[发明专利]一种基于本地缓存和预下载的双层优化能效最优方法

权利要求书

1.基于本地缓存和预下载的双层优化能效最优方法，应用于异构无线网络；其特征在于：在满足用户数据包传输速率和传输时延要求的前提下，基于已知的用户调度信息，联合设置在小基站的存储器进行本地缓存和预下载设计，优化主基站的传输能效；首先，进行参数初始化，所述参数包括待传输的数据包个数、每个数据包的大小、每个数据包的开始传输时间、每个数据包的结束传输的时间、每个数据包的最小传输速率、系统总的传输时间长度、存储器大小、主基站的本地缓存速率和主基站的电路功率消耗；然后，利用每个数据包的最小传输速率、主基站的本地缓存速率和存储器大小，设计主基站的最小数据离开曲线和最大数据离开曲线，主基站的最优数据离开曲线在最小数据离开曲线和最大数据离开曲线之间；最后，采用双层优化能效最优算法对主基站总的能量消耗进行求解：外层是关于本地缓存策略的优化问题，采用穷搜算法对主基站每个时隙的本地缓存速率进行求解；内层是关于预下载策略的优化问题，采用扯绳子替代算法求解理想电路功率消耗下的最优数据离开曲线，将速率低于能效最优速率的传输，用能效最优速率进行替代，并计算相应的实际传输时长，得到实际电路功率消耗下的最优数据离开曲线；该方法包括如下步骤：

步骤一：参数初始化

设定总传输时间长度为T，待传输的数据包个数为N，存储器的大小为B；第i个数据包开始传输的时间为s_i，第i个数据包结束传输的时间为s_i+1，第i个数据包的最小传输速率为d_i，第i个时隙的传输时间长度为t_i＝s_i+1-s_i，第i个时隙的传输类型为f_i，主基站的电路功率消耗为ε；需要优化的参数包括第i个时隙时，主基站的本地缓存速率c_i、预下载速率r_i、实际传输时长τ_i；

步骤二：问题形成

计算主基站在第i个时隙的最小数据离开曲线为主基站在第i个时隙的最大数据离开曲线为在满足用户速率请求的前提下，计算主基站总的能量消耗为其中，B_n表示历史数据中出现过的相同大小数据包的时隙索引，对B_n做本地缓存处理；

步骤三：采用双层优化能效最优算法对主基站总的能量消耗进行求解，外层是关于本地缓存策略的优化问题，采用穷搜算法对主基站每个时隙的本地缓存速率进行求解；

步骤四：内层是关于预下载策略的优化问题，优化变量包括预下载速率和实际传输时长，采用扯绳子替代算法进行求解；在最小数据离开曲线和最大数据离开曲线形成的可行区域内，以原点(0，0)为绳子的起始端，最小数据离开曲线的终点为绳子的末端，扯紧绳子的两端，绳子在可行区域内形成一条由不同斜率的线段组成的曲线，组成曲线的第i个线段的斜率对应理想电路功率消耗下第i个时隙的最优数据离开曲线；理想电路功率消耗下的最优数据离开曲线为

步骤五：计算第i个时隙的能效最优速率若第i个线段的斜率满足则使用斜率为r_ee(i)的线段替代第i个线段，线段起点为理想电路功率消耗下的最优数据离开曲线在s_i时刻的累积数据点，实际传输时长为线段终点为理想电路功率消耗下的最优数据离开曲线在s_i+τ_i时刻的累积数据点，剩下的时间段t_i-τ_i不传输数据，得到实际电路功率消耗下的最优数据离开曲线。

2.根据权利要求1所述的基于本地缓存和预下载的双层优化能效最优方法，其特征在于：所述步骤三中，采用穷搜算法对主基站每个时隙的本地缓存速率和预下载速率进行联合优化求解，第i个时隙的本地缓存速率为c_i，第i个时隙的预下载速率为r_i。

3.根据权利要求1所述的基于本地缓存和预下载的双层优化能效最优方法，其特征在于：所述步骤四中，在每个时隙都是满时隙传输情况下，通过扯绳子算法计算理想功率消耗下的每个时隙的最优数据离开曲线。