無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于業(yè)務(wù)信息的基站主動(dòng)存儲(chǔ).pdf

1、隨著無(wú)線寬帶業(yè)務(wù)及其流量的增長(zhǎng)，目前的無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)將很快無(wú)法滿足業(yè)務(wù)的需求，如何針對(duì)有限的網(wǎng)絡(luò)資源降低蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的流量負(fù)載成為了學(xué)術(shù)界和業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。流量本地化是降低網(wǎng)絡(luò)流量的有效途徑之一，但由于蜂窩系統(tǒng)無(wú)線鏈路的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的P2P技術(shù)將極大地增加空口上行鏈路負(fù)載?；局鲃?dòng)存儲(chǔ)是將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主動(dòng)存儲(chǔ)于蜂窩系統(tǒng)的基站中，可以減小回傳鏈路的流量，進(jìn)而緩解蜂窩系統(tǒng)中的流量負(fù)載，改善系統(tǒng)的性能。通過(guò)將主動(dòng)存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)相結(jié)合，有業(yè)務(wù)需求的

2、基站從鏈路狀態(tài)最好的臨近基站中接收足夠數(shù)量的文件分組即可，有效降低了傳輸占用的網(wǎng)絡(luò)資源并且避免了由于個(gè)別基站鏈路狀態(tài)較差無(wú)法響應(yīng)請(qǐng)求的風(fēng)險(xiǎn)。本文考慮的是蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基站主動(dòng)存儲(chǔ)技術(shù)，對(duì)基站存儲(chǔ)資源分配、基于業(yè)務(wù)的基站緩存更新以及結(jié)合D2D傳輸模式的存儲(chǔ)分配等方面面臨的一些問(wèn)題開(kāi)展了探索性的研究。
　　首先研究了靜態(tài)基站存儲(chǔ)分配算法。通過(guò)將業(yè)務(wù)主動(dòng)存儲(chǔ)于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的各基站中，當(dāng)用戶對(duì)于業(yè)務(wù)發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，本地基站從鄰近基站獲取業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

3、用戶，以流量本地化的方式降低了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的流量。通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)分配算法的研究，在已知基站鏈路狀態(tài)信息的基礎(chǔ)上，采用隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼的方式將文件存儲(chǔ)于蜂窩系統(tǒng)的各基站中。在滿足傳輸代價(jià)門(mén)限的條件下，最小化基站存儲(chǔ)空間。在文中證明基站存儲(chǔ)分配問(wèn)題是NP問(wèn)題，無(wú)法在可接受的時(shí)間內(nèi)求得最優(yōu)解。因此，本文提出一個(gè)啟發(fā)式的初始化存儲(chǔ)分配方案，在此基礎(chǔ)上通過(guò)迭代算法可以得到優(yōu)化的存儲(chǔ)分配方案，同時(shí)證明了迭代算法的收斂性。此外，還考慮了網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)或是業(yè)務(wù)

4、繁忙基站負(fù)載過(guò)大時(shí)，基站無(wú)法傳輸我們期望數(shù)量的業(yè)務(wù)分組，而是根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)及自身狀態(tài)傳輸可行數(shù)量的業(yè)務(wù)分組。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的不確定性，采用區(qū)間規(guī)劃的方法將已有存儲(chǔ)分配算法擴(kuò)展，并且提出用戶滿意度的概念，在保證用戶滿意度的情況下得到最優(yōu)存儲(chǔ)分配策略。
　　然后研究了分布式動(dòng)態(tài)基站存儲(chǔ)更新策略。在蜂窩系統(tǒng)中，分布式的業(yè)務(wù)存儲(chǔ)相對(duì)于集中式的存儲(chǔ)能夠更為有效地應(yīng)對(duì)業(yè)務(wù)需求變化，同時(shí)不需要中心控制，降低控制信令的開(kāi)銷(xiāo)?？紤]到存儲(chǔ)空間受限，基站必須基

5、于業(yè)務(wù)熱點(diǎn)程度調(diào)整緩存的數(shù)據(jù)以得到更高的緩存效率。我們研究了基站緩存替換策略以最小化蜂窩網(wǎng)基站間的傳輸代價(jià)。將問(wèn)題建模為馬爾科夫決策過(guò)程，基站間對(duì)于緩存內(nèi)容沒(méi)有額外的信息交換。我們提出了基于Q學(xué)習(xí)的緩存替換策略。對(duì)于每一次到達(dá)的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，根據(jù)統(tǒng)計(jì)先前數(shù)據(jù)的請(qǐng)求和基站間的傳輸，我們對(duì)可能的緩存更新行為計(jì)算傳輸代價(jià)以更新Q函數(shù)。分布式緩存替換策略的收斂性通過(guò)序貫階段博弈模型得到證明。
　　最后研究了結(jié)合D2D傳輸?shù)幕局鲃?dòng)存儲(chǔ)方法。傳

6、統(tǒng)的蜂窩通信方式中，一個(gè)用戶需要將數(shù)據(jù)傳送給另一個(gè)用戶時(shí)，必須通過(guò)基站進(jìn)行通信。而在D2D通信模式下，兩個(gè)鄰近用戶可以不經(jīng)過(guò)基站而直接通信，減輕蜂窩小區(qū)基站的負(fù)荷。基站需要考慮D2D傳輸對(duì)用戶向基站進(jìn)行業(yè)務(wù)請(qǐng)求的影響，根據(jù)D2D用戶存儲(chǔ)信息調(diào)整存儲(chǔ)策略。當(dāng)D2D用戶不移動(dòng)或是移動(dòng)速度很低時(shí)，在設(shè)計(jì)存儲(chǔ)分配及更新算法時(shí)，建立各業(yè)務(wù)D2D用戶的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，確定同時(shí)通信的最大D2D用戶數(shù)，從而獲得用戶選擇D2D模式通信的概率。若D2D用戶移動(dòng)速