[发明专利]一种超密集网络中基于小型基站自组织协作的缓存方法

权利要求书

1.一种超密集网络中基于小型基站自组织协作的缓存方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，根据超密集网络中小型基站的负载能力和位置，得到小型基站的相似度矩阵；

所述的相似度矩阵记录任意不同两个小型基站的相似度，小型基站S₁和S₂的相似度表示为：θ∈[0,1]；其中，θ是设定的常数，是基站S₁和S₂的位置相似度，是基站S₁和S₂的负载能力差异度；

小型基站S₁和S₂的位置相似度的计算公式如下：

其中，分别表示两个小型基站在欧式空间内的坐标；σ_X为设定常数；r表示小型基站互为邻居的最大间距；

小型基站S₁和S₂的负载能力差异度的计算公式如下：

其中，σ_N是设定的常数，分别表示小型基站S₁和S₂的最大可连接用户数；

步骤2，根据小型基站的相似度矩阵和每簇中小型基站的个数k，将所有小型基站进行分簇，选取每簇中负载能力最好的小型基站充当簇头；k为正整数；

步骤3，依据文件缓存策略将文件缓存到小型基站和宏基站中；

所述的文件缓存策略为：设小型基站的缓存容量均相同，最多缓存M个完整文件；将用户所有可能请求的文件按照文件流行度进行排序；对一个簇，选取流行度靠前的kM个文件并将每个文件分割为k个片段分别缓存到对应的小型基站中；在宏基站中继续按照文件流行度缓存剩余的流行度靠前的文件；

步骤4，用户接入基站后，开始请求获取文件，此时将出现三种情况：

首先判断用户所需文件是否缓存在小型基站内，如果是，出现第一种情况：小型基站内缓存了用户请求的文件；如果否，再判断用户所需文件是否缓存在宏基站内，如果是，出现第二种情况：用户请求的文件缓存在宏基站中；如果以上两种情况都不是，那么出现第三种情况：用户所请求的文件并没有缓存在网络中，用户通过核心网获取所请求的文件；

计算三种情况下的用户的传输时延，进而获得用户平均下载时延，然后执行步骤5；

所述的步骤4中，获得用户的平均下载时延如下：

对于第u个用户，在计算得到第u个用户在第一种情况、第二种情况和第三种情况下的传输时延和后，计算第u个用户的平均下载时延Delay^u如下：

其中，P₁^u,分别表示u个用户从小型基站、宏基站和核心网获取文件的概率；

步骤5，设每簇内小型基站数量最多为K个，K为正整数；判断k的取值是否超过K，k∈{1,2……,K},若是，则选取使得用户的平均下载时延最小的k值输出；否则，继续更新k值，使k自增1，然后转步骤2继续执行。

2.根据权利要求1所述的一种超密集网络中基于小型基站自组织协作的缓存方法，其特征在于，所述的步骤2中，在确定每簇中的小型基站的个数k后，随机选取场景中的一个小型基站作为簇的中心点，再根据小型基站的相似度矩阵，选取与簇中心点的相似度最高的k-1个小型基站组成一簇；然后从未成簇的小型基站中选取离当前簇中心点最近的小型基站作为下一组分簇的中心点，对新的分簇的中心点继续根据小型基站的相似度矩阵选取小型基站组成一簇；重复分簇操作，直至所有的小型基站完成分簇，将每簇中的簇头由负载能力最好的小型基站担任；在根据小型基站的相似度矩阵选取簇内小型基站时，若从未成簇的小型基站找到符合条件的不足k-1个时，从已成簇的小型基站中选取相似度较高的基站将新簇中的基站补齐至k个。

3.根据权利要求1所述的一种超密集网络中基于小型基站自组织协作的缓存方法，其特征在于，所述的步骤4中，三种情况下的用户的传输时延分别如下：

第一种情况，第u个用户通过小型基站获取文件时的传输时延为：

其中，ω_S表示小型基站的可用带宽；Num_s表示第s个小基站需要为用户传输的文件碎片的个数；F为用户所需文件的大小；t表示直接与用户进行通信的小型基站数量；SNR_s,u表示第s个小型基站与第u个用户之间的信噪比；u为正整数；

第二种情况，第u个用户通过宏基站获取文件时的传输时延为：

其中，ω_M表示宏基站的可用带宽；SNR_M,s表示宏基站与第s个小型基站之间的信噪比；

第三种情况，第u个用户通过核心网获取文件时的传输时延

其中，Const表示设置的常数。