[发明专利]基于缓存流行内容的蜂窝下行链路网络能效优化系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于缓存流行内容的蜂窝下行链路网络能效优化系统及方法，采用分布式缓存方法将流行度不同的内容缓存在基站，蜂窝网络分为SGW、BS、UE。SGW缓存BS请求的文件，各BS有可缓存N_c个内容的缓存设备，通过容量为C_bh的回程链路与SGW相连，当用户请求的文件缓存在本地基站，基站直接获取该文件传输给用户；否则通过回程链路从SGW中获取该文件传输给用户。流行内容是在时间T₀内用户请求次数较多的内容，下行链路能效增益是整个下行链路网络中发送的比特数与消耗的功率的比率。分布式缓存是4个相邻的基站缓存不同的内容，每个用户请求内容时，选择缓存该内容的最近的基站相连接，这种方法减少了基站内容的冗余，同时增加缓存命中率。

技术领域

本发明属于移动网络技术领域，具体涉及一种基于缓存流行内容的蜂窝下行链路网络能效优化系统及方法，尤其是5G蜂窝网络中一种基于缓存流行内容的蜂窝下行链路网络能效优化方法，主要应用于具有爆炸性吞吐量需求的第五代移动通信网络中，该方法保证了用户服务质量与流量负载，提高了无线移动网络的能量效益，同时也减少二氧化碳的排放。

背景技术

随着智能终端、平板电脑和社交网络等的兴起，移动业务需求将爆炸性增长，无线数据流量和信令对移动通信网络带来了前所未有的冲击。据国际电信联盟预测，到2020年，移动通信网络的数据业务容量需求将达到4G商用网络的1000倍。4G技术难以满足移动通信技术的发展需求。此外，目前已经有智能电网、无人驾驶汽车等研究。因此，随着物联网的快速发展，移动通信除了解决目前的人与人的通信，还需要解决人与物，物与物的通信。总之，未来移动通信不但需要适应多用户多基站的超密集无线通信，还需要适应多样化的移动业务和场景。

针对上述需求，第五代移动通信系统(5G)的研发工作已经处于测试阶段。虽然5G系统及关键技术的研究已经逐步展开，但是目前关于5G系统的核心技术，特别是超密集异构网络、自组织组网、内容分发网络等核心技术的演进仍然未能得到学术界及产业界清晰一致的认识。为了实现未来移动通信网络中1000倍的数据业务容量需求，目前研究思路主要从无线传输、频谱资源、网络架构三个方面解决问题。其中未来的网络架构主要包含以下几个特征：超密集异构网络融合、覆盖区域不同的异构小区(覆盖范围重叠)、多种类型接入网络。虽然这些技术可以使容量增长，但是也为移动通信网络带来了新的技术挑战。

由于无线网络虚拟化设计中需要考虑信道的干扰性、不确定性、功率控制、信道开销等问题，使得无线网络比有线网络更加复杂，因此不能直接将有线网络的虚拟化技术应用于无线虚拟化网络中。因此，实现无线虚拟化网络，同时将通信、存储资源等融合起来，可以提高频谱效益和能耗效益。无线虚拟化技术已经成为未来网络的重要发展方向。

为了满足对吞吐量的爆炸性要求，支持可持续发展和减少全球二氧化碳排放，能源效率(EE)已经成为第5代蜂窝网络的主要性能指标。网络的EE可以从引入新的网络框架，优化网络部署和资源分配等方面进行提升。从最近的研究中可以观察到，许多流行内容的重复下载产生了大部分移动多媒体业务流。这反映了网络从传统的发射机—接收机通信到内容传播的主要目标的转变。另一方面，当今的存储设备的存储容量也快速增长。因此，基站(BS)的高速缓存设备提供了一种有前途的方法来释放蜂窝网络的潜力。

缓存技术是改善许多有线网络领域的性能的技术，如以内容为中心的网络(CCN)。在蜂窝网络中，缓存流行内容在网络边缘可以减少回程成本、访问延迟和能量消耗，并提高吞吐量。根据之前的研究可以注意到回程成为小型网络(SCN)(如：5G的超密集网络(UDN))中的瓶颈，而磁盘大小以相对较低的成本快速增长，面对这种情况可以通过缓存设备来替代回程链路缓存在BS。

对于高度偏斜的需求，高速缓存应该被推到边缘，如蜂窝网络的SGW或BS。

发明内容