[发明专利]异构蜂窝网络内容缓存和基站休眠联合优化方法

权利要求书

1.一种异构蜂窝网络内容缓存和基站休眠联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、以系统整体能耗最小化为目标，建立内容缓存与基站休眠的联合优化目标函数，得到联合优化模型；所述系统整体能耗为基站缓存能耗E₁、本地传输能耗E₂、回程链路传输能耗E₃、宏基站用户传输能耗E₄、静态维持能耗E₅之和；

所述联合优化模型包括：

其中，E_total表示系统整体能耗，x_nf表示内容缓存变量，y_n表示基站休眠变量，S表示每个内容文件的大小，S_max表示SBSn存储容量的上限，表示所有可能被请求的内容集合，表示SBS的集合，表示用户集合，z_nk表示用户关联变量，I_n表示SBSn可同时服务的用户数上限，u_k表示用户k；

S2、将第i周期的内容缓存状态设为随机缓存，基站休眠状态设为随机休眠，初始周期i＝1；

S3、根据第i个周期的用户与各基站之间的传输速率和基站休眠状态，确定第i个周期的用户关联状态，根据关联规则将用户关联至合适的基站；所述关联规则包括：采取最大传输速率关联，计算各处于工作状态的SBS与用户u_k的传输速率r_n,k，如果选取能够提供最大传输速率的基站进行关联；其中，max{r_1,k,r_2,k,...,r_n,k}表示用户u_k接收的最大传输速率，r_n,k表示第n个处于工作状态的SBS与用户u_k的传输速率，为事先设定的最低传输速率阈值；

S4、根据第i个周期的用户关联状态、用户对内容的请求状态，利用离散量子粒子群算法对联合优化模型进行求解，得到第i+1个周期基站的内容缓存状态和基站休眠状态；所述确定第i个周期的用户关联状态具体包括：设定二进制变量z_nk表示用户u_k与SBSn的关联情况，当z_nk＝1时，表示用户u_k与SBSn关联，此时SBSn处于工作状态并且该基站给用户u_k提供的传输速率最大，用户u_k请求的内容由SBSn传递给该用户；当z_nk＝0时，表示用户u_k与SBSn未关联，SBSn不满足用户u_k的关联条件，若所有SBS都无法满足用户u_k的关联条件，则将用户u_k直接接入MBS，与宏基站相关联，成为宏基站用户，用户u_k请求的内容由MBS传递给该用户；

所述二进制变量z_nk是由决策变量y_n和r_n,k确定，即：

其中，y_n表示基站休眠变量，r_n,k表示各处于工作状态的SBSn与用户u_k的传输速率，r_2,k表示第2个处于工作状态的SBS与用户u_k的传输速率，为事先设定的最低传输速率阈值；

所述利用离散量子粒子群算法对联合优化模型进行求解包括：

S41、初始化各类参数，获取各基站的内容缓存变量x_nf、基站休眠变量y_n和用户关联变量z_nk信息，将基站的内容缓存变量和基站休眠变量作为粒子；

S42、计算粒子的适应度，根据粒子的适应度得到所有粒子的个体最优位置pbest、平均最优位置mbest和全局最优位置gbest；

S43、由pbest和gbest交叉操作获得局部吸引子P_i；

S44、根据平均最优位置mbest对P_i进行粒子变异操作获得粒子的更新位置X_i，得到第i+1个周期基站的内容缓存状态和基站休眠状态；

S5、判断当前迭代次数i是否满足预先设定的迭代结束条件，若满足迭代结束条件，则结束算法，输出第i+1个周期基站的内容缓存状态和基站休眠状态；否则，令i＝i+1，返回步骤S3，继续进行迭代计算。