[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

说明书

本发明公开了一种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在满足用户数据包传输速率和传输时延要求的前提下，优化主基站的传输能效；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。本发明联合利用本地缓存和预下载策略设计主基站的传输算法，利用本算法，可以使主基站的传输效率最高。

技术领域

本发明涉及一种基于本地缓存和预下载的双层优化能效最优方法，可以应用于异构无线网络中，属于无线通信技术。

背景技术

随着越来越多的智能手机以及物联网技术的广泛应用，为用户提供了更加舒适的内容体验和高质量的视频服务，无线流量正经历着空前的增长，给服务提供商带来了巨大的挑战。

通过预下载策略提前预测用户的请求内容，在低峰时段将请求内容提前存放在离用户更近的具有存储能力的小基站或者用户设备中，在高峰时段，当用户请求内容时，就可以通过小基站直接将存储的请求内容发送给每个用户，这样就能显著的减少主基站的能量消耗。对于流行度较高的内容，可以将这些内容事先本地缓存在小基站的存储器上，在用户需要的时候直接从小基站的存储器中调出发送给用户，而不需要每次都从主基站进行获取，有效降低了主基站数据传输的频率，从而达到能量节省的目的。将预下载和本地缓存策略结合起来，可有效降低主基站的能量消耗。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于本地缓存和预下载的双层优化能效最优方法，该方法在已知用户最小传输速率和时延的基础上，利用提出的双层优化能效最优算法，使主基站在实际电路功率消耗下进行传输时能效最优。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种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；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，最小数据离开曲线与本地缓存策略有关，最大数据离开曲线与本地缓存策略和存储器大小有关；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，将预下载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。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(也可称为发送速率)r_i、实际传输时长τ_i；

步骤二：问题形成