蜂窝网络中基于基站端缓存的资源分配策略研究

发布时间：2020-05-27 00:56

【摘要】：随着移动互联网的不断发展,新兴的数据业务需求越来越高,同时由于智能终端的大规模普及,网络连接设备越来越多,使移动数据流量呈指数式增长。为应对2020年移动通信海量数据激增的需求,第五代移动通信系统(Fifth-Generation Mobile Communication System,5G)给出系统容量千倍增长的目标,新型多址、超密集组网等技术均被视为系统容量增长的关键技术。密集组网技术中由于小基站的大量部署,回程链路容量成为约束系统性能提升的瓶颈,无线端缓存成为研究的热点。因此,设计蜂窝网络中基于不同缓存方案下的无线资源分配策略具有重要的研究意义。在蜂窝网络中,根据不同的缓存模型,可以分为缓存整个文件的最受欢迎缓存和随机缓存等,以及缓存部分文件的前缀缓存和基于比例的部分缓存等几类。不同的缓存模型将会给蜂窝网络的资源分配带来不同的变化。因此,本文将在基于不同的缓存模型下,以蜂窝网络中的资源分配策略为研究重点,围绕着不同的优化目标,展开深入的研究。针对部分缓存方案,即基站端缓存受欢迎文件前一部分,如果用户请求文件缓存命中,则基站只需要通过回程链路从核心网中获取该文件的后一部分,否则用户需要从核心网获取完整的文件。由于基站的回程链路容量受限和缓存的加入,用户数据传输速率不仅与物理信道状态有关,还受用户请求文件缓存命中与否及回程链路容量约束。本文在基于基站端部分缓存下,提出一种满足回程链路约束下,最小化文件传输时延的无线资源分配方案。由于形成的优化问题中用户归属和子载波分配变量都是布尔变量,使原问题非凸,难以直接求解,因此本文把原问题分解成两个子问题进行求解。先在固定用户归属的情况下,优化子载波分配,然后提出一种启发式算法求解用户归属问题。仿真结果表明基于该部分缓存方案,优化无线资源分配能带来较为明显的传输时延降低。针对联合缓存方案,由于不同的缓存方案各有优缺点,单一的缓存方案只能利用其本身的优点,我们考虑一种结合最受欢迎缓存和前缀缓存的联合缓存策略。基于该缓存模型下,本文形成了最小化视频播放时延的资源分配优化问题。由于回程链路容量的约束,使得该优化问题非凸,难以直接求解,所以把原问题通过转化为凸问题进行求解。由于第三类用户的速率不受回程链路容量约束,把原问题转化为最小化功耗问题,通过不断增加第三类用户数据速率,使最小化功耗问题趋近于基站的最大发射功率。最小化功率问题仍不是凸问题,通过松弛变量和变量代换把最小化功耗问题转化为凸问题,然后进行求解,根据凸问题的最优解进而求得原问题的解。由仿真结果可见,所提的基于联合缓存模型优化无线资源分配策略能够有效的降低视频播放时延。
【图文】：

缓存,缓存策略,核心网,可分

仍然需要进一步的研究。逡逑本文主要关注小基站系统回程链路方面的问题，由于小基站回程链路容量的逡逑，，并且一大部分移动数据流量是因为少量受欢迎文件的重复传输造成的。为逡逑该部分文件的重复传输和减轻回程链路的负担，无线端部署缓存，存储受欢逡逑件成为回程链路容量受限网络一个有效的解决方案。本文接下来将对对现有逡逑存模型进行归纳和阐述，以及对现有的基于缓存资源分配的研究根据不同的逡逑目标进行分类和总结。逡逑缓存模型逡逑通过在无线端缓存，比如基站、中继或用户端缓存受欢迎的文件［９］【２９］，如图逡逑示，用户请求文件时，如果缓存命中，则用户可以直接从缓存中获取，而逡逑通过回程链路从核心网中获取文件。针对不同的优化目标，考虑合理的缓存逡逑，并在此缓存策略的基础上优化无线资源分配，可以实现用户服务质量以及逡逑系能的进一步提升。逡逑

曲线,传输时延,点对点通信,文件传输

特别当（ｌ－ａ）ｒ邋＝邋５时，文件的传输时延最小。逡逑方便起见，归一化文件大小为１，设缓存容量＾邋＝邋２００，根据传输时延推导逡逑结果可以得到图３．１所示，从图中我们可以看出当（１－？＞＞５时，文件传输时延逡逑最小，与理论结果相符，也证明部分缓存策略确实能降低文件传输时延。逡逑１逦Ｉ邋Ｉ逦Ｉ邋Ｉ逦Ｉ邋Ｉ邋Ｉ逦Ｉ逡逑—？—邋ｒ＝３逡逑—？—邋ｒ＝２逡逑０．９５－；…．…逦…：．…丨一，＿５丨．逡逑Ｉ邋ａ邋：壓d蔦b逡逑０．８逡逑０７＾１邋０：２邋０：３邋０：４邋０：５邋０：６邋０：７邋０：８邋０：９逡逑ａ逡逑图３．１点对点通信传输时延与ａ的关系曲线逡逑１９逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5

【参考文献】