[发明专利]一种异构网络的空间协作缓存与优化方法

权利要求书

1.一种异构网络的空间协作缓存与优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定内容组合m在Edge server和Helper中缓存的概率；Edge server和Helper的缓存容量分别表示为N_e和N_d，而Edge server和Helper的通信范围分别表示为R_e和R_d；从覆盖用户的Edge server和覆盖用户的Helper获取内容，如果用户获得其请求的内容，则称为命中；假设Edge server和Helper的位置分别遵循密度为λ_e和λ_d的泊松点过程(PPP)；Helper分为两种：被Edge server覆盖的Helper和未被Edge server覆盖的Helper；

步骤2，根据缓存概率导出目标函数，用H₁(m)表示用户从未被覆盖的Helper获取其请求的内容的概率；记H₂(m)为用户从被覆盖的Helper获取其请求的内容的概率；

步骤3，对目标函数进行子问题划分并求解子问题，通过优化Edge server上的内容组合的缓存概率，被覆盖的Helper和未被覆盖的Helper上的内容组合的缓存概率来最大化目标函数；

步骤4，求解Edge server和Helper缓存容量为1时的精确解；

步骤5，模型仿真；

步骤1中，如果一个Helper被一个Edge server所覆盖，那么该Helper就不存储与它相邻最近的Edge server上所存储的内容；如果Helper没有被任何Edge server所覆盖，则它能够缓存任何内容；

对于被覆盖的Helper，它所能够存储的内容由其相邻最近的Edge server中缓存的内容确定；设表示数据库中的M个内容；假设所有内容都具有相同的大小，设其为1，在Edge server中，将中的N_e个不同内容视为组合；在Helper层中，每N_d个不同的内容组成一个组合；设表示Edge server中包含内容m的组合集；表示在未被覆盖的Helper中包含内容m的组合的集合；表示在被覆盖的Helper中包含内容m的组合的集合，其最近的Edge server缓存内容组合为i；采用概率缓存策略将这些内容组合存放在Edge server和Helper上；用表示Edge server的缓存概率矩阵，表示内容组合i在Edge server中的存储概率；

对于未被覆盖的Helper，用表示它们的缓存概率，表示内容组合j在Helper上的存储概率；记Helper的缓存概率为这里的Helper是被存储有内容组合i的Edge server所覆盖的，表示内容组合j在该Helper上的存储概率；对于每个存储在Edge server中的内容组合i，它在Helper中都有与之对应；同时，G_e，G_h和中的元素应满足以下条件：

对于被覆盖的Helper，如果内容组合j中的任意内容已经在其最近的Edge server中存储了，则组合j的缓存概率将被设置为0；

Edge server中缓存内容是m，的概率为：

内容m，在未被覆盖的Helper中缓存的概率：

内容m，在被覆盖的Helper中缓存的概率：

i表示存储在距离Helper最近的Edge server中的内容组合；

步骤2中，总体的目标函数定义为：

u代表数据卸载比率；S₀表示特定用户未被任何Edge server覆盖的概率，S(m)表示某一用户获得从Edge server请求的内容的概率；缓存内容为m的Edge server的位置遵循稀疏PPP；根据PPP的属性，Edge server的数量遵循Poisson分布，以此可求出S₀，S(m)的表达式；

对于未被覆盖的Helper，根据提出的空间协作缓存与优化方法，其缓存的内容不会受Edge server的影响；未被覆盖的Helper可视为Edge server未覆盖的区域中的单层辅助网络；特定用户从未覆盖的Helper获取其请求内容的概率可表示为：

对于被覆盖的Helper，它们无法缓存其相邻最近的Edge server所存储的内容；Edgeserver中总共有I个不同的组合；对于Edge server中的每个组合，其覆盖的Helper具有不同的潜在内容集合和相应的最佳缓存概率；应当注意，如果用户需要从被覆盖的Helper获得内容m，则最近的Edge server不缓存内容m；设表示Edge server中包含内容m的组合集；H₂(m)表示为：

将S₀，S(m)，(8)和(9)代入(7)，目标函数的表达式可写为Eqn.(10)：