[发明专利]一种边缘缓存网络中基于用户连接矩阵的基站休眠方法

说明书

本发明公开了一种边缘缓存网络中基于用户连接矩阵的基站休眠方法，属于无线移动通信领域。首先根据用户与小型基站之间的连接状态，建立用户连接矩阵并结合小基站状态最终确定了用户连接状态矩阵；同时，建立文件集合中所有文件的分块矩阵；根据基站状态矩阵和文件的分块矩阵建立了系统能耗优化模型并找出最优解，以确定网络中各小基站的工作与休眠状态以及文件内容的分发策略；最后用户连入基站并请求获取文件，如果用户从小基站的缓存中无法获得所需文件的全部内容，则小基站会通过宏基站向核心网获取该部分内容进而分发给该用户。本发明在保证满足所有用户服务要求的前提下进行部分小型基站的休眠工作，有效降低了系统的能耗并保证了命中率。

技术领域

本发明属于无线移动通信领域，具体地说，是一种边缘缓存网络中基于用户连接矩阵的基站休眠方法。

背景技术

随着智能手机行业、多媒体服务、以及手机应用的爆炸式增长，出现了大量的移动数据。为了应对这种在未来网络中的巨大数据量，人们提出了一个很有前景的方案，即在宏基站的覆盖范围下布置众多的小型基站；但是小型基站的增多加剧了回程压力，采用将文件存储在小型基站中的边缘缓存技术能有效地缓解压力。然而这些小基站的存储能力有限，无法将用户可能需要的所有文件存入缓存中。因此现有的技术实现了将每个文件的一部分存入缓存中以适应有限的存储空间。

在边缘缓存网络中，能耗是一个值得研究的热点，尤其是在这种存在大量小型基站部署的场景下。基站休眠技术能够显著降低网络系统的能耗，但是在缓存容量有限的边缘缓存网络中，考虑到内容分发等因素，传统的基站休眠技术将面临诸多挑战。因此，如何较好地利用基站休眠技术降低边缘缓存网络下的能耗是需要重点考虑的问题。

文献[1]J.Kim,W.S.Jeon,and D.G.Jeong.在开放式接入家庭基站网络中的基站休眠管理技术In IEEE Transactions on Vehicular Technology,vol.65,no.5,pp.3786–3791,2016年5月；提出了一种结合用户与基站关系的基站休眠算法，此算法考虑了用户与其所能连接到的基站的状态，通过为每一个用户合理的分配基站保证了在存在休眠基站的条件下每一个用户的服务质量。但是该算法限定了每个用户仅能连接一个基站，而且应用的网络场景也不是边缘缓存网络。

文献[2]F.Gabry,V.Bioglio,and I.Land.异构网络中一种节能的边缘缓存策略，In IEEE Journal on Selected Areas in Communications,vol.34,no.12,pp.3288-3298,2016年9月；对边缘缓存网络中的内容分发策略进行了研究，通过确定最优的内容分发方案实现节约系统能耗。然而该方法没有考虑引入基站休眠，能耗节约效果有限。

文献[3]R.Li,Wei Wang,A.Huang,and Z.Zhang.异构网络中基于基站休眠的内容缓存策略In Wireless Communications&Signal Processing(WCSP),2016 8thInternational Conference on,13-15.2016年10月；综合考虑了边缘缓存网络中内容分发问题以及基站休眠问题，通过确定合理的基站休眠数量以及内容分发策略实现目标命中率最大化；但是该方案没有考虑系统的能耗，缺少能量方面的优化方案。

在边缘缓存网络中，很少有人能够利用基站休眠这一技术节约系统能耗。尤其是当基站缓存容量有限时，基站休眠可能会影响内容的分发进而影响网络性能。这使得基站休眠的问题更加复杂，传统的基站休眠算法已经无法适用。此外，在目前将基站休眠方案引入边缘缓存网络的技术中，关于优化网络能耗的研究并不多，存在很大的研究空间。

发明内容

本发明基于现有技术中，边缘缓存网络减轻了回程链路的压力，同时基站休眠技术又很好地节约了系统能耗；为了能够在存储空间有限的边缘缓存网络中成功使用基站休眠技术降低系统能耗，提出了一种边缘缓存网络中基于用户连接矩阵的基站休眠方法；