布式缓存和用户关联方法，旨在降低系统总回程成本，同时在一定程度上降低系统功耗。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种异构网络中基于多播技术的分布式缓存和用户关联方法，包括如下步骤：

(1)以(M+1)×K的矩阵表示基站(包括宏基站和小基站)和用户关联策略，以(M+1)×N的矩阵表示基站的缓存配置策略，设每个时隙内请求相同文件的用户形成一个多播组，同组用户采用多播方式进行文件传输，在保证用户服务质量，保证每个用户在每个时隙内只能由一个基站提供服务，以及保证缓存在基站的文件不会超过基站缓存容量的约束条件下，以最小化各多播组中用户的最大传输速率之和为目标，建立用户关联策略和缓存配置策略的联合优化问题；其中基站包括宏基站和小基站，M为小基站总数目，网络中还包括1个宏基站，N为一段时间内所有用户请求的文件总数目，K为网络中移动用户总数目；

(2)对用户关联策略和缓存配置策略进行迭代优化，得到最优的用户关联策略和缓存配置策略，每轮迭代优化过程包括：

(2.1)基于给定缓存配置策略，采用博弈论方法求解用户关联策略；

(2.2)基于给定用户关联策略，采用拉格朗日松弛算法求解缓存配置策略。

进一步地，步骤(1)中建立的联合优化问题描述为：

s.t.C1:

C2:

C3:

C4:

C5: