一种结合资源分配的边缘协作缓存优化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种结合资源分配的边缘协作缓存优化方法及装置。该方法为：建立基于蜂窝网络和回程链路的边缘缓存系统；确定当前待分析基站中所有服务用户、基站中的信息数据；初始化边缘缓存系统的参数；确定时隙t的缓存策略；计算资源分配成本；更新基站的缓存内容；令时隙t=t+1，返回确定信息数据的步骤重复迭代，直至时隙t达到运行周期内最大值，输出边缘缓存系统中的最优缓存内容。该装置包括边缘缓存系统构建、信息数据确定、系统参数初始化、缓存策略确定、资源分配成本计算、基站缓存内容更新、迭代优化这七个模块。本发明专利技术能够提高网络资源利用率并最小化网络成本，满足了用户所需的QoS和大规模终端设备通信服务的网络可用性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种结合资源分配的边缘协作缓存优化方法及装置


[0001]本专利技术涉及边缘协作缓存
，特别是一种结合资源分配的边缘协作缓存优化方法及装置。

技术介绍

[0002]随着多媒体应用的快速发展，对数据传输速率的要求越来越高，使得传输资源管理变得非常具有挑战性。此外，从服务器下载用户请求的内容将导致额外的资源消耗，从而导致网络成本的增加。因此，内容缓存最近已作为一种有前景的解决方案出现，内容缓存是指将流行内容缓存在基站BS的存储器中，以减轻回程业务的负担，从而提高用户的服务质量QoS。但是基站的储存容量是有限的，许多内容无法缓存在基站BS中。
[0003]为了克服基站BS处的存储限制问题，一种有效的方法是协作缓存，其中所请求的内容如果在基站BS中未缓存，但是请求内容存储在相邻基站BS中，则可以从相邻基站BS获取。在这种情况下，降低了交付内容的资源成本，提高了用户服务质量QoS。虽然内容缓存可以通过使内容接近用户来降低网络成本，但是频谱效率和发射功率从网络成本的角度来看也是很重要的参数，上述工作都没有考虑网络带宽资源在网络成本中的影响。尽管考虑了协作内容缓存来减少回程流量，但是由于传输链路的有限容量，链路仍然遭受巨大的网络业务量。在这方面，研究内容缓存过程中的资源消耗和两个基站BS之间的链路即协作链路对网络成本的影响具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种结合资源分配的边缘协作缓存优化方法及装置，以提高网络资源利用率并最小化网络成本，并且满足用户所需的QoS和大规模终端设备通信服务的网络可用性。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种结合资源分配的边缘协作缓存优化方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、建立基于蜂窝网络和回程链路的边缘缓存系统；
[0007]步骤2、确定当前待分析基站中所有服务用户、基站中的信息数据；
[0008]步骤3、初始化边缘缓存系统的参数；
[0009]步骤4、确定时隙的缓存策略；
[0010]步骤5、计算资源分配成本；
[0011]步骤6、更新基站的缓存内容；
[0012]步骤7、令时隙，返回步骤2，重复迭代，直至时隙达到运行周期内最大值，输出边缘缓存系统中的最优缓存内容。
[0013]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0014]（1）提高网络资源利用率并最小化网络成本，同时还可以满足用户所需的QoS和大规模设备类型通信服务的网络可用性；
[0015]（2）研究了联合用户关联和子载波分配的边缘缓存网络，从而找到用户分配和基站资源的优化使用方法；同时基站间协作提供用户所需的内容，以尽量减少成本；
[0016]（3）采用PD
‑
NOMA技术在接入链路分配多个用户到一个子载波，能够降低网络成本，增加无线容量，以支持未来网络的大规模连接。
附图说明
[0017]图1是结合资源分配的边缘协作缓存系统模型图。
[0018]图2是结合资源分配的边缘协作缓存的用户内容请求流程图。
[0019]图3是内容交付方案示意图。
具体实施方式
[0020]容易理解，依据本专利技术的技术方案，在不变更本专利技术的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本专利技术的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本专利技术的技术方案的示例性说明，而不应当视为本专利技术的全部或者视为对本专利技术技术方案的限制或限定。
[0021]现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。
[0022]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。
[0023]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0024]在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0025]本专利技术提出一种结合资源分配的边缘协作缓存优化方法，其不仅可以提高网络资源利用率并最小化网络成本，而且还可以满足用户所需的QoS和大规模终端设备通信服务的网络可用性。在协作缓存网络研究了用户关联和子载波分配，从而优化用户资源分配和BS的资源利用率，同时尽可能提供用户所需的内容，以减少成本。此外，采用功率域非正交多址接入（PD
‑
NOMA）技术在传输链路分配多个用户到一个子载波，这能够降低网络成本，增加无线容量，以支持未来网络的大规模连接。
[0026]本专利技术结合资源分配的边缘协作缓存优化方法，具体包括以下步骤：
[0027]步骤1、建立基于蜂窝网络和回程链路的边缘缓存系统；
[0028]步骤2、确定当前待分析基站中所有服务用户、基站中的信息数据；
[0029]步骤3、初始化边缘缓存系统的参数；
[0030]步骤4、确定时隙的缓存策略；
[0031]步骤5、计算资源分配成本；
[0032]步骤6、更新基站的缓存内容；
[0033]步骤7、令时隙，返回步骤2，重复迭代，直至时隙达到运行周期内最大值，输出边缘缓存系统中的最优缓存内容。
[0034]作为一种具体示例，步骤1中，建立基于蜂窝网络和回程链路的边缘缓存系统，具体如下：
[0035]建立基于蜂窝网络和回程链路的边缘缓存系统，包括一个宏基站（MBS）和多个基站，可以彼此交换内容。所有基站（BS）经由光纤前传链路彼此连接。每个BS在集合中，大小为，MBS由索引0表示。设每个基站具有一定的储存容量，如基站的最大存储容量由表示。设定只有一个基站BS为集合中的每个用户提供服务，大小为。
[0036]所有BS通过回程链路连接到远程CP，CP表示内容提供商，对于回程链路考虑无限容量，远程CP具有所有基站的缓存内容，，表示内容的大小；
[0037]每个用户在每个时隙中只请求一个内容，时隙由集合表示。
[0038]作为一种具体示例，步骤1中，边缘缓存系统的网络分为两个时间段：第一阶段为内容缓存阶段，第二阶段为内容交付阶段；内容交付阶段被划分成多个时隙，其中所有用户的请求由BS提供；每个用户在每个时隙中只请求一个内容，时隙由集合表示；
[0039]内容缓存阶段的内容通过回程链路缓存，在完成内容缓存阶段之后，启动内容交付阶段；在每个时隙上，用户位置和接入网络的信道增益是固定的，每个时隙中的信道增益彼此独立；在接收到用户内容请求之后，BS开始向用户发送所请求的内容。
[0040]作为一种具体示例，用户内容请求的流程如下：
[0041]①
当基站接收到来自用户的所有请求时，检索基站的存储器查看所请求的内容是否已缓存；如果内容缓存于基站的存储器中，则为缓存命本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结合资源分配的边缘协作缓存优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立基于蜂窝网络和回程链路的边缘缓存系统；步骤2、确定当前待分析基站中所有服务用户、基站中的信息数据；步骤3、初始化边缘缓存系统的参数；步骤4、确定时隙的缓存策略；步骤5、计算资源分配成本；步骤6、更新基站的缓存内容；步骤7、令时隙，返回步骤2，重复迭代，直至时隙达到运行周期内最大值，输出边缘缓存系统中的最优缓存内容。2.根据权利要求1所述的结合资源分配的边缘协作缓存优化方法，其特征在于，步骤1中，建立基于蜂窝网络和回程链路的边缘缓存系统，具体如下：边缘缓存系统包括能够彼此交换内容的多个BS，其中一个为MBS，BS表示基站，MBS表示宏基站；基于蜂窝网络，所有BS经由光纤前传链路彼此连接；每个BS在集合中，大小为，MBS由索引0表示；设每个BS具有储存容量，基站的最大存储容量由表示；设定只有一个BS为用户集合中的每个用户提供服务，大小为；所有BS通过回程链路连接到远程CP，CP表示内容提供商，对于回程链路考虑无限容量，远程CP具有所有基站的缓存内容，，表示内容的大小；每个用户在每个时隙中只请求一个内容，时隙由集合表示。3.根据权利要求2所述的结合资源分配的边缘协作缓存优化方法，其特征在于，步骤1中，边缘缓存系统的网络分为两个时间段：第一阶段为内容缓存阶段，第二阶段为内容交付阶段；内容交付阶段被划分成多个时隙，其中所有用户的请求由BS提供；每个用户在每个时隙中只请求一个内容，时隙由集合表示；内容缓存阶段的内容通过回程链路缓存，在完成内容缓存阶段之后，启动内容交付阶段；在每个时隙上，用户位置和接入网络的信道增益是固定的，每个时隙中的信道增益彼此独立；在接收到用户内容请求之后，BS开始向用户发送所请求的内容。4.根据权利要求3所述的结合资源分配的边缘协作缓存优化方法，其特征在于，用户内容请求的流程如下：
①
当基站接收到来自用户的所有请求时，检索基站的存储器查看所请求的内容是否已缓存；如果内容缓存于基站的存储器中，则为缓存命中情况CHC；否则，进入
②
；
②
基站向相邻的所有BS发送对内容的请求；从基站接收到请求的每个基站在存储器中搜索内容，；从存储器中具有内容的所有BS中，选择基站经由前传光纤链路向基站发送内容；在获得内容时，基站将内容发送给请求内容的所有用
户；这种情况为协作缓存命中情况CCHC；
③
如果所请求的内容没有被缓存在任何BS中，则基站将请求转发到远程CP以获取内容；然后，内容由远程CP发送到基站，并且在内容由相应的基站传输到用户之后，过程终止；这种情况为缓存未命中情况CMC。5.根据权利要求4所述的结合资源分配的边缘协作缓存优化方法，其特征在于，步骤2中，确定当前待分析基站中所有服务用户、基站中的信息数据，具体如下：用户的信息数据包括用户的请求内容；基站的信息数据包括基站的缓存内容、基站的最大存储容量、基站的服务用户和当前基站的缓存策略，由下式表示：；其中，且；策略参数表示在时隙处用户的请求内容由基站提供；策略参数表示在时隙处用户的请求内容由基站的相邻基站提供；策略参数表示在时隙处用户的请求内容由远程CP提供。6.根据权利要求5所述的结合资源分配的边缘协作缓存优化方法，其特征在于，步骤3中，初始化边缘缓存系统的参数，具体如下：设定缓存策略，其中；设定资源分配成本，表示成本为非负数；设定时隙的初始值为1；设定基站的缓存内容随机从F个不同的流行内容中抽取，且满足约束条件； F表示基站获取的所有流行内容，基站容量有限，不能全部缓存；f表示被选择缓存于基站的流行内容；表示缓存于基站的流行内容对应的文件大小；通过具有平均值和方差的对数正态分布建立流行内容的模型，如下式：；其中表示内容流行度；表示正态分布曲线的陡度参数，，的值越小表示内容被用户请求的概率越大，内容的值越大表示被用户请求的概率越低；定义作为请求参数，表示用户在时隙请求内容，否则。7.根据权利要求6所述的结合资源分配的边缘协作缓存优化方法，其特征在于，步骤4中，确定时隙的缓存策略，具体如下：（4.1）根据基站缓存内容状态信息判断请求内容的缓存位置；若，则判断请求内容缓存在基站中，进入步骤（4.2）；若，则判断请求内容未缓
存在基站中，进入步骤（4.3）；（4.2）更新缓存参数，令，确定时隙的内容缓存...

【专利技术属性】
技术研发人员：任保全，程瑶，李洪钧，巩向武，钟旭东，王莹，
申请(专利权)人：军事科学院系统工程研究院系统总体研究所，
类型：发明
国别省市：