边缘缓存中数据分发方法及装置制造方法及图纸

为缓解应急通信场景中局部流量激增带来的网络压力，本发明专利技术实施例提供一种边缘缓存中数据分发方法及装置，保证多业务并发时高谱效低延时的数据分发，所述方法包括：根据边缘节点所存储的数据分发方式，即直传或中继，将终端用户划分为多个NOMA组，每一个NOMA组包括一个直传用户与一个中继用户；根据直传用户与中继用户到边缘节点的信道条件不同，将多个NOMA组划分为两类，第一类别直传用户信道条件较好，第二类别反之；确定第一类别的NOMA组和第二类别的NOMA组成功分发概率；以最大化网络整体的成功分发概率为目标，优化边缘节点的发送功率和频谱资源分配。本发明专利技术可高效满足多用户对数据的需求，提升数据成功分发的概率。

【技术实现步骤摘要】
边缘缓存中数据分发方法及装置
本专利技术涉及通信
，更具体地，涉及一种边缘缓存中数据分发方法及装置。
技术介绍
在应急通信中，可能存在由于地区人员密度突增导致的局部流量激增的问题，而现有的通信基础服务设施及有限的频谱资源又难以满足用户高并发、获取低延时的业务需求。与此同时，随着在线视频业务、高清视频、基于视频/图片数据的社交应用的兴起，移动网络的通信方式正在呈现出由传统的以链接为中心(connection-centric)到以数据为中心(content-centric)的转变，为此，缓存驱动下内容中心无线网络正得到广泛的研究与关注，通过将热门数据预先缓存在网络的特定位置(如距离用户较近的边缘节点)，当用户请求该数据时，则可从缓存节点处直接获取数据，从而有效降低网络负荷，实现低延时的数据分发。在由云-边-端构成的层次化内容中心网络中，云在数据中心、骨干IP网络、蜂窝核心网等实现了集中式的计算、存储、网络管理等。但是，云存在一个固有的缺陷，即终端用户到远端云的传播距离较长，从而带来较高的时延。为此，边缘这一定义最早被欧洲典型标准协会提出并定义为“在终端用户附件的无线接入网内提供IT和计算功能的新平台”，如接入侧的基站、网络接入点(accesspoint，例如地面通信车、具有通信功能的无人机等等)。此类边缘节点通常离终端用户较近，且存储能力较强，因此，将热门数据存储在边缘节点处可为终端用户提供近距离的数据传输服务，从而降低传输时延，缓解核心网的流量负载。然而，所有热门数据的总大小通常将超过单个边缘节点的存储空间，故单个边缘节点无法存储所有的热门数据，此外，单个边缘节点的通信范围是有限的，上述两点将可能导致请求用户无法成功从边缘节点处获取所需数据。为此，当前有相关技术提出了基于全双工协同的数据感知与传输方案，通过引入全双工中继的方式扩展请求用户的数据感知范围，并使其能够从较远的数据提供者处获取数据。另一方面，终端用户密集的大规模网络通常会伴随网络的严重拥塞，因而分布式存储系统可适配该场景缓解网络负荷，而数据的传输需要频谱的保证。在大规模网络中如何保证频谱效率，解决业务高并发与频谱资源紧缺之间的矛盾，高效的满足多用户对数据的需求显得尤为重要。
技术实现思路
为了解决或者至少部分地解决上述问题，本专利技术实施例提供一种边缘缓存中数据分发方法及系统。第一方面，本专利技术实施例提供一种边缘缓存中数据分发方法，包括：根据边缘节点所存储的数据能否被终端用户直接获取，将终端用户划分为多个非正交多址接入NOMA组，每一个NOMA组包括一个直传用户与一个中继用户；根据直传用户与中继用户到所述边缘节点的信道条件不同，对所述多个NOMA组进行类别划分，划分为第一类别和第二类别；根据成功传输概率与成功串行干扰消除概率，确定第一类别的NOMA组成功分发概率和第二类别的NOMA组成功分发概率；以最大化网络整体的成功分发概率为目标，优化边缘节点的发送功率和频谱资源分配；其中，所述直传用户为所请求的数据能够从所述边缘节点处直接获取的终端用户，所述中继用户为所请求的数据是从存储所述数据的、距离所述边缘节点最近的其他边缘节点处通过全双工中继的方式取回的终端用户；其中，在第一类别的NOMA组中，直传用户信道条件好于中继用户，边缘节点分配更高的发射功率给中继用户，用于传输其所需数据，并由直传用户执行串行干扰消除；在第二类别的NOMA组中，中继用户信道条件好于直传用户，边缘节点分配更高的发射功率给直传用户，用于传输其所需数据，并由中继用户执行串行干扰消除。其中，所述将终端用户划分为多个非正交多址接入NOMA组，每一个NOMA组包括一个直传用户与一个中继用户的步骤，还包括：在NOMA成组过程中，若直传用户与中继用户数量不一致，边缘节点通过单播的方式服务无法配对的用户，或者等待下一次数据传输过程中为其重新配对；不同的NOMA组间将分配正交的频谱资源以消除组间干扰。其中，所述根据成功传输概率与成功串行干扰消除概率，确定第一类别的NOMA组成功分发概率和第二类别的NOMA组成功分发概率的步骤，具体包括：根据第一类别的NOMA组中继用户的成功传输概率、直传用户的成功串行干扰消除概率以及直传用户的成功传输概率，确定第一类别的NOMA组成功分发概率；根据第二类别的NOMA组直传用户的成功传输概率、中继用户的成功串行干扰消除概率以及中继用户的成功传输概率，确定第二类别的NOMA组成功分发概率。其中，所述以最大化网络整体的成功分发概率为目标，优化边缘节点的发送功率和频谱资源分配的步骤，具体包括：根据所述第一类别的NOMA组成功分发概率和第二类别的NOMA组成功分发概率，确定网络整体的成功分发概率；以所述网络整体的成功分发概率最大为目标问题，约束条件为边缘节点的总发射功率约束、根据NOMA协议的组内功率分配约束以及所有NOMA组分配的总带宽约束，建立功率与频谱分配优化模型；对所述功率与频谱分配优化模型按照组间的功率及频谱分配优化问题，以及组内的功率及频谱分配优化问题进行分开求解。其中，所述根据第一类别的NOMA组中继用户的成功传输概率、直传用户的成功串行干扰消除概率以及直传用户的成功传输概率，确定第一类别的NOMA组成功分发概率，具体为：根据第一类别的NOMA组中继用户的成功传输概率、直传用户的成功串行干扰消除概率以及直传用户的成功传输概率，确定第一类别的NOMA组成功分发概率，利用公式一确定第一类别的NOMA组成功分发概率：η1，m＝pdTd，m1SSIC，1+prTr，m1公式一其中，η1，m为第一类别的NOMA组成功分发概率，pd表示用户所需数据被边缘节点E0存储、直接从E0处获取数据的概率，pr表示用户所需数据没有被E0存储、通过中继的方式找到数据的概率，Td，m1为直传用户的成功传输概率，SSIC，1为直传用户的成功串行干扰消除概率，Tr，m1为中继用户的成功传输概率；其中，表示数据fi的流行度，即该数据被用户请求的概率；为一二元变量，边缘节点的存储空间为Ns，当网络中存在边缘节点Ek(k≠0)缓存有数据fj(j∈{Ns+1，...，F})时，否则其中，所述根据第二类别的NOMA组直传用户的成功传输概率、中继用户的成功串行干扰消除概率以及中继用户的成功传输概率，确定第二类别的NOMA组成功分发概率，具体为：根据第二类别的NOMA组直传用户的成功传输概率、中继用户的成功串行干扰消除概率以及中继用户的成功传输概率，利用公式二确定第二类别的NOMA组成功分发概率：η2，m＝pdTd，m，2+prTr，m，2SSIC，2公式二其中，η2，m为第二类别的NOMA组成功分发概率，Td，m，2为直传用户的成功传输概率，SSIC，2为中继用户的成功串行干扰消除概率，Tr，m，2为中继用户的成功传输概率，pd表示用户所需数据被边缘节点E0存储、直接从E0处获取数据的概率，pr表示用户本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种边缘缓存中数据分发方法，特征在于，包括：/n根据边缘节点所存储的数据能否被终端用户直接获取，将终端用户划分为多个非正交多址接入NOMA组，每一个NOMA组包括一个直传用户与一个中继用户；/n根据直传用户与中继用户到所述边缘节点的信道条件不同，对所述多个NOMA组进行类别划分，划分为第一类别和第二类别；/n根据成功传输概率与成功串行干扰消除概率，确定第一类别的NOMA组成功分发概率和第二类别的NOMA组成功分发概率；/n根据成功传输概率与成功串行干扰消除概率，确定第一类别的NOMA组成功分发概率和第二类别的NOMA组成功分发概率；/n其中，所述直传用户为所请求的数据能够从所述边缘节点处直接获取的终端用户，所述中继用户为所请求的数据是从存储所述数据的、距离所述边缘节点最近的其他边缘节点处通过全双工中继的方式取回的终端用户；/n其中，在第一类别的NOMA组中，直传用户信道条件好于中继用户，边缘节点分配更高的发射功率给中继用户，用于传输其所需数据，并由直传用户执行串行干扰消除；在第二类别的NOMA组中，中继用户信道条件好于直传用户，边缘节点分配更高的发射功率给直传用户，用于传输其所需数据，并由中继用户执行串行干扰消除。/n...

【技术特征摘要】
1.一种边缘缓存中数据分发方法，特征在于，包括：
根据边缘节点所存储的数据能否被终端用户直接获取，将终端用户划分为多个非正交多址接入NOMA组，每一个NOMA组包括一个直传用户与一个中继用户；
根据直传用户与中继用户到所述边缘节点的信道条件不同，对所述多个NOMA组进行类别划分，划分为第一类别和第二类别；
根据成功传输概率与成功串行干扰消除概率，确定第一类别的NOMA组成功分发概率和第二类别的NOMA组成功分发概率；
根据成功传输概率与成功串行干扰消除概率，确定第一类别的NOMA组成功分发概率和第二类别的NOMA组成功分发概率；
其中，所述直传用户为所请求的数据能够从所述边缘节点处直接获取的终端用户，所述中继用户为所请求的数据是从存储所述数据的、距离所述边缘节点最近的其他边缘节点处通过全双工中继的方式取回的终端用户；
其中，在第一类别的NOMA组中，直传用户信道条件好于中继用户，边缘节点分配更高的发射功率给中继用户，用于传输其所需数据，并由直传用户执行串行干扰消除；在第二类别的NOMA组中，中继用户信道条件好于直传用户，边缘节点分配更高的发射功率给直传用户，用于传输其所需数据，并由中继用户执行串行干扰消除。


2.根据权利要求1所述的边缘缓存中数据分发方法，其特征在于，所述将终端用户划分为多个非正交多址接入NOMA组，每一个NOMA组包括一个直传用户与一个中继用户的步骤，还包括：
在NOMA成组过程中，若直传用户与中继用户数量不一致，边缘节点通过单播的方式服务无法配对的用户，或者等待下一次数据传输过程中为其重新配对；
不同的NOMA组间将分配正交的频谱资源以消除组间干扰。


3.根据权利要求1所述的边缘缓存中数据分发方法，其特征在于，所述根据成功传输概率与成功串行干扰消除概率，确定第一类别的NOMA组成功分发概率和第二类别的NOMA组成功分发概率的步骤，具体包括：
根据第一类别的NOMA组中继用户的成功传输概率、直传用户的成功串行干扰消除概率以及直传用户的成功传输概率，确定第一类别的NOMA组成功分发概率；
根据第二类别的NOMA组直传用户的成功传输概率、中继用户的成功串行干扰消除概率以及中继用户的成功传输概率，确定第二类别的NOMA组成功分发概率。


4.根据权利要求1所述的边缘缓存中数据分发方法，其特征在于，所述以最大化网络整体的成功分发概率为目标，优化边缘节点的发送功率和频谱资源分配的步骤，具体包括：
根据所述第一类别的NOMA组成功分发概率和第二类别的NOMA组成功分发概率，确定网络整体的成功分发概率；
以所述网络整体的成功分发概率最大为目标问题，约束条件为边缘节点的总发射功率约束、根据NOMA协议的组内功率分配约束以及所有NOMA组分配的总带宽约束，建立功率与频谱分配优化模型；
对所述功率与频谱分配优化模型按照组间的功率及频谱分配优化问题，以及组内的功率及频谱分配优化问题进行分开求解。


5.根据权利要求3所述的边缘缓存中数据分发方法，其特征在于，所述根据第一类别的NOMA组中继用户的成功传输概率、直传用户的成功串行干扰消除概率以及直传用户的成功传输概率，确定第一类别的NOMA组成功分发概率，具体为：
根据第一类别的NOMA组中继用户的成功传输概率、直传用户的成功串行干扰消除概率以及直传用户的成功传输概率，确定第一类别的NOMA组成功分发概率，利用公式一确定第一类别的NOMA组成功分发概率：
η1,m＝pdTd...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉，徐连明，费爱国，马茹秋，王宣元，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11