一种基于异构联合缓存的网络资源分配方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于异构联合缓存的网络资源分配方法及装置。所述方法包括：在基于移动边缘缓存的异构联合网络中，基站缓存和D2D缓存同时存在，通过基站处MEC服务器缓存所有数据，通过用户设备缓存部分数据；当收到用户的数据请求时，根据所述异构联合网络的吞吐量约束条件、干扰约束层级、频谱因子以及功率要求，对数据传输节点进行功率分配和频谱分配，以使所述异构联合网络的整体目标效益最大。本发明专利技术将MEC服务器部署在更接近于传统的基站设施附近，用户之间使用D2D缓存模式协调数据资源，根据网络情况进行不同模式的选择，从而对网络资源进行分配管理，使得异构系统兼具基站缓存和D2D缓存的优越性，同时整体目标效益最大。

【技术实现步骤摘要】
一种基于异构联合缓存的网络资源分配方法和装置
本专利技术涉及网络资源分配领域，更具体地，涉及一种基于异构联合缓存的网络资源分配方法和装置。
技术介绍
随着智能手机的发展，业务类型多种多样，尤其是数据业务占比越来越大。在5G网络中，用户对于数据业务的需求产生了新的变化，用户需求的数据容量越来越大，比如虚拟现实，同时也需要低时延的数据传输来保证实时性。基站与核心网之间的回程链路由于受到链路带宽的限制，非常不利于大容量低时延的数据传输。在下一代无线网络中，移动边缘缓存(mobileedgecaching，MEC)被认为是一种很有前途的技术。移动边缘缓存的主要思想是在网络边缘，无论是在基站处或用户设备处预先缓存视频内容，以使缓存内容更接近用户。通过视频的缓存，用户可以从相邻的边缘服务器获得缓存内容，而不是远程的云服务器，以满足快速传输数据信息的需求，从而随时随地为移动设备提供数据服务。。通过基站缓存缩短了无线传输距离，降低了传输时延，与传统的内容分发网络相比，大大提高了用户的服务质量。D2D缓存可以从邻近设备上的获得缓存内容，从而节省大量的空口带宽和能源消耗，而且还可以利用资源丰富的用户设备来满足实时交互和低延迟传输的需要。通过基站缓存，我们可以减少回程流量并提高能效和频谱效率，通过D2D缓存可以增加传输增益和提高网络的可扩展性。D2D缓存是基站缓存的有力补充。然而，如何对基站缓存和D2D缓存进行网络频谱资源和功率资源的分配，使系统效益最大，仍然是需要研究的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于异构联合缓存的网络资源分配方法和装置。根据本专利技术的一个方面，提供一种基于异构联合缓存的网络资源分配方法，包括：在基于移动边缘缓存的异构联合网络中，基站缓存和D2D缓存同时存在，通过基站处MEC服务器缓存所有数据，通过用户设备缓存部分数据；当收到用户的数据请求时，根据所述异构联合网络的吞吐量约束条件、干扰约束层级、频谱因子以及功率要求，对数据传输节点进行功率分配和频谱分配，以使所述异构联合网络的整体目标效益最大，所述数据传输节点包括MEC服务器和用户设备。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种基于异构联合缓存的网络资源分配装置，包括：数据存储模块，用于在基于移动边缘缓存的异构联合网络中，基站缓存和D2D缓存同时存在，通过基站处MEC服务器缓存所有数据，通过用户设备缓存部分数据；以及资源分配模块，用于当收到用户的数据请求时，根据所述异构联合网络的吞吐量约束条件、干扰约束层级、频谱因子以及功率要求，对数据传输节点进行功率分配和频谱分配，以使所述异构联合网络的整体目标效益最大，所述数据传输节点包括MEC服务器和用户设备。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行本专利技术基于异构联合缓存的网络资源分配方法及其任一可选实施例的方法。根据本专利技术的另一个方面，提供一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行本专利技术基于异构联合缓存的网络资源分配方法及其任一可选实施例的方法。本专利技术提出一种基于异构联合缓存的网络资源分配方法，将MEC服务器结构部署在更接近于传统的基站设施附近，用户之间使用D2D缓存模式协调数据资源，两种模式一起运行，根据网络情况进行不同模式的选择，从而对网络的频谱资源和功率资源进行分配管理，使得异构系统兼具基站缓存和D2D缓存的优越性，利用两种缓存方式的优势，完成缓存数据的传输，提高了系统性能和用户体验，并使得系统整体目标效益最大。附图说明图1为本专利技术实施例一种基于异构联合缓存的网络资源分配方法流程示意图；图2为本专利技术实施例一种电子设备的框架示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1为本专利技术实施例一种基于异构联合缓存的网络资源分配方法流程示意图，如图1所示的基于异构联合缓存的网络资源分配方法，包括：S100，在基于移动边缘缓存的异构联合网络中，基站缓存和D2D缓存同时存在，通过基站处MEC服务器缓存所有数据，通过用户设备缓存部分数据；本专利技术实施例将MEC服务器结构部署在更接近于传统的基站设施附近，用户之间使用D2D缓存模式协调数据资源，两种模式一起运行，根据网络情况进行不同模式的选择。S200，当收到用户的数据请求时，根据所述异构联合网络的吞吐量约束条件、干扰约束层级、频谱因子以及功率要求，对数据传输节点进行功率分配和频谱分配，以使所述异构联合网络的整体目标效益最大，所述数据传输节点包括MEC服务器和用户设备。基于步骤S100，本专利技术实施例提供一种基于基站缓存和D2D缓存的异构联合资源分配架构，包括：本专利技术实施例的资源分配架包括缓存模块，所述缓存模块包含数据资源缓存子模块和数据请求子模块，所述数据资源缓存子模块用于缓存所有的数据资源，包括数据资源、图像资源等等；所述数据请求子模块用于缓存用户对数据资源的请求信息。其中，MEC服务器缓存用户请求的所有数据资源的内容，以提供低延迟的移动数据服务。同时，用户设备还缓存了一部分的数据资源内容，可以帮助请求相应数据内容的用户快速的获取数据。本专利技术实施例的用户可分为两组，即请求者和合作者，请求者要求数据内容，合作者提供缓存数据的服务。据资源缓存子模块获取MEC服务器和合作者用户处的缓存数据信息。数据请求子模块获取请求者用户的请求信息。建立用户之间、用户与基站之间链路传输集合，以实现异构联合资源分配架构。基于步骤S200，本专利技术实施例在进行资源分配时，提出一种基于异构联合数据缓存的效用函数体系，包括：请求者的效益函数、合作者效益函数和基站处的效益函数。下面分别介绍。请求者的效益函数：请求者向它请求的D2D合作者和基站付费来得到传输服务，对于请求者pi，它的效益函数可以定义为它得到的传输数据吞吐量的收益与它向合作者和基站支付费用之差，用公式表示为：其中，表示请求者得到的单位比特吞吐量带来的收益，δi,j表示请求者向合作者支付的单位比特费用，δi,0表示请求者向基站支付的单位比特费用，表示请求者pi接收到数据v的缓存数据容量，表示用户与其他用户连接获得缓存数据容量，表示用户与基站连接获得缓存数据容量，这里δi,0＝αδi,j。α表示基站缓存与合作者缓存单位比特数据需要支付的费用比。其中，用lD,i表示用户与其他用户连接，lB,i表示用户与基站连接，在这里lD,i＝1，lB,i＝1。假设系统内有V个缓存数据，每个缓存数据的大小为sv。基站处缓存有缓存数据v，则bv＝1，基站处的MEC缓存有所有的数据，所以bv＝1,v＝1,...,V。合作者hj缓存有第v个数据，则dv,j＝1。为第一信道因子，表示请求者pi和基站是否通过信道m连接，如果连接，否则当用户选择D2D连接来传输缓存数据时，为第二信道因子，表示请求者pi和合作者hj是否通过信道m连接，如果连接，否则请求者pi和基站之间连接时，传输数据的速率为请求者pi和合作者hj之间连接时，传输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于异构联合缓存的网络资源分配方法，其特征在于，包括：在基于移动边缘缓存的异构联合网络中，基站缓存和D2D缓存同时存在，通过基站处MEC服务器缓存所有数据，通过用户设备缓存部分数据；当收到用户的数据请求时，根据所述异构联合网络的吞吐量约束条件、干扰约束层级、频谱因子以及功率要求，对数据传输节点进行功率分配和频谱分配，以使所述异构联合网络的整体目标效益最大，所述数据传输节点包括MEC服务器和用户设备。

【技术特征摘要】
1.一种基于异构联合缓存的网络资源分配方法，其特征在于，包括：在基于移动边缘缓存的异构联合网络中，基站缓存和D2D缓存同时存在，通过基站处MEC服务器缓存所有数据，通过用户设备缓存部分数据；当收到用户的数据请求时，根据所述异构联合网络的吞吐量约束条件、干扰约束层级、频谱因子以及功率要求，对数据传输节点进行功率分配和频谱分配，以使所述异构联合网络的整体目标效益最大，所述数据传输节点包括MEC服务器和用户设备。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述异构联合网络的吞吐量约束条件、干扰约束层级、频谱因子以及功率要求，对数据传输节点进行功率分配和频谱分配，以使所述异构联合网络的整体目标效益最大，具体包括：将所述异构联合网络的整体目标效益的问题转换为凸优化问题，将所述异构联合网络的吞吐量约束条件、干扰约束层级、频谱因子以及功率要求作为所述凸优化问题的约束条件；根据所述凸优化问题的约束条件对所述凸优化问题进行求解，获得目标频谱因子和目标功率参数；根据所述目标频谱因子和目标功率参数对所述数据传输节点进行功率分配和频谱分配。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述异构联合网络的整体目标效益，通过下述整体目标函数P1表示：s.t.其中，M表示信道集合，I表示请求者集合，J表示合作者集合，GMEC为MEC控制器的效益函数，G0为基站的效益函数，Gj为合作者的效益函数，为用户与基站连接获得缓存数据容量，为用户与其他用户连接获得缓存数据容量，δi,0为请求者向基站支付的单位比特费用，δi,j为请求者向合作者支付的单位比特费用，θD为合作者与系统达成的资源使用价格，为请求者从系统处购买资源的花销，为请求者从基站处购买资源的花销，为第一信道因子，表示请求者pi和基站是否通过信道m连接；为第二信道因子，表示请求者pi和合作者hj是否通过信道m连接；为请求者pi选择基站连接来传输缓存数据时，pi的信干噪比；为请求者pi选择D2D连接来传输缓存数据时，pi的信干噪比；为请求者pi和基站连接时pi的传输功率，为请求者pi和合作者hj连接时pi的传输功率，dv,j为合作者hj处的缓存数据情况，如合作者hj处缓存有第v个数据，则dv,j＝1；B为每个信道的带宽，为基站资源和D2D资源之间的比重；为基站占用m-th信道时单位功率的信号噪声比率，为合作者hj占用m-th信道时单位功率的信号噪声比率；在联合数据传输中，缓存数据采用分段传输，βD表示通过D2D方式传输的数据比例，为数据v的传输速率阈值，其中表示请求者pi请求缓存第v个数据，Tave是平均传输时间，为基站使用m-th信道传输数据信息时请求者pi受到的同信道干扰，为合作者hj使用m-th信道传输数据信息时请求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莹，刘远飞，孙瑞锦，赵俊伟，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11