基于边缘缓存的云无线接入网络中用户设备关联方法技术

一种基于边缘缓存的云无线接入网络中用户设备关联方法，包括：根据系统中无线射频单元的地理位置划分不同的簇；基于文件的流行度信息，将文件缓存到簇内的无线射频单元中；基于簇内用户设备到簇内各无线射频单元的距离，确定簇内用户设备与无线射频单元之间的预关联关系；基于与预关联的无线射频单元之间的大尺度衰落系数信息，为簇内的每个用户设备选出备选无线射频单元；基于备选无线射频单元的文件缓存与用户设备预申请文件的信息，将簇内用户设备关联至对应的无线射频单元；根据无线射频单元的关联用户设备数及时延和能耗的信息，对簇内用户设备与无线射频单元之间的关联关系进行调整。上述的方案，可以缩短系统的总任务传输时延，降低系统能耗。

User device association in cloud wireless access network based on edge caching

A method of user device association in cloud wireless access network based on edge caching includes: dividing different clusters according to the location of radio frequency units in the system; caching files into radio frequency units in the cluster based on the popularity information of files; determining user devices and radio frequency units in the cluster based on the distance between user devices in the cluster and each radio frequency unit in the cluster Based on the large-scale fading coefficient information between the pre associated radio frequency units, an alternative radio frequency unit is selected for each user device in the cluster; based on the information of the file cache of the alternative radio frequency unit and the pre application file of the user device, the user device in the cluster is associated with the corresponding radio frequency unit; according to the close of the radio frequency unit The number of user devices, delay and energy consumption information are combined to adjust the association between user devices and radio frequency units in the cluster. The above scheme can shorten the total task transmission delay and reduce the energy consumption of the system.

【技术实现步骤摘要】
基于边缘缓存的云无线接入网络中用户设备关联方法
本专利技术属于通信
，特别是涉及一种基于边缘缓存的云无线接入网络中用户设备关联方法。
技术介绍
随着第五代移动通信系统(5G)和物联网技术的快速发展，无线接入设备得到了迅猛地发展，随之而来的传输数据量也得到了爆炸式地增长。云无线接入网络(CloudRadioAccessNetwork，C-RAN)被看作是一种新颖的网络架构，在抑制干扰、减小能量消耗和为无线网络分配资源等方面有着显著的优势。随着接入用户设备数的增多，而每个无线射频单元的天线数量限制着接入的用户设备数量，且每个无线射频单元的缓存策略也对系统性能的提升产生很大影响，如何缩短总任务的传输时延并降低系统能耗成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是如何将用户设备关联至无线射频单元，以缩短系统的总任务传输时延，降低系统能耗。为了达到上述目的，本专利技术提供一种基于边缘缓存的云无线接入网络中用户设备关联方法，所述方法包括：根据系统中无线射频单元的地理位置划分不同的簇；基于文件的流行度信息，将文件缓存到簇内的无线射频单元中；基于簇内用户设备到簇内各无线射频单元的距离的信息，确定簇内用户设备与无线射频单元之间的预关联关系；基于与预关联的无线射频单元之间的大尺度衰落系数信息，为簇内的每个用户设备选出备选无线射频单元；基于备选无线射频单元的文件缓存与用户设备预申请文件的信息，将簇内用户设备重新关联至对应的无线射频单元；根据无线射频单元的关联用户设备数及时延和能耗的信息，对簇内用户设备与无线射频单元之间的关联关系进行调整。可选地，所述基于文件的流行度信息，将文件缓存到簇内的无线射频单元中，包括：基于齐夫分布，为每个文件设置对应的流行度信息；取出流行度最大的3L个文件，并以轮询的方式将所述3L个文件按照流行度分配给簇内相邻的三个无线射频单元进行缓存。可选地，所述基于簇内用户设备到簇内各无线射频单元的距离的信息，确定簇内用户设备与无线射频单元之间的预关联关系，包括：获取簇内所有用户设备与无线射频单元的天线之间的距离；将距离最小值对应的用户设备关联到与所述用户设备之间的距离为所述距离最小值的无线射频单元上，并将该用户设备到所有无线射频单元之间的距离设为无穷大；若某一时刻关联到簇内一无线射频单元的用户设备数等于该无线射频单元的天线数时，设置所有用户设备到此无线射频单元的距离为无穷大，直至所有用户设备均被关联完毕。可选地，所述基于与预关联的无线射频单元之间的大尺度衰落系数信息，为簇内的每个用户设备选出备选无线射频单元，包括：获取簇内用户设备与无线射频单元之间的距离；将簇内大于与用户设备距离最近的无线射频单元与该用户设备之间的大尺度衰落系数的倍距离的无线射频单元，作为所述用户设备的备选无线射频单元。可选地，采用如下的公式计算得到：其中，为的最小值，dcmcu为用户设备与距离用户设备最近的无线射频单元之间的距离，rc为簇c的半径。可选地，所述基于备选无线射频单元的文件缓存与用户设备预申请文件的信息，将簇内用户设备重新关联至对应的无线射频单元，包括：从对应的备选无线射频单元中选出已有缓存该用户设备预申请文件的无线射频单元；当未选出对应的无线射频单元时，将用户设备的关联关系保持不变；若选出的无线射频单元为一个时，将用户设备与选出的一个无线射频单元关联；若选出的无线射频单元为两个以上时，将用户设备与选出的无线射频单元中距离最近的无线射频单元关联。可选地，所述根据无线射频单元的关联用户设备数及时延和能耗的信息，对簇内用户设备与无线射频单元之间的关联关系进行调整，包括：计算出在未关闭预关闭无线射频单元之前用户设备关联情况下的系统性能目标函数值；将关联用户设备数小于预设的数量阈值UTH且关联用户设备数最小的无线射频单元预关闭，并从距离被预关闭的无线射频单元最近的用户设备开始，将被预关闭的无线射频单元关联的用户设备优先关联到缓存其申请文件的备选无线射频单元中；若关联用户设备数小于所述数量阈值UTH且关联用户设备数最小的无线射频单元存在两个以上，则先预关闭与所有被关联用户设备之间距离之和最大的无线射频单元；将被预关闭的无线射频单元上关联的用户设备重新关联到缓存其申请文件且距离最近的备选无线射频单元上；当所有备选的无线射频单元未缓存用户设备所申请文件时，则将该用户设备关联到距离最近的无线射频单元上；计算出在无线射频单元预关闭后用户设备关联情况下的系统性能目标函数值；若确定预关闭后的系统性能目标函数值小于或等于预关闭前的系统性能目标函数值，则关闭对应的无线射频单元，并将系统性能目标函数值更新为关闭后的系统性能目标函数值，否则，不关闭对应的无线射频单元；将与该预关闭的无线射频单元关联的用户设备数设置为无穷大；从所述将关联用户设备数小于所述数量阈值UTH且关联用户设备数最小的无线射频单元关闭，并从距离被关闭的无线射频单元距离最近的用户设备开始，将被关闭的无线射频单元关联的用户设备优先关联到缓存其申请文件的备选无线射频单元中重新开始执行，直到所有无线射频单元关联的用户设备数不小于UTH或者存在关联用户设备数小于UTH的无线射频单元但将其关闭后不满足hc'≤hc的情况。可选地，采用如下的公式计算得到系统性能目标函数值：且：其中，h表示系统性能目标函数值，U表示整个系统的用户设备数，u表示簇c中用户设备的位序，Uc表示簇c中随机分布的单天线用户设备的集合，Tcu表示用户设备得到文件的总时延，表示簇c中用户设备所申请文件的传输时延，表示无线射频单元中缓存有文件l，表示无线射频单元中未缓存文件l，表示用户设备申请了文件l，表示用户设备未申请文件l，t0表示服务器处理每个文件的计算时延，表示用户设备申请了文件l，Dl表示文件l的比特数，表示表示无线射频单元与用户设备之间的关联关系，表示用户设备被关联到无线射频单元上，表示用户设备未被关联到无线射频单元上，γcu表示用户设备的接收信干噪比，Rc表示第c个簇随机分布的多天线无线射频单元的集合，F表示文件服务器中存储的文件集合，B表示系统带宽，Pc表示簇c总的功率损耗，p为天线的发送功率，PFIX表示簇c中固定的电路损耗，n表示每个无线射频单元的天线数，PRRH表示每个无线射频单元运行内部射频组件的电源，表示回程链路的功耗，P0为每个回程链路的固定功耗部分，Rcm为数据传输的总速率，PBT是传输一个比特所消耗的功率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：上述的方案，通过根据系统中无线射频单元的地理位置划分不同的簇，基于文件的流行度信息，将文件缓存到簇内的无线射频单元中，基于簇内用户设备到簇内各无线射频单元的距离的信息，确定簇内用户设备与无线射频单元之间的预关联关系，基于与预关联的无线射频单元之间的大尺度衰落系数信息，为簇内的每个用户设备选出备选无线射频单元，基于备选无线射频单元的文件缓存与用户设备预申请文件的信息，将簇内用户设备重新关联至对应的无线射频单元，根据无线射频单元的关联用户设备数及时延和能耗的信息，对簇内用户设备与无线射频单元之间的关联关系进行调整，在每个簇中各个无线射频单元缓存策略给定的情况下，考虑“系统平均时延最小和系统能耗最小”原则，将每个簇中的各用户设备关联到簇中的各无线射频单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于边缘缓存的云无线接入网络中用户设备关联方法，其特征在于，包括：根据系统中无线射频单元的地理位置划分不同的簇；基于文件的流行度信息，将文件缓存到簇内的无线射频单元中；基于簇内用户设备到簇内各无线射频单元的距离的信息，确定簇内用户设备与无线射频单元之间的预关联关系；基于与预关联的无线射频单元之间的大尺度衰落系数信息，为簇内的每个用户设备选出备选无线射频单元；基于备选无线射频单元的文件缓存与用户设备预申请文件的信息，将簇内用户设备重新关联至对应的无线射频单元；根据无线射频单元的关联用户设备数及时延和能耗的信息，对簇内用户设备与无线射频单元之间的关联关系进行调整。

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘缓存的云无线接入网络中用户设备关联方法，其特征在于，包括：根据系统中无线射频单元的地理位置划分不同的簇；基于文件的流行度信息，将文件缓存到簇内的无线射频单元中；基于簇内用户设备到簇内各无线射频单元的距离的信息，确定簇内用户设备与无线射频单元之间的预关联关系；基于与预关联的无线射频单元之间的大尺度衰落系数信息，为簇内的每个用户设备选出备选无线射频单元；基于备选无线射频单元的文件缓存与用户设备预申请文件的信息，将簇内用户设备重新关联至对应的无线射频单元；根据无线射频单元的关联用户设备数及时延和能耗的信息，对簇内用户设备与无线射频单元之间的关联关系进行调整。2.根据权利要求1所述的基于边缘缓存的云无线接入网络中用户设备关联方法，其特征在于，所述基于文件的流行度信息，将文件缓存到簇内的无线射频单元中，包括：基于齐夫分布，为每个文件设置对应的流行度信息；取出流行度最大的3L个文件，并以轮询的方式将所述3L个文件按照流行度分配给簇内相邻的三个无线射频单元进行缓存。3.根据权利要求1所述的基于边缘缓存的云无线接入网络中用户设备关联方法，其特征在于，所述基于簇内用户设备到簇内各无线射频单元的距离的信息，确定簇内用户设备与无线射频单元之间的预关联关系，包括：获取簇内所有用户设备与无线射频单元的天线之间的距离；将距离最小值对应的用户设备关联到与所述用户设备之间的距离为所述距离最小值的无线射频单元上，并将该用户设备到所有无线射频单元之间的距离设为无穷大；若某一时刻关联到簇内一无线射频单元的用户设备数等于该无线射频单元的天线数时，设置所有用户设备到此无线射频单元的距离为无穷大，直至所有用户设备均被关联完毕。4.根据权利要求1所述的基于边缘缓存的云无线接入网络中用户设备关联方法，其特征在于，所述基于与预关联的无线射频单元之间的大尺度衰落系数信息，为簇内的每个用户设备选出备选无线射频单元，包括：获取簇内用户设备与无线射频单元之间的距离；将簇内大于与用户设备距离最近的无线射频单元与该用户设备之间的大尺度衰落系数的倍距离的无线射频单元，作为所述用户设备的备选无线射频单元。5.根据权利要求4所述的基于边缘缓存的云无线接入网络中用户设备关联方法，其特征在于，采用如下的公式计算得到：其中，为的最小值，dcmcu为用户设备与距离用户设备最近的无线射频单元之间的距离，rc为簇c的半径。6.根据权利要求1所述的基于边缘缓存的云无线接入网络中用户设备关联方法，其特征在于，所述基于备选无线射频单元的文件缓存与用户设备预申请文件的信息，将簇内用户设备重新关联至对应的无线射频单元，包括：从对应的备选无线射频单元中选出已有缓存该用户设备预申请文件的无线射频单元；当未选出对应的无线射频单元时，将用户设备的关联关系保持不变；若选出的无线射频单元为一个时，将用户设备与选出的一个无线射频单元关联；若选出的无线射频单元为两个以上时，将用户设备与选出的无线射频单元中距离最近的无线射频单元关联。7.根据权利要求1所述的基于边缘缓存的云无线接入...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，徐亚超，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32