無線緩存網(wǎng)絡(luò)的時延性能研究.pdf

1、全球移動數(shù)據(jù)流量的爆發(fā)式增長，其中主要是多媒體數(shù)據(jù)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中用戶延遲加重，給基站到核心網(wǎng)的回程鏈路帶來了嚴重負擔(dān)?；爻替溌分械木W(wǎng)絡(luò)擁塞又可能會導(dǎo)致更嚴重的傳輸時延問題，并且降低用戶體驗質(zhì)量(QOE，Quality of Experience)。為了支持日益增長的移動數(shù)據(jù)流量，部署基站緩存技術(shù)來減少傳輸時延和回程鏈路負載是一種較為有效的方法。基站緩存技術(shù)將訪問次數(shù)較為頻繁的數(shù)據(jù)緩存在距離用戶更近的小基站或無線終端中，從而滿足用戶請求而無

2、需增加回程鏈路負載。本文就是在5G異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的背景下，深入研究和討論如何部署基站緩存技術(shù)從而減少系統(tǒng)傳輸時延，提高系統(tǒng)性能。
　　考慮異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的場景，本文首先研究的是兩層無線緩存網(wǎng)絡(luò)模型下的時延性能。其中，兩層緩存網(wǎng)絡(luò)節(jié)點按照齊次泊松點過程分布部署。緩存助手(helper)層都具有緩存功能，但只有一部分用戶具有緩存功能。因此總的傳輸時延包括三種時延，即用戶終端到用戶終端的時延，緩存助手到用戶的時延，以及基站到用戶的時延。本文根據(jù)齊次

3、泊松點過程分布的隨機統(tǒng)計特性，分別計算出三種不同時延發(fā)生的概率，從而求得系統(tǒng)的平均傳輸時延。通過對平均傳輸時延進行優(yōu)化求解，提出了在該兩層無線緩存網(wǎng)絡(luò)模型下的最佳緩存配置策略。即當只有少數(shù)具有緩存功能的用戶和緩存助手參與到通信網(wǎng)絡(luò)中時，應(yīng)該緩存較為流行的文件。而當有許多具有緩存功能的用戶和緩存助手參與到通信網(wǎng)絡(luò)中時，更應(yīng)該考慮緩存內(nèi)容的多樣性，盡可能緩存更多的文件。優(yōu)化問題的求解運用了凸優(yōu)化差值(DC，Difference of Con

4、vex)算法，達到很好的收斂效果。建立仿真平臺，比較分析，證實了最佳緩存配置策略下的系統(tǒng)性能優(yōu)于流行度緩存策略和平均緩存策略下的系統(tǒng)性能。
　　接著，本文從另一角度分析了回程鏈路時延已知條件下的無線緩存網(wǎng)絡(luò)的時延性能。首先建立了基站緩存網(wǎng)絡(luò)模型，考慮每個基站并非完整地緩存某個文件，而是緩存一定比例的文件，從而提出了與上一種緩存模型不同的用戶連接策略。其中，當用戶每次發(fā)出不同的請求文件時，都有一個候選基站集群相匹配。根據(jù)用戶到基站的

5、傳輸時延排序，依次從候選基站中選擇傳輸時延較短的基站傳輸文件到用戶。系統(tǒng)傳輸時延主要包括兩個部分，一是用戶有候選基站時的平均傳輸時延;二是用戶沒有候選基站，必須由核心網(wǎng)通過回程鏈路傳輸文件到基站，再由基站傳輸文件給用戶的時延，這一部分的回程鏈路時延是已知的。根據(jù)這兩部分時延確立了關(guān)于最小化傳輸時延問題的目標函數(shù)，通過對目標函數(shù)進行優(yōu)化求解，提出了針對回程鏈路時延已知條件下的無線緩存網(wǎng)絡(luò)的最佳緩存配置策略。優(yōu)化問題的求解運用到拉格朗日松弛