本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源分配技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合用戶關(guān)聯(lián)及內(nèi)容緩存方法。

背景技術(shù)：

隨著計算機、通信技術(shù)的高速發(fā)展，用戶業(yè)務(wù)需求日趨多元化，下一代通信網(wǎng)絡(luò)將朝向異構(gòu)化趨勢發(fā)展，并逐步走向互聯(lián)互通。為滿足市場需求，相繼出現(xiàn)了種類紛呈的無線接入技術(shù)，如蜂窩網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)等。由于單一無線接入技術(shù)在覆蓋范圍，傳輸速率等方面的局限，無法完全滿足不同用戶的業(yè)務(wù)需求，而未來通信網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)多種接入技術(shù)的有效融合，為用戶提供多樣化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

在異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)場景下，隨著多媒體業(yè)務(wù)需求的增長，用戶對網(wǎng)絡(luò)資源的需求日益迫切，如何綜合考慮各接入技術(shù)的差異性、用戶業(yè)務(wù)需求的多樣性、網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)的差異性及網(wǎng)絡(luò)、用戶和各類業(yè)務(wù)之間的競爭與合作關(guān)系等各種因素，設(shè)計合理有效的異構(gòu)無線資源管理算法，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的聯(lián)合優(yōu)化管理，是當(dāng)今熱點研究課題。

隨著移動通信、社交網(wǎng)絡(luò)、移動智能終端的發(fā)展，人們對高質(zhì)量實時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有更強烈的需求，特別是在線視頻和社交業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)(Content Delivery Network，CDN)遠(yuǎn)離用戶，導(dǎo)致傳輸距離遠(yuǎn)和延時高。然而未來業(yè)務(wù)本地化趨勢越來越明顯，特別是社交網(wǎng)絡(luò)發(fā)展使得內(nèi)容分發(fā)更加邊緣化、小圈子化，邊緣網(wǎng)絡(luò)的緩存受到廣泛的關(guān)注。因此，邊緣網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容緩存技術(shù)能夠減少網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不必要的重復(fù)內(nèi)容傳輸，減少回程鏈路的開銷以及減小整個網(wǎng)絡(luò)的傳輸時延，提升網(wǎng)絡(luò)性能。

目前已有研究考慮異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容緩存方案，如提出了一種分布式的內(nèi)容緩存和分發(fā)策略，聯(lián)合考慮內(nèi)容流行程度分布，不同緩存容量和用戶移動性，以實現(xiàn)內(nèi)容檢索時延降低及核心網(wǎng)業(yè)務(wù)流量的減少；也有研究提出了一種緩存設(shè)計方法，首先利用邊緣網(wǎng)絡(luò)用戶的內(nèi)容偏好的聚集效應(yīng)，使用聚類算法來聚合用戶和分割內(nèi)容空間，從而達(dá)到降低用戶維度和內(nèi)容維度，并在新的用戶空間和內(nèi)容的維度空間，設(shè)計一個貪婪緩存算法。

以上研究通過建模特定網(wǎng)絡(luò)性能函數(shù)，基于優(yōu)化理論確定對應(yīng)性能函數(shù)最優(yōu)的資源分配策略，但現(xiàn)有研究較少綜合考慮異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的差異性、用戶業(yè)務(wù)需求的多樣性以及網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)的差異性等問題，難以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)綜合性能優(yōu)化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合用戶關(guān)聯(lián)及內(nèi)容緩存方法，在該方法中，針對包含多個BS和多個AP的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景，假設(shè)各個BS及AP均具有內(nèi)容緩存的功能，在滿足用戶業(yè)務(wù)需求特性條件下，建模用戶總傳輸時延為優(yōu)化目標(biāo)，實現(xiàn)聯(lián)合用戶關(guān)聯(lián)及緩存內(nèi)容分配優(yōu)化策略。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合用戶關(guān)聯(lián)及內(nèi)容緩存方法，在該方法中，針對包含多個BS(Base Station，蜂窩基站)和多個AP(Access Point，接入點)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景，假設(shè)各個BS及AP均具有內(nèi)容緩存的功能，在滿足用戶業(yè)務(wù)需求特性條件下，建模用戶總傳輸時延為優(yōu)化目標(biāo)，實現(xiàn)聯(lián)合用戶關(guān)聯(lián)及緩存內(nèi)容分配優(yōu)化策略；該方法具體包括：

步驟1)、建模用戶業(yè)務(wù)需求特性；

步驟2)、構(gòu)建蜂窩基站BS及WLAN接入點AP的內(nèi)容緩存變量，建模限定條件；

步驟3)、建模用戶關(guān)聯(lián)變量及限定條件；

步驟4)、建模用戶總傳輸時延；

步驟5)、建模用戶接入BS對應(yīng)的傳輸時延；

步驟6)、建模用戶接入AP對應(yīng)的傳輸時延；

步驟7)、建模用戶在BS或AP的回程鏈路傳輸對應(yīng)的傳輸時延；

步驟8)、建模用戶傳輸數(shù)據(jù)速率及限定條件；

步驟9)、基于用戶總傳輸時延最小化，確定用戶關(guān)聯(lián)及緩存內(nèi)容分配優(yōu)化策略。

進(jìn)一步，在步驟1)中，建模用戶業(yè)務(wù)需求特性，具體為用戶內(nèi)容需求及最小數(shù)據(jù)速率，令α_jk∈{0,1}表示用戶j對內(nèi)容k的需求變量，α_jk＝1表示用戶j需要內(nèi)容k，反之則不需要，假設(shè)每個用戶在給定時段只有一個內(nèi)容需求，則α_jk應(yīng)滿足令表示用戶j傳輸所需內(nèi)容k所要求的最小數(shù)據(jù)速率，1≤k≤K，1≤j≤N,其中，K為用戶所需的內(nèi)容數(shù)目，N為網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)目。

進(jìn)一步，在步驟2)中，假設(shè)BS及AP都具有內(nèi)容緩存的功能，構(gòu)建BS及AP的內(nèi)容緩存變量，具體為：令δ_ijk∈{0,1}表示用戶j所需內(nèi)容k在BS_i或AP_i處的緩存狀態(tài)，δ_ijk＝1表示用戶j所需內(nèi)容k緩存在BS_i或AP_i中，否則，δ_ijk＝0；令L_k為內(nèi)容k的數(shù)據(jù)包長度，令K_i表示BS_i或AP_i的緩存器容量，則BS_i或AP_i緩存的內(nèi)容不能超過其緩存器容量限制，即δ_ijk應(yīng)滿足1≤j≤N，1≤i≤M，其中，M為網(wǎng)絡(luò)中BS及AP的總數(shù)，令M₁表示BS的數(shù)目，方便起見，BS表示為AP表示為

進(jìn)一步，在步驟3)中，所述建模用戶關(guān)聯(lián)變量及限定條件，具體為：x_ijk∈{0,1}表示用戶j所需內(nèi)容k時與BS_i或AP_i的關(guān)聯(lián)標(biāo)識，x_ijk＝1即表示具有內(nèi)容k需求的用戶j接入BS_i或AP_i，否則，x_ijk＝0，且假設(shè)每個用戶只能關(guān)聯(lián)一個BS或AP，則

進(jìn)一步，在步驟4)中，建模用戶總傳輸時延D為所有用戶業(yè)務(wù)傳輸時延之和，即其中，D_j為第j個用戶業(yè)務(wù)傳輸時延；根據(jù)公式計算用戶j的業(yè)務(wù)傳輸時延，其中，D_ijk表示有內(nèi)容k需求的用戶j接入BS_i或AP_i時對應(yīng)的傳輸時延；

根據(jù)公式計算用戶的傳輸時延，其中，表示用戶接入BS_i或AP_i對應(yīng)的傳輸時延，表示用戶在BS或AP的回程鏈路傳輸對應(yīng)的傳輸時延。

進(jìn)一步，在步驟5)中，建模用戶接入BS對應(yīng)的傳輸時延，即1≤i≤M₁，根據(jù)公式計算用戶接入BS的傳輸時延，其中，表示有內(nèi)容k需求的用戶j接入BS_i時對應(yīng)的傳輸時延，表示有內(nèi)容k需求的用戶j接入BS_i時的排隊時延；

建模有內(nèi)容k需求的用戶j接入BSi時對應(yīng)的傳輸時延為：其中，1≤i≤M₁，R_ij為接入BS_i的用戶j的數(shù)據(jù)傳輸速率；建模有內(nèi)容k需求的用戶j接入BS_i時的排隊時延為：其中，μ_i及λ_i分別表示BSi的服務(wù)速率及業(yè)務(wù)到達(dá)速率。

進(jìn)一步，在步驟6)中，建模用戶接入AP對應(yīng)的傳輸時延，即M₁+1≤i≤M，根據(jù)公式計算用戶接入AP的傳輸時延，其中，表示有內(nèi)容k需求的用戶j接入AP_i時對應(yīng)的傳輸時延，表示有內(nèi)容k需求的用戶j接入AP_i時的接入時延；

建模有內(nèi)容k需求的用戶j接入APi時對應(yīng)的傳輸時延為：其中，M₁+1≤i≤M，R_ij為接入AP_i的用戶j的數(shù)據(jù)傳輸速率；建模有內(nèi)容k需求的用戶j接入AP_i時的接入時延為：其中，及分別表示AP_i一次成功傳輸?shù)臅r間及平均信道忙的時間，表示此刻接入AP_i的用戶總數(shù)，τ_i及σ_i分別表示AP_i的用戶傳輸概率及一個空時隙的持續(xù)時間。

進(jìn)一步，在步驟8)中，建模用戶傳輸數(shù)據(jù)速率及限定條件，具體為：根據(jù)公式計算用戶j與BS_i或AP_i相連時的傳輸數(shù)據(jù)速率，其中，B_i表示BS_i或AP_i的帶寬，p_i表示BS_i或AP_i的發(fā)送功率，g_ij表示用戶j與BS_i或AP_i之間的信道增益，σ²表示噪聲功率，根據(jù)公式可得用戶j的數(shù)據(jù)速率，應(yīng)滿足

進(jìn)一步，在步驟9)中，綜合考慮用戶業(yè)務(wù)需求、用戶關(guān)聯(lián)及緩存內(nèi)容限定條件，基于用戶總傳輸時延最小化，確定聯(lián)合用戶關(guān)聯(lián)及緩存內(nèi)容分配優(yōu)化策略，記

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所述方法可以有效保障傳輸性能及用戶體驗，個性化進(jìn)行內(nèi)容緩存，達(dá)到用戶關(guān)聯(lián)及內(nèi)容緩存分配最優(yōu)，實現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)總傳輸時延最小化。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為具有緩存功能的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景示意圖；

圖2為本發(fā)明所述方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

圖1為具有緩存功能的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景示意圖，如圖所示，該異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中存在多個用戶，且用戶位于多個BS及AP的網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，根據(jù)用戶的內(nèi)容需求與業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量需求，可選擇與合適的BS或AP建立關(guān)聯(lián)；建模用戶總傳輸時延為所有用戶的總業(yè)務(wù)傳輸時延之和，基于用戶總傳輸時延最小化實現(xiàn)聯(lián)合用戶關(guān)聯(lián)及緩存內(nèi)容分配最優(yōu)策略。

圖2為本發(fā)明所述方法的流程示意圖，如圖所示，本發(fā)明所述方法具體包括以下步驟：

1)建模用戶業(yè)務(wù)需求特性：

具體為用戶內(nèi)容需求及最小數(shù)據(jù)速率，令α_jk∈{0,1}表示用戶j對內(nèi)容k的需求變量，α_jk＝1表示用戶j需要內(nèi)容k，反之則不需要，假設(shè)每個用戶在給定時段只有一個內(nèi)容需求，則α_jk應(yīng)滿足令表示用戶j傳輸所需內(nèi)容k所要求的最小數(shù)據(jù)速率，1≤k≤K，1≤j≤N,其中，K為用戶所需的內(nèi)容數(shù)目，N為網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)目。

2)構(gòu)建BS及AP的內(nèi)容緩存變量，建模限定條件：

假設(shè)BS及AP都具有內(nèi)容緩存的功能，構(gòu)建BS及AP的內(nèi)容緩存變量，具體為：令δ_ijk∈{0,1}表示用戶j所需內(nèi)容k在BS_i或AP_i處的緩存狀態(tài)，δ_ijk＝1表示用戶j所需內(nèi)容k緩存在BS_i或AP_i中，否則，δ_ijk＝0；令L_k為內(nèi)容k的數(shù)據(jù)包長度，令K_i表示BS_i或AP_i的緩存器容量，則BS_i或AP_i緩存的內(nèi)容不能超過其緩存器容量限制，即δ_ijk應(yīng)滿足1≤j≤N，1≤i≤M，其中，M為網(wǎng)絡(luò)中BS及AP的總數(shù)，令M₁表示BS的數(shù)目，方便起見，BS表示為AP表示為

3)建模用戶關(guān)聯(lián)變量及限定條件：

具體為：x_ijk∈{0,1}表示用戶j所需內(nèi)容k時與BS_i或AP_i的關(guān)聯(lián)標(biāo)識，x_ijk＝1即表示具有內(nèi)容k需求的用戶j接入BS_i或AP_i，否則，x_ijk＝0，且假設(shè)每個用戶只能關(guān)聯(lián)一個BS或AP，則

4)建模用戶總傳輸時延：

具體為：建模用戶總傳輸時延D為所有用戶業(yè)務(wù)傳輸時延之和，即其中，D_j為第j個用戶業(yè)務(wù)傳輸時延；根據(jù)公式計算用戶j的業(yè)務(wù)傳輸時延，其中，D_ijk表示有內(nèi)容k需求的用戶j接入BS_i或AP_i時對應(yīng)的傳輸時延。進(jìn)而，根據(jù)公式計算用戶的傳輸時延，其中，表示用戶接入BS_i或AP_i對應(yīng)的傳輸時延，表示用戶在BS或AP的回程鏈路傳輸對應(yīng)的傳輸時延。

5)建模用戶接入BS對應(yīng)的傳輸時延：

具體為：建模用戶接入BS對應(yīng)的傳輸時延，即1≤i≤M₁，根據(jù)公式計算用戶接入BS的傳輸時延，其中，表示有內(nèi)容k需求的用戶j接入BS_i時對應(yīng)的傳輸時延，表示有內(nèi)容k需求的用戶j接入BS_i時的排隊時延。進(jìn)而，建模有內(nèi)容k需求的用戶j接入BSi時對應(yīng)的傳輸時延為：其中，1≤i≤M₁，R_ij為接入BS_i的用戶j的數(shù)據(jù)傳輸速率；建模有內(nèi)容k需求的用戶j接入BS_i時的排隊時延為：其中，μ_i及λ_i分別表示BSi的服務(wù)速率及業(yè)務(wù)到達(dá)速率。

6)建模用戶接入AP對應(yīng)的傳輸時延：

具體為：建模用戶接入AP對應(yīng)的傳輸時延，即M₁+1≤i≤M，根據(jù)公式計算用戶接入AP的傳輸時延，其中，表示有內(nèi)容k需求的用戶j接入AP_i時對應(yīng)的傳輸時延，表示有內(nèi)容k需求的用戶j接入AP_i時的接入時延。進(jìn)而，建模有內(nèi)容k需求的用戶j接入APi時對應(yīng)的傳輸時延為：其中，M₁+1≤i≤M，R_ij為接入AP_i的用戶j的數(shù)據(jù)傳輸速率；建模有內(nèi)容k需求的用戶j接入AP_i時的接入時延為：其中，及分別表示AP_i一次成功傳輸?shù)臅r間及平均信道忙的時間，表示此刻接入AP_i的用戶總數(shù)，τ_i及σ_i分別表示AP_i的用戶傳輸概率及一個空時隙的持續(xù)時間。

7)建模用戶傳輸數(shù)據(jù)速率及限定條件：

具體為：根據(jù)公式計算用戶j與BS_i或AP_i相連時的傳輸數(shù)據(jù)速率，其中，B_i表示BS_i或AP_i的帶寬，p_i表示BS_i或AP_i的發(fā)送功率，g_ij表示用戶j與BS_i或AP_i之間的信道增益，σ²表示噪聲功率，根據(jù)公式可得用戶j的數(shù)據(jù)速率，應(yīng)滿足

8)基于用戶總傳輸時延最小化，確定用戶關(guān)聯(lián)及緩存內(nèi)容分配優(yōu)化策略：

綜合考慮用戶業(yè)務(wù)需求、用戶關(guān)聯(lián)及緩存內(nèi)容限定條件，基于用戶總傳輸時延最小化，確定聯(lián)合用戶關(guān)聯(lián)及緩存內(nèi)容分配優(yōu)化策略，記

最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。