[发明专利]一种基于MEC-D2D的分布式协同缓存方法

说明书

一种基于MEC‑D2D的分布式协同缓存方法，属于无线通信技术，首先分析协同通信模型中的内容流行度、缓存空间C的有限性以及D2D通信层干扰等因素对用户内容获取平均时延的影响，将边缘服务器与终端间的联合内容缓存机制构建为一个时延优化问题；其次建立内容分段模型，采用缓存放置策略进行内容部署，用户可通过D2D链路从邻近终端中获得总数Kc_f个内容片段，当邻近设备中已缓存片段不足以重构内容f时，需从MEC服务器中获取[s_f‑min(Kc_f,s_f)]个内容片段数以保证内容完整性，将减小用户内容获取平均时延的优化目标转化为完全背包问题，将优化目标分为若干个不同的子问题，分别对每一个子问题采用动态规划算法进行求解，寻找构成最优解的最优缓存分配方案{c_f}^*。

技术领域

本发明涉及属于无线通信技术。

背景技术

万物互联时代，移动通信的迅猛发展使得多种新型终端不断涌现，海量终端产生的网络流量呈爆发式增长，传统的从核心网获取数据的方式造成网络拥塞的机率不断增长，同时人们对移动通信网络服务质量的要求日益增长，这将无法满足AR/VR等时延敏感型和差异化性能应用的需求，为了解决上述问题，边缘分布式协同缓存成为新兴万物互联应用的支撑平台已是大势所趋。

边缘缓存是未来移动通信网络中新型的、低延迟的内容分发方式，内容提供者将受欢迎程度较高的内容片段缓存于边缘云或终端设备上，以降低用户请求内容的延时和能耗。考虑到终端通信的回程距离短的特性，利用新型移动通信前所未有的高效数据传输速率、优质蜂窝网络频谱效率及极低数据传输时延的优势，将终端通信缓存和边缘缓存结合进行内容分发可显著增大缓存空间、降低用户内容获取时延。在未来的5G网络中，边缘缓存与终端设备缓存的分布式协同对于减小蜂窝网络压力和提高频谱效率至关重要。该类研究主要集中于缓存系统网络架构、用户服务质量满意度和缓存机制方面。缓存机制主要关心协同缓存的命中率、存储内容类型及更新、用户内容获取时延。从目前的国内外研究现状来看，国内外学者的研究重点主要在理想静态场景下的内容部署策略方面。在缓存部署策略设计中，针对用户内容请求信息未知的边缘网络，提出一种利用先验知识预测用户请求信息的主动缓存机制以减小内容传输时延；针对ICN场景中缓存冗余严重问题设计出一种基于概率的缓存算法，在减少缓存冗余的同时提高内容传输路径上的缓存资源利用率。边缘服务器和终端设备均可进行缓存资源的部署，目前公开的研究中，大多将边缘缓存与终端缓存的方式分开考虑，这样虽然在不同边缘层或者用户层实现了层内缓存冗余的优化，但这并不能保证整个网络系统中缓存空间的高效利用。另一方面，目前的研究多将单个文件整体部署在基站或一个终端中，当单个文件内容较大，终端用户处于移动状态时，用户终端只能缓存较少数目的文件，用户与基站的通信时间不足会导致内容传输失败概率较高，分布式缓存的优势不能够充分体现。

在基于MEC与D2D协作模式的协同缓存方案专利中，传统方法建模太过理想化，未考虑现实通信场景中更多的通信阻碍，例如有效通信半径、干扰等，因此应用范围窄、拓展性低。在未来多接入网络环境中，边缘服务器及用户设备的大量部署及参与，用户对于缓存的高质量、低消耗需求会愈发明显。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于MEC-D2D的分布式协同缓存方法。

本发明是一种基于MEC-D2D的分布式协同缓存方法，其步骤为：

步骤(1)在移动终端中增加缓存装置，并允许终端之间通过D2D链路进行

内容传输；

步骤(2)通过在步骤(1)中配备具有缓存能力的智能终端，联合云中心、蜂窝网络通信、D2D通信，建立三层分布式缓存系统架构；

步骤(3)在步骤(2)中的网络架构下，根据用户流量负载的动态变化，分析系统中多用户请求内容的流行度，将核心网中高流行度内容切分为独立相等的片段；