一种网络编码与边缘缓存在链式通信网络的协作方法技术

一种网络编码与边缘缓存在链式通信网络的协作方法，包括：设置包括MEC服务器功能的中继基站RS‑MEC，所述中继基站RS‑MEC工作在半双工模式且能与核心网及若干个周边用户无线通信；所述中继基站RS‑MEC收集周边用户通信的潜在需求，分析出适合所述周边用户的潜在需求文件，并将文件需求发送至核心网，再从所述核心网获取后续需要使用的MEC文件并进行存储；在周边用户需要使用MEC文件时所述中继基站RS‑MEC通过网络编码的方式将所述MEC文件和用户通信的数据包一起发送给用户和/或宏基站BS，使得实时的正常通信与所述MEC文件在不增加信道资源的前提下同时进行。本发明专利技术方法可以顺利解决MEC提前缓存应用在链式通信网络的资源矛盾和时隙问题，提高网络的运作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种网络编码与边缘缓存在链式通信网络的协作方法
涉及无线通信
，涉及到移动蜂窝网中相当常用的中继基站、链式通信网络以及网络编码技术，还涉及MEC(移动边缘缓存，后文可简称MEC或边缘缓存)，特别涉及到一种网络编码与边缘缓存在链式通信网络的协作方法。
技术介绍
“中继”是指一种承载两点间通讯的功能模式，可以将来自上个通信点的信号接收、放大后转达至下一个通信点，在许多不同的行业领域都有各自的应用。在蜂窝网络中，“中继”具体指无线中继站(RelayStation)，也称直放站，是一个双向的射频、同频、宽频带线性放大接力设备。它分别接收和转发来自宏基站和移动台的信号，常用以辅助配合宏基站(BaseStation)解决蜂窝式移动电话通信网中由于地形或人为障碍物引起的阴影区、盲区、死角和隧道中的通信，提升移动台(MobileStation)的通信质量。中继蜂窝网是将中继技术、多跳结构与传统蜂窝网络融合的产物。在传统的蜂窝网络架构中引入中继基站，并且使用多跳链路，移动终端可以经过一个或多个中继站与基站相连，从而增强小区覆盖，提高吞吐量，对抗了信道衰落。蜂窝网中继由于功能上接近于宏基站，但是造价成本上低于宏基站，同时极具灵活性，因此在如今的蜂窝网中被大量使用。具体的使用意义包含：(1)用于提升小区边缘用户的通信性能，(2)用于增加系统容量，(3)扩展小区覆盖范围，(4)消除小区中的覆盖盲点，(5)提供建筑物、隧道和地下通信场所的通信覆盖，(6)提供临时性的应急通信。中继基站在如今的蜂窝网中是相当常见的基站，由于它特有的优势，因此可以灵活地与其他网络技术协作结合，以此来实现更多更高效的通信方案。参见图1所示，链式通信网络是多跳传输模型的一种，该网络模型中S1与S2之间由于通信距离彼此无法直接通信必须借助中间N个中继节点依次进行数据交互才可完成通信，为了方便研究可将各节点的排列简化为一条之间，从而形成链式的拓扑结构。链式传输的网络模型，通常是为了满足S1与S2之间的数据交互，中间的中继节点是为了完成S节点间的数据包交互而依次进行接收、转发。链式传输网络的工作示意图参见图2所示。如上，S1处有{1,2,3,4，…，n}个数据包需要传输至S2处，由于S1与S2彼此无法直接通信，需要借助中间的3个中继基站RS1，RS2，RS3以链式传输的方式进行通信。图中的每一行代表一个时隙，该场景的工作动态按图中时隙顺序从上至下进行。此模型中的每个基站在接收了来自上一级设备的数据包后在下一时隙以无线广播的方式发送数据包，各设备以此模式有序、反复地进行，从而在若干时隙后将S1的数据包依次完整传输至S2。这就是链式传输网络的基础工作模式，但是以实际的角度出发该模型通信效率较低，需要花费大量的时间成本、能耗成本才能完成若干数据包的交互，因此值得我们去探索将新的技术应用到该场景中从而提升链式传输网络的通信效率。网络编码是近年来兴起的研究热点。传统的编码思想集中于信源端，或者说编码的主要工作是由信源承担的。而网络编码的核心思想是允许网络中间节点对不同的信息流进行重新编码，成为一路信息流，该理论打破了独立不相关比特信息无法再进行压缩的理论局限，也可以认为网络编码是把传统的存储转发的路由技术更一般化。网络编码是在网络中的各个节点上，对各条信道上收到的信息进行线性或者非线性的处理，然后转发给下游节点，中间节点扮演着编码器或信号处理器的角色。传统的通信网络节点传送数据的方式是存储转发，即除了数据的发送节点和接收节点以外的节点只负责路由，而不对数据内容做任何处理，中间节点扮演着转发器的角色，网络编码则转变了传统节点的角色，在节点上对数据进行编码、处理，是提高网络吞吐量、鲁棒性和安全性的有效方法，目前在无线网络、P2P系统、分布式文件存储和网络安全等领域发展结合应用。下面以一个网络编码典型例子对其基本思想进行介绍。参见图3所示为单源两宿的多播网络。假设从A发送两个信息流u1,u2到信宿端F和G，每条点到点的链路都是无差错的，且最大容量都是‘1’。为了实现多播，传统的路由机制参见图4所示，其中虚线表示对信息流u1的传递，实线表示对信息流u2的传递。可以看出从D到E的链路使用了两次，受到了D到E的链路容量的限制，即“网络瓶颈”。如果采用网络编码，重新设计路由策略。参见图5所示，节点D对u1、u2两路信息流进行融合并将融合之后的信息流发送出去。信宿端F收到及u1之后，通过计算以获得u2；同理信宿端G也可获得u1。这样一来，对D到E的链路就减少了一个信息流的传输，很好的避开了D和E之间的链路瓶颈。从这个例子中可以看到，如果不在D节点进行网络编码的路由传送，必然要进行排队存储的传统路由发送，则信宿端平均每个时隙内只能接收1.5个信息流。进行网络编码后，整个网络的吞吐量也得到了提升，每个信宿端可以同时接收到2个信息流。以上提及的方案是网络编码中最简单、高效的方案，但是实际网络编码最基础的思想是对收到的数据包按照一定的映射规则在伽罗华域上进行线性方程的编码运算，将原始的数据包经过编码之后转发的则是编码结果以及编码系数向量。当信宿节点接收到足够多线性不相关的编码向量后，即可在伽罗华域上完成逆运算并且通过映射返回得到原始的数据。从目前的研究成果来看，网络编码的优势包含：(1)提高网络吞吐量，(2)均衡网络负载，(3)提高带宽利用率，(4)提升网络鲁棒性。网络编码可以给网络整体的运作效率带来极大的提升，由于其在一定程度上会增加网络的工作量、增加运算复杂度并且带来更大的开销因此近年来还未得到非常广泛的落地应用，相当多学者仍在研究如何更好地、便捷高效地将网络编码技术落地实现。示例中网络编码的“异或”方案实际是线性方程编码最简化的一种方案，虽然其在整体庞大的网络环境中具有应用的局限性，但是在独立的部分模型中具有相当高的便捷性、高效性、可行性，因此非常适合与其他网络技术结合产生新得、高效的通信方案。移动边缘计算(MEC:MobileEdgeComputing)则是为了迎接5G时代的到在2014年被欧洲电信标准化协会ETSI提出的一种新型网络通信方案。5G时代的到来会导致网络通信将再一次革新，它必将是一个更快、更高效、更人性化、更智能化的时代，MEC则是为了解决云端服务带来的带宽不足和高时延等问题而被提出，MEC服务器通过对就近用户进行内容感知及提前缓存，可以提高网络性能，减轻核心网压力，同时给用户带来更高效、更智能的网络服务。移动边缘计算MEC，可将网络的部分热点内容、智能计算功能下载至靠近终端用户的边缘。从而提高终端用户访问网络内容的效率，减少传统通信网络的负担，带来更加高效化、人性化的服务，可以归纳为如下三点优势：·低时延、高带宽；由于缓存的内容在边缘接近用户，因此减少了网络资源的频繁占用，并一定程度减少了响应时延，提高了网络实时的反应能力，这是MEC最突出的特点。·网络信息上下文智能感知；过去的通信链路常称为“哑管道”，而之后由MEC支持的通信链路可以获取诸如位置信息等许多用户信息，同时在运营商的方面也可以获取通信参数，这为后续的大数据应用提供了基础。·网络信息计算管理；MEC服务器将布置在相应的移动基站，可以针对获取的用户信息进行分析计算，对网络内容进行智能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种网络编码与边缘缓存在链式通信网络的协作方法，其特征在于，包括：在链式通信网络中设置包括MEC服务器功能的中继基站RS‑MEC，所述中继基站RS‑MEC工作在半双工模式且能与核心网及若干个周边用户无线通信；所述中继基站RS‑MEC收集周边用户通信的潜在需求，分析出适合所述周边用户的潜在需求文件，并将文件需求发送至核心网，再从所述核心网获取后续需要使用的MEC文件并进行存储；在周边用户需要使用MEC文件时所述中继基站RS‑MEC通过网络编码的方式将所述MEC文件和用户通信的数据包一起发送给用户和/或宏基站BS，使得实时的正常通信与所述MEC文件在不增加信道资源的前提下同时进行。

【技术特征摘要】
1.一种网络编码与边缘缓存在链式通信网络的协作方法，其特征在于，包括：在链式通信网络中设置包括MEC服务器功能的中继基站RS-MEC，所述中继基站RS-MEC工作在半双工模式且能与核心网及若干个周边用户无线通信；所述中继基站RS-MEC收集周边用户通信的潜在需求，分析出适合所述周边用户的潜在需求文件，并将文件需求发送至核心网，再从所述核心网获取后续需要使用的MEC文件并进行存储；在周边用户需要使用MEC文件时所述中继基站RS-MEC通过网络编码的方式将所述MEC文件和用户通信的数据包一起发送给用户和/或宏基站BS，使得实时的正常通信与所述MEC文件在不增加信道资源的前提下同时进行。2.根据权利要求1所述的一种网络编码与边缘缓存在链式通信网络的协作方法，其特征在于，用户与所述中继基站RS-MEC中间还设置有一个或多个具有网络编/解码功能的中继基站RS。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄联芬，何维晟，高志斌，陈琳然，饶慧婷，苏毓涵，程志鹏，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35