[发明专利]支持D2D通信的分层无线网络下的边缘协作缓存方法

说明书

本发明公开了一种支持D2D通信的分层无线网络下的边缘协作缓存方法，包括：根据内容请求查看接收所述内容请求的设备的本地缓存中是否包含请求内容；如果包含，则命中所述请求内容；如果不包含，则基于深度强化学习算法进行路由选择以命中所述请求内容；命中所述请求内容后更新所述深度强化学习算法的模型。该方法将深度强化学习算法应用到了移动无线网络中的用户设备层的协作缓存配置，实现了用户设备协作缓存的无监督学习，以最大化缓存的命中率为优化目标，尽可能的将流量卸载到用户周围，从而大大降低了蜂窝网络中的流量传输，并缩短了用户请求内容的传输时延。

技术领域

本发明涉及无线通信和移动计算领域，具体而言，涉及一种支持D2D 通信的分层无线网络下的边缘协作缓存方法。

背景技术

近年来，随着智能手机和其它智能移动设备数量的快速增长，人们在 使用移动网络时，对多媒体业务的需求正在不断飙升，严峻的流量压力迫 切要求网络运营商寻找行而有效的解决方案。移动网络运营商(MNOs)和 网络设备供应商也采用了一系列复杂的技术应用到物理层和数据链路层 的下半部分——介质访问控制层，用来提高无线链路的带宽，如大规模的 多输入多输出(MIMO)、载波聚合和多点协作传输(CoMP)等等，但这些目 前已经达到了其理论上线，依然无法很好地解决流量爆炸问题。相关研究 表明，排名前10％的视频请求占据流量的80％，换而言之，相同内容的重 复下载是流量爆炸的主要原因。

D2D(Device-to-Device，设备到设备)通信技术，是一种在近距离范围 内设备到设备直连接通信的技术。作为5G无线通信技术中的关键技术之 一，相比传统且较昂贵的蜂窝移动网络的数据传输，D2D通信技术不需要 消耗蜂窝流量，从而可以达到卸载主干网流量，平衡网络流量过载，降低 通信延迟和功耗的功能，能够为用户提供更好的服务质量(QoS)。相比于 Wi-Fi直连和蓝牙技术，蜂窝D2D通信能够工作在许可频段，提供干扰可 控的传输环境。

缓存技术被广泛应用于无线网络中，如较早也比较成熟的 CDN(ContentDelivery Network，内容分发网络)服务器，它被部署在内容 服务器附近，用于减少附近的流量拥塞，使用户可以就近取得所需的内容， 这种技术还可以有效地降低网络时延。以4G架构为例，由于移动网络体 系架构的集中性，内容终究需要通过EPC(Evolved PacketCore，分组的演 进核心)和RAN(Radio Access Network，无线接入网络)传输到用户。流量传输过程中的设备被称为中间件，在这些中间件中部署缓存被认为是一种 有效的解决方案。目前基于这种分层的无线网络下的缓存工作流程可以表 示为：(1)用户产生请求，首先查看本地缓存中是否包含被请求内容，如 果没有，则向临近的设备发送请求。(2)如果临近设备不包含被请求内容， 则向临近的基站发送请求。(3)基站查询本地缓存，如果缓存中不包含被 请求内容，则向临近基站进行请求。(4)如果相邻基站均不包含被请求内 容，则将请求转发到核心网络。协作的缓存技术可以有效地提高缓存的命 中率。基站，特别是用户设备中的缓存容量往往很小，这就容易导致缓存 的内容命中率较低或相邻设备缓存了同样的内容。协作缓存的配置实际上 是多重背包问题，在理论上已经被证明是NP-hard问题。