[发明专利]一种基于MOEA/D的多目标基站主动存储分配方法

说明书

本发明公开了一种基于MOEA/D的多目标基站主动存储分配方法，包括如下步骤：S1，建立基站主动数据存储及传输的公平性目标、传输代价目标和存储量目标；S2，建立基站主动数据存储及传输的数据恢复约束条件、基站存储约束条件和传输比例约束条件；S3，利用MOEA/D方法在S2所规定的约束条件下求解S1定义的公平性目标、传输代价目标和存储量目标联合优化问题。本方法通过存储分配方案建模成多目标函数，同时优化总的存储量，总的传输时延以及用户的公平性，可以通过调节权重向量而设置想要侧重优化的目标，这给实际运用场景中提供了不同的选择，使存储分配算法更加灵活。

技术领域

本发明属于无线蜂窝网络边缘存储技术领域，尤其涉及一种基于MOEA/D的多目标基站主动存储分配方法。

背景技术

近年来，随着蜂窝移动通信网络数据流量的急剧增长，网络侧的数据传输逐渐成为数据传输的性能瓶颈。在这种背景下，基于流量本地化思想来降低网络侧的数据流量的技术成为蜂窝移动通信网络研究和应用热点之一。流量本地化的一种实现技术就是基站主动存储，该技术将热点数据主动存储在靠近用户侧的基站中，既能降低网络侧的数据流量，又能减少数据传输至用户的时延。

蜂窝移动通信网络中基站主动存储(或边缘存储)的系统构架为：1)假设一个蜂窝移动通信网络用户侧有N个小基站，服务大量的终端用户，这些基站在固定的位置并且具有存储能力。2)由于每个小基站的存储容量受限，因而热点数据需要采用网络分组编码的形式存储在这N个小基站中，即每个小基站只存储某个热点数据的部分分组包。3)当用户向其服务小基站请求某个热点数据时，服务小基站需要从其它小基站接收该热点数据的一定分组数，才能恢复出用户需要的热点数据。4)由于热点数据采用网络分组编码，服务小基站向其它小基站请求数据分组时，只需要从与服务小基站通信距离较近且信道条件较好的存有该热点数据的基站中获得数据分组。

蜂窝移动通信网络中基站主动存储的关键问题之一就是数据存储分配，即每个基站存储多少的热数据分组。目前为提高基站主动存储系统的性能，一般是从传输延时、总的存储容量和用户公平性等方面进行研究。这些研究通常都只考虑优化系统某方面的性能，但是在实际运用场景中，需要综合考虑系统每个方面的性能。例如，实际运用中总是希望的用户公平性，数据存储在基站中的总存储量以及传输延迟都能得到优化。

MOEA/D是一种将传统的数学规划方法与多目标进化相结合的优化方法。MOEA/D由英国Essex大学的Zhang和Li在2007时提出，该方法优越的性能使其在众多的多目标进化方法中脱颖而出。MOEA/D利用权重向量将多目标问题分解成不同子问题，每个子问题的权重向量均不同，然后利用进化方法并行优化各子问题。

发明内容

基于MOEA/D方法和基站主动存储数据分配问题，本发明提出一种基于MOEA/D的多目标基站主动存储分配方法，以优化总的存储量、传输延迟以及用户公平性。

本发明公开了一种存储量、传输代价以及公平性联合优化的基站主动数据存储及传输方案。具体来说，数据主动存储方案是指决定每个基站需要存储的数据包数m_i；数据传输方案是指决定当任意基站j访问热点数据时需要从其它基站i传输的数据分组数占基站i存储数据的比例α_ij。此外，本发明假设小基站总的数量为N；每个数据分组从基站i传送到基站j所需要的传输代价已知，记为c_ij。

为解决上述问题，本发明公开的一种基于MOEA/D的多目标基站主动存储分配方法，包括如下步骤：

S1，建立基站主动数据存储及传输的公平性目标、传输代价目标和存储量目标；

S2，建立基站主动数据存储及传输的数据恢复约束条件、基站存储约束条件和传输比例约束条件；

S3，利用MOEA/D方法在S2所规定的约束条件下求解S1定义的公平性目标、传输代价目标和存储量目标联合优化问题。

进一步地，步骤S1中，