[发明专利]一种异构网络联合用户关联及内容缓存方法

摘要

本发明涉及一种异构网络联合用户关联及内容缓存方法，包括：步骤1)、建模用户业务需求特性；步骤2)、构建蜂窝基站BS及WLAN接入点AP的内容缓存变量，建模限定条件；步骤3)、建模用户关联变量及限定条件；步骤4)、建模用户总传输时延；步骤5)、建模用户接入BS对应的传输时延；步骤6)、建模用户接入AP对应的传输时延；步骤7)、建模用户在BS或AP的回程链路传输对应的传输时延；步骤8)、建模用户传输数据速率及限定条件；步骤9)、基于用户总传输时延最小化，确定用户关联及缓存内容分配优化策略。本方法可以有效保障传输性能及用户体验，个性化进行内容缓存，达到用户关联及内容缓存分配最优，实现用户业务总传输时延最小化。

主权项

1.一种异构网络联合用户关联及内容缓存方法，其特征在于：在该方法中，针对包含多个BS(Base Station，蜂窝基站)和多个AP(Access Point，接入点)的异构网络场景，假设各个BS及AP均具有内容缓存的功能，在满足用户业务需求特性条件下，建模用户总传输时延为优化目标，实现联合用户关联及缓存内容分配优化策略；该方法具体包括：步骤1)、建模用户业务需求特性；步骤2)、构建蜂窝基站BS及WLAN接入点AP的内容缓存变量，建模限定条件；步骤3)、建模用户关联变量及限定条件；步骤4)、建模用户总传输时延；步骤5)、建模用户接入BS对应的传输时延；步骤6)、建模用户接入AP对应的传输时延；步骤7)、建模用户在BS或AP的回程链路传输对应的传输时延；步骤8)、建模用户传输数据速率及限定条件；步骤9)、基于用户总传输时延最小化，确定用户关联及缓存内容分配优化策略；在步骤1)中，建模用户业务需求特性，具体为用户内容需求及最小数据速率，令α_jk∈{0,1}表示用户j对内容k的需求变量，α_jk＝1表示用户j需要内容k，反之则不需要，假设每个用户在给定时段只有一个内容需求，则α_jk应满足令表示用户j传输所需内容k所要求的最小数据速率，1≤k≤K，1≤j≤N,其中，K为用户所需的内容数目，N为网络中用户数目；在步骤2)中，假设BS及AP都具有内容缓存的功能，构建BS及AP的内容缓存变量，具体为：令δ_ijk∈{0,1}表示用户j所需内容k在BS_i或AP_i处的缓存状态，δ_ijk＝1表示用户j所需内容k缓存在BS_i或AP_i中，否则，δ_ijk＝0；令L_k为内容k的数据包长度，令K_i表示BS_i或AP_i的缓存器容量，则BS_i或AP_i缓存的内容不能超过其缓存器容量限制，即δ_ijk应满足1≤j≤N，1≤i≤M，其中，M为网络中BS及AP的总数，令M₁表示BS的数目，方便起见，BS表示为AP表示为在步骤3)中，所述建模用户关联变量及限定条件，具体为：x_ijk∈{0,1}表示用户j所需内容k时与BS_i或AP_i的关联标识，x_ijk＝1即表示具有内容k需求的用户j接入BS_i或AP_i，否则，x_ijk＝0，且假设每个用户只能关联一个BS或AP，则在步骤4)中，建模用户总传输时延D为所有用户业务传输时延之和，即其中，D_j为第j个用户业务传输时延；根据公式计算用户j的业务传输时延，其中，D_ijk表示有内容k需求的用户j接入BS_i或AP_i时对应的传输时延；根据公式计算用户的传输时延，其中，表示用户接入BS_i或AP_i对应的传输时延，表示用户在BS或AP的回程链路传输对应的传输时延；在步骤5)中，建模用户接入BS对应的传输时延，即1≤i≤M₁，根据公式计算用户接入BS的传输时延，其中，表示有内容k需求的用户j接入BS_i时对应的传输时延，表示有内容k需求的用户j接入BS_i时的排队时延；建模有内容k需求的用户j接入BSi时对应的传输时延为：其中，1≤i≤M₁，R_ij为接入BS_i的用户j的数据传输速率；建模有内容k需求的用户j接入BS_i时的排队时延为：其中，μ_i及λ_i分别表示BSi的服务速率及业务到达速率；在步骤6)中，建模用户接入AP对应的传输时延，即M₁+1≤i≤M，根据公式计算用户接入AP的传输时延，其中，表示有内容k需求的用户j接入AP_i时对应的传输时延，表示有内容k需求的用户j接入AP_i时的接入时延；建模有内容k需求的用户j接入APi时对应的传输时延为：其中，M₁+1≤i≤M，R_ij为接入AP_i的用户j的数据传输速率；建模有内容k需求的用户j接入AP_i时的接入时延为：其中，及分别表示AP_i一次成功传输的时间及平均信道忙的时间，表示此刻接入AP_i的用户总数，τ_i及σ_i分别表示AP_i的用户传输概率及一个空时隙的持续时间；在步骤8)中，建模用户传输数据速率及限定条件，具体为：根据公式计算用户j与BS_i或AP_i相连时的传输数据速率，其中，B_i表示BS_i或AP_i的带宽，p_i表示BS_i或AP_i的发送功率，g_ij表示用户j与BS_i或AP_i之间的信道增益，σ²表示噪声功率，根据公式可得用户j的数据速率，应满足在步骤9)中，综合考虑用户业务需求、用户关联及缓存内容限定条件，基于用户总传输时延最小化，确定联合用户关联及缓存内容分配优化策略，记