無線緩存網絡的時延性能研究.pdf

1、全球移動數據流量的爆發(fā)式增長，其中主要是多媒體數據，導致網絡中用戶延遲加重，給基站到核心網的回程鏈路帶來了嚴重負擔?；爻替溌分械木W絡擁塞又可能會導致更嚴重的傳輸時延問題，并且降低用戶體驗質量(QOE，Quality of Experience)。為了支持日益增長的移動數據流量，部署基站緩存技術來減少傳輸時延和回程鏈路負載是一種較為有效的方法?；揪彺婕夹g將訪問次數較為頻繁的數據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異構網絡的背景下，深入研究和討論如何部署基站緩存技術從而減少系統(tǒng)傳輸時延，提高系統(tǒng)性能。
　　考慮異構網絡的場景，本文首先研究的是兩層無線緩存網絡模型下的時延性能。其中，兩層緩存網絡節(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絡模型下的最佳緩存配置策略。即當只有少數具有緩存功能的用戶和緩存助手參與到通信網絡中時，應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絡中時，更應該考慮緩存內容的多樣性，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絡的時延性能。首先建立了基站緩存網絡模型，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。根據這兩部分時延確立了關于最小化傳輸時延問題的目標函數，通過對目標函數進行優(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絡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