[发明专利]一种面向不可靠信道传输的联合服务调度以及内容缓存方法

说明书

本发明提供了一种面向不可靠信道传输的联合服务调度以及内容缓存方法，包括：服务调度步骤：调度信道可靠程度更高的基站来服务用户的请求，可以降低重传带来的服务开销；内容缓存步骤：利用智能体之间的状态信息进行协作缓存，基站之间能够协调缓存决策来实现服务开销的减小量最大化。本发明的有益效果是：仿真结果表明，本发明的服务调度步骤优于最短距离优先策略。并且，与分布式多智能体深度Q网络策略相比，在内容数量和本地缓存容量增加时，本发明提出的内容缓存步骤可获得更好的性能且具有更好的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及无线边缘缓存技术领域，尤其涉及一种面向不可靠信道传输的联合服务调度以及内容缓存方法。

背景技术

随着移动互联网和物联网技术的飞速发展，无线网络中数据流量成指数级增长。思科最新报告显示，全球互联网流量在2023年将超过4.6ZB，较2017年增长321％。在以基站为主的蜂窝接入网中，用户的内容请求要先后经过基站、S-GW、P-GW，然后进入Internet，路由转发至远端内容服务器。用户到内容服务器的物理距离会产生网络传输时延。当用户较少且网络状况较好时，用户到远端服务器的时延并不明显。然而在实际场景中，经常会出现大量用户对热门内容发起较为集中的传输请求，这样会给网络造成巨大的压力，使得用户体验质量急剧下降。此外，大量热门内容(尤其是移动高清视频)的重复传输会造成通信资源的巨大浪费。为了满足用户对在线视频、网页浏览和在线游戏等业务不断增长的数据需求，这就促使供应商寻求提供高质量体验的新服务技术。作为下一代移动通信的关键技术，边缘缓存提供了新的解决方案。边缘缓存通过将一部分内容预存储在边缘节点中，能够有效避免回程链路的拥塞以及降低内容重复下载所导致的通信资源消耗。

目前学术界已经有一些边缘缓存机制设计的相关技术成果。其中两种常见的边缘缓存方法为：先预测内容流行度后更新缓存，和直接学习缓存策略。尽管如此，边缘缓存仍然存在诸多问题有待解决。在实际场景中，由于移动性、衰落、通信错误等原因，内容交付可能会间歇性失败或有明显延迟。在这种情况下，无线通信信道通常是不可靠的，且信道的可靠性是未知的。因此，可靠信道上的缓存策略不能直接应用于不可靠信道场景，尤其是在数据密集型应用中。为了给用户带来更高的体验质量和降低运营商的服务开销，服务调度策略以及内容缓存策略需要重新设计。

发明内容

本发明提供了一种面向不可靠信道传输的联合服务调度以及内容缓存方法，包括：

服务调度步骤：调度信道可靠程度更高的基站来服务用户的请求，可以降低重传带来的服务开销；所述服务调度步骤为最大奖励优先(Maximal Reward Priority,MRP)策略。

内容缓存步骤：利用智能体之间的状态信息进行协作缓存，基站之间能够协调缓存决策来实现服务开销的减小量最大化；所述内容缓存步骤为协作式多智能体行动者评论家(Collaborative Multi-Agent Actor Critic,CMA-AC)策略。

作为本发明的进一步改进，在所述服务调度步骤中，服务调度步骤的核心是总是调度信道可靠程度更高的基站来服务用户的请求。然而，由于信道的可靠程度未知，这一问题充满挑战性。以服务用户u为例，我们定义基站n为用户u提供内容f理论上能够获得的奖励可表示为

其中，b_u,f(t)——时隙t用户u对内容f请求的服务调度策略；

d_u,f(t)——用户u在t时隙内对内容f的请求次数；

a_n,f(t-1)——时隙(t-1)基站n对内容f的缓存决策；

c_n,u——基站n服务用户u传输一次所需要的服务开销；

c₀——核心网服务用户所需要的服务开销；