欢迎来到知嘟嘟! 联系电话:13095918853 卖家免费入驻,海量在线求购! 卖家免费入驻,海量在线求购!
知嘟嘟
我要发布
联系电话:13095918853
知嘟嘟经纪人
收藏
专利号: 2020116323893
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-08-27
缴费截止日期: 暂无
价格&联系人
年费信息
委托购买

摘要:

权利要求书:

1.一种Fog‑RAN网络缓存放置问题的建模和决策方法,其特征在于包括两个阶段:阶段一:对Fog‑RAN网络的缓存内容放置问题进行建模,且建模时考虑雾节点之间的协作:即当某个雾节点未缓存其服务用户所需内容时,先从与其协作的雾节点集合中寻找是否存在某个协作雾节点缓存了所需的内容,若存在协作雾节点缓存了该内容,则先由该协作雾节点传输给当前雾节点,再由当前雾节点传输给用户,从而降低用户的平均下载时延;

阶段二:采用基于广度优先的分布式决策方法缓存内容放置进行决策;首先找到Fog‑RAN网络的雾节点连通子图,然后从每个子图最小编号的雾节点出发,采用受拟阵约束的单调子模优化方法解决它的缓存放置问题,再然后根据广度优先策略找到与其协作的协作雾节点,解决它们的缓存放置问题,一直往下寻找,直到将Fog‑RAN网络中所有的雾节点的缓存内容放置都完成决策。

2.根据权利要求1所述的一种Fog‑RAN网络缓存放置问题的建模和决策方法,其特征在于阶段一所述的建模包括以下几个步骤:步骤1:考虑一个包含M个雾节点和K个用户的雾无线接入网系统,定义N={n1,…,nM}为雾节点集合的表达式,U={u1,…,uK}为用户集合的表达式;每个用户只能被一个雾节点所服务,而一个雾节点可以服务多个处于其覆盖范围内的移动用户;每个雾节点都具备存储能力且存储容量有限,定义雾节点nm的存储容量为Qm;相邻雾节点之间可以单跳通信,用于进行消息传递和缓存内容传输,即可以互相协作;

步骤2:将雾节点与用户的服务关系定义为一个M×K的矩阵L;其中,矩阵中的元素lmk指示雾节点nm和用户uk之间的服务关系:lmk=1表示雾节点nm服务于用户uk;lmk=0表示雾节点nm不服务用户uk;定义雾节点nm服务的用户的集合为Um={uk∈U|lmk=1};

步骤3:将雾节点之间的协作关系定义为一个M×M的矩阵C;其中,矩阵中的元素cmm′指示了雾节点nm和雾节点nm′之间的协作关系,其中,雾节点nm和雾节点nm′为两个不同的雾节点;cmm′=1表示雾节点nm和雾节点nm′之间能进行协作;cmm′=0表示雾节点nm和雾节点nm′之间不能进行协作;定义能够与雾节点nm进行协作的雾节点集合为Cm={nm′∈N|cmm′=1};

步骤4:假设整个网络总共存在Q种内容,每种内容的大小固定,定义所有内容的集合为F={f1,…,fQ},这些内容全部存储于云数据中心的内容服务器中,并且根据需求雾节点可以从这些内容服务器中下载内容并缓存在自己的存储设备中;内容的流行度是根据全体用户的喜好来定的,定义内容喜好列表为[fk1,…,fkQ],其中,fki定义为用户uk对于内容的喜好程度,值越大代表用户的喜好程度越高,被访问的概率也越高;定义pkq为用户uk访问内容fq的概率;

步骤5:将雾节点与内容的存储关系定义为一个M×Q的缓存决策矩阵X;其中,矩阵中的元素xmq指示了雾节点nm和内容fq的缓存关系:xmq=1表示雾节点nm缓存了内容fg;xmq=0表示雾节点nm没有缓存内容fq;由于协作雾节点之间可以进行内容的传输,当雾节点nm所服务的用户uk请求的内容没有缓存在雾节点nm中时,雾节点nm可以从与其协作的雾节点集合中寻找一个缓存了该内容的雾节点,并向它请求该内容;若存在多个协作雾节点缓存了该内容,则选择距离最近的协作雾节点向它发起请求;若存在雾节点nm′缓存了该内容,则雾节点nm′将内容传输给雾节点nm,再由雾节点nm传输给用户;若其协作雾节点也没有缓存该内容,则雾节点nm从云数据中心的内容服务器下载该内容;

步骤6:整个Fog‑RAN网络以用户下载时延最小化为目标,则所有雾节点的缓存放置问题可以建模为:

其中, 为全体用户的平均下载延迟;Dkq(·)为用户uk从其接入雾节点nm下载内容fq的下载延迟;|fq|为内容fq的大小;Rmk为雾节点nm到用户uk的传输速率;Dnm为雾节点nn与协作雾节点nm之间的传输时延;I(·)为标志函数,当用户uk的接入雾节点nm的协作雾节点中缓存了内容fq时为1,否则为0;DC为云数据中心的内容服务器将内容传输给雾节点nm的传输时延。

3.根据权利要求2所述的一种Fog‑RAN网络缓存放置问题的建模和决策方法,其特征在于阶段二具体包括如下步骤:

步骤(1):各雾节点采用泛洪策略分布式地找到各自所在的网络拓扑图的连通子图;

步骤(2):初始化缓存决策矩阵X和处理标记矢量T(T=(t1,…,tM)),接着让各连通子图中雾节点编号最小的雾节点为每个连通子图初始化一个待处理队列P,然后将自身雾节点加入到待处理队列P中;

步骤(3):从待处理队列P中按序取出一个雾节点nm,然后采用拟阵约束的单调子模优化方法完成其缓存内容的决策;

步骤(4):更新处理标记矢量T和待处理队列P;

步骤(5):若待处理队列P不为空,将P、T和X传输给P中的第一个雾节点,然后执行步骤(3);否则,P为空,本连通子图的缓存内容决策完成。

4.根据权利要求3所述的一种Fog‑RAN网络缓存放置问题的建模和决策方法,其特征在于所述的缓存决策矩阵X初始化为M×Q的0矩阵;所述的处理标记矢量T初始化为0向量,维数等于所有雾节点的个数;所述的待处理队列P为一个先进先出队列,用于临时存放需要进行缓存内容放置决策的雾节点。

5.根据权利要求3或4所述的一种Fog‑RAN网络缓存放置问题的建模和决策方法,其特征在于步骤(3)具体步骤如下:

步骤3.1:定义雾节点nm的基础子集 为:其中,元素 表示雾节点nm缓存了内容fq这一事件;基础子集 包含了雾节点nm可以选择的所有缓存放置决策事件;

步骤3.2:定义边际收益 为:

其中,X′为雾节点nm缓存一个新内容fq之后的缓存决策矩阵,X为原来的缓存决策矩阵,边际收益 就是雾节点nm缓存一个新内容fg之后全体用户的平均下载延迟降低的数量;

步骤3.3:从雾节点nm对应的基础子集 中逐个取出元素 计算边际收益选择使得边际收益最大的元素 限据该元素更新缓存决策矩阵X;

步骤3.4:将元素 从基础子集 中移除;

步骤3.5:重复步骤3.3和3.4,直到雾节点nm缓存内容的数量达到了该雾节点的缓存容量上限Qm。

6.根据权利要求5所述的一种Fog‑RAN网络缓存放置问题的建模和决策方法,其特征在于步骤(4)具体步骤如下:

步骤4.1:将雾节点nm对应的处理标记分量tm设置为1,表示雾节点nm已经完成缓存内容决策;

步骤4.2:将雾节点nm从待处理队列P中移除;

步骤4.3:根据协作关系矩阵C获取到雾节点nm的协作雾节点,并根据处理标记矢量T判断其协作雾节点是否完成缓存内容决策;若未完成,则将该协作雾节点加入到待处理队列P中。