基于缓存流行内容的蜂窝下行链路网络能效优化系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108093435A(43)申请公布日2018.05.29(21)申请号201711361320.X(22)申请日2017.12.18(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人嵇介曲朱琨王然代陈(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)32249代理人张婷婷(51)Int.Cl.H04W28/02(2009.01)H04W28/06(2009.01)H04L29/08(2006.01)H04W28/08(2009.01)H04W52/02(2009.01)权利要求书3页说明书10页附图3页(54)发明名称基于缓存流行内容的蜂窝下行链路网络能效优化系统及方法(57)摘要本发明公开了一种基于缓存流行内容的蜂窝下行链路网络能效优化系统及方法，采用分布式缓存方法将流行度不同的内容缓存在基站，蜂窝网络分为SGW、BS、UE。SGW缓存BS请求的文件，各BS有可缓存Nc个内容的缓存设备，通过容量为Cbh的回程链路与SGW相连，当用户请求的文件缓存在本地基站，基站直接获取该文件传输给用户；否则通过回程链路从SGW中获取该文件传输给用户。流行内容是在时间T0内用户请求次数较多的内容，下行链路能效增益是整个下行链路网络中发送的比特数与消耗的功率的比率。分布式缓存是4个相邻的基站缓存不同的内容，每个用户请求内容时，选择缓存该内容的最近的基站相连接，这种方法减少了基站内容的冗余，同时增加缓存命中率。CN108093435ACN108093435A权利要求书1/3页1.一种基于缓存流行内容的蜂窝下行链路网络能效优化系统，其特征在于：蜂窝下行链路网络中，根据内容流行程度将内容进行分级，并采用分布式缓存策略把不同内容存放在不同基站的高速缓存中；蜂窝下行链路网络分为三层：核心网络即SGW、基站即BS、用户即UE，SGW缓存所有BS请求的文件，每个BS有能缓存Nc个内容的缓存设备，通过容量为Cbh的回程链路与SGW相连，通过无线链路与UE相连；所述的根据内容流行程度将内容进行分级，即根据移动用户对内容的请求频率、访问次数和内容更新的时间，对内容进行流行程度分析，划分为不同的流行程度级别。2.根据权利要求1所述的基于缓存流行内容的蜂窝下行链路网络能效优化系统的方法，其特征在于：当用户请求的文件缓存在本地基站中，则基站从缓存设备中直接获取该文件传输给用户，称为缓存命中用户；否则，基站将通过回程链路从SGW中获取该文件然后传输给用户，称为缓存未命中用户；所述本地基站是指每个用户与最近的基站相连接；通过传输过程中涉及的若干参数，对下行链路能效增益进行优化，所述的下行链路能效增益是指发送的比特数与消耗的功率的比率，所述参数包括：总的内容目录Ff、用户请求内容的缓存命中率H、用户请求内容的平均吞吐量R、基于用户分布的基站休眠率Ps、回程链路产生的功率消耗P4、缓存流行内容的功率消耗P3、休眠和活跃模式下基站的平均电路功耗为Pt、休眠和活跃模式下基站的平均发射功耗Pc；引入缓存容量η＝Nc/Ff，具体包括以下步骤：步骤1：根据用户的泊松点过程的分布，估算每个小区用户数；步骤2：根据Zipf-link分布实现流行度分布；步骤3：根据内容流行度分布，考虑用户请求内容的缓存命中率H；步骤4：设计一个分布式缓存策略，提高缓存命中率H；步骤5：根据用户的泊松分布，设计各个基站的休眠模式；步骤6：根据内容流行度分布，考虑用户请求内容的平均吞吐量R；步骤7：讨论休眠和活跃模式下基站的平均电路功耗Pt，休眠和活跃模式下基站的平均发射功耗Pc；步骤8：根据缓存设备和回程设备，计算缓存流行内容的功率消耗P3和回程链路产生的功率消耗P4；步骤9：优化缓存容量，实现最佳缓存容量下的最大能效，平均总功耗为所述的下行链路能效增益相当于网络平均吞吐量R与基站平均总功耗的比率：求解并优化问题maxη∈(0,1)EE(η)，η表示缓存容量；当η＝η0时，能量效益最大。3.根据权利要求2所述的基于缓存流行内容的蜂窝下行链路网络能效优化系统的方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：对内容进行流行度分级，缓存流行的内容，采取Zipf-like分布模型，定义内容流行度为：2CN108093435A权利要求书2/3页其中，Ff＝{1,…,Ff}代表的是整个内容目录，f表示用户请求第f个内容，δ的值在0.5-1.0之间；所述步骤3的具体方法为：根据内容流行度的分布模型，定义缓存命中率为：其中表示缓存容量，Nc是每个基站缓存的大小，Ff＝{1,…,Ff}代表的是整个内容目录，f表示用户请求第f个内容，δ的值在0.5-1.0之间。4.根据权利要求2所述的基于缓存流行内容的蜂窝下行链路