一種小基站緩存方法與流程
2023-12-08 22:48:01 2
本發明屬於無線通信技術領域，特別涉及一種小基站緩存方法。
背景技術：
隨著移動終端的大規模增長，移動數據量呈現出指數增長模式，為了滿足未來網絡需求，提高網絡容量並降低投資和運營成本，低功率小覆蓋基站(小基站)在下一代蜂窩網絡中將考慮超密集部署，即增大小基站部署密度(數量)，形成一種超密集小基站與宏基站(大功率大覆蓋基站)異構的網絡部署，即超密集組網(udn)。小基站將更多的為用戶提供數據服務及資源分配，而宏基站更多的作為控制管理層。在udn場景下，小基站隨機無規律部署其回程問題需要被考慮，傳統的有線回程方式需要選址和布線，將不適於廣泛隨機部署的小基站的回程通信，自回程作為一種利用蜂窩頻譜與宏基站進行回程通信的方式被廣泛研究。
採用自回程的小基站廣泛部署，主要為了增大覆蓋區域和宏基站覆蓋盲區，小基站採用無線自回程方式超密集部署，將不受回程布線限制，靈活高效，因此，為了使用戶能夠得到更好的訪問體驗，小基站需要有快速的數據信息調度能力。目前，自回程方式已被廣泛研究，其不受有線回程限制，有利於小基站的部署，但回程鏈路將會與接入鏈路競爭有限的頻譜資源，所面對的頻譜資源限制將會成為一個大的技術挑戰。目前小基站緩存部分信息已被研究，通過小基站緩存信息，可提高用戶請求信息返回速率，同時不需要向宏基站請求信息，不需要額外地佔用頻譜資源，同時減少了能量消耗。
現有的信息緩存方法包括：建立緩存信息表的方法、緩存重複請求的xml目錄信息和相關文件信息的方法、根據信息優先級緩存信息於信息隊列的方法等，這些信息緩存方法亦可應用於小基站中；但目前，這些方法尚未與小基站自回程問題相結合進行研究，也未考慮自回程速率與接入速率的限制，並且研究小基站信息緩存方法同時還需要考慮小基站的承載能力。相對於信息緩存方法已被廣泛研究，對於考慮小基站自回程問題的信息緩存方法卻尚未得到研究。
另外，目前對小基站自回程問題的研究需限制自回程速率大於接入速率，以使小基站信息請求及返回速率滿足用戶信息請求及返回速率，這也是影響網絡性能的一個因素。
技術實現要素：
本發明的目的是為了將緩存概念應用於超密集自回程小基站中，提出一種小基站緩存方法。本發明提出的方法放寬了自回程速率與接入速率之間的限制，通過信息緩存提高用戶訪問速率，並能夠提高能量效率和頻譜效率。
本發明提出的一種小基站緩存方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟：
1)在超密集組網udn場景下，任一小基站用戶u向為其提供服務的小基站n發送信息請求；
2)小基站n根據用戶u的請求檢測小基站緩存器中是否已緩存有與用戶請求相匹配的信息：若有，則小基站n向用戶u返回所請求的信息，方法結束；若沒有，則執行步驟3)，其中每個小基站緩存器的緩存容量為定值，假設為c；
3)小基站n通過自回程方式向宏基站發送用戶u信息請求的信息；
4)小基站n計算自回程速率與用戶接入速率分別如式(1)和式(2)所示：
式中，為宏基站對小基站n的發射功率，為小基站n對用戶u的發射功率，為回程信道的信道增益，為小基站n與用戶u之間的信道增益，σ2為回程信道的信道噪聲功率，σ'2為小基站n與用戶u之間的信道噪聲功率；
5)比較自回程速率與用戶接入速率的大小並進行判定：
若則說明小基站信息請求及返回速率不能滿足用戶信息請求及返回速率，用戶u請求信息失敗，重新返回步驟1),用戶u再次發送信息請求，同時執行步驟6)；若則執行步驟8)；
6)檢測小基站n緩存器剩餘容量c'並計算用戶u請求的信息大小b，c'≤c；
7)比較c'與b的大小並進行判定：
若c'＜b，則說明小基站n剩餘緩存容量無法容納新的信息內容，小基站n緩存器進行被動更新，釋放最長時間未被調用的信息，重新返回步驟6)；若c'≥b，則用戶u請求的信息進入小基站n緩存器，方法結束；其中緩存器更新分為主動更新和被動更新；
8)小基站n向用戶u返回從宏基站請求得到的用戶u所請求的信息，同時記錄該信息大小b並更新該信息被請求的次數n；同一信息被請求的次數n，在設定時長t'內若該信息未被緩存，則n歸零；
9)判斷b/n是否小於設定閾值ε，ε為信息緩存門限，根據平均信息大小和平均被請求次數設定；若b/n＜ε，則說明信息大小與被請求次數比值達到緩存閾值，信息滿足被緩存的條件，重新返回步驟6)；若b/n≥ε，則說明信息過大或訪問次數過少，信息大小與被請求次數比值未達到緩存閾值，信息不被小基站緩存，方法結束。
本發明的特點及有益效果：
本發明提出的一種小基站緩存方法，在udn場景下，用戶分為小基站用戶和宏基站用戶，由於小基站超密集部署，更多的為用戶提供數據服務，因此用戶多與小基站連接並向其發送信息請求，並由小基站直接或間接向其用戶提供服務。
本發明方法無需限制自回程速率大於接入速率，放寬了現有研究中自回程速率與接入速率之間的限制；通過將信息大小與該信息被訪問次數比與信息緩存門限進行比較判斷信息是否被緩存，可將被高頻率訪問的信息緩存，提高該信息被再次訪問時信息返回速率；通過小基站信息緩存，無需向宏基站發送請求，提高了能量效率和頻譜效率。
附圖說明
圖1為本發明方法的流程框圖。
圖2為本發明實施例中小基站緩存器主動更新方法流程框圖。
圖3為本發明實施例中同一信息被訪問次數n調整方法流程框圖。
具體實施方式
本發明提出的一種小基站緩存方法，下面結合附圖及具體實施例進一步說明如下。
本發明提出的一種小基站緩存方法，流程框圖如圖1所示，包括以下步驟：
1)在udn場景下，任一小基站用戶u向為其提供服務的小基站n發送信息請求；
2)小基站n根據用戶u的請求檢測小基站緩存器中是否已緩存有與用戶請求相匹配的信息：若有，則小基站n向用戶u返回所請求的信息，方法結束；若沒有，則執行步驟3)，其中每個小基站緩存器的緩存容量為定值，假設為c；
3)小基站n通過自回程方式向宏基站發送用戶u信息請求的信息，所述自回程方式為一種小基站利用蜂窩頻譜與宏基站進行回程通信的方法；
4)小基站n計算自回程速率與用戶接入速率本實施例假設只考慮下行速率，即基站到終端的通信速率，終端可為小基站或移動用戶；本發明可推廣到上下行速率(上行速率為終端到基站的通信速率)，分別如式(1)和式(2)所示：
式中，為宏基站對小基站n的發射功率，為小基站n對用戶u的發射功率，為回程信道的信道增益，為小基站n與用戶u之間的信道增益，σ2為回程信道的信道噪聲功率，σ'2為小基站n與用戶u之間的信道噪聲功率(假設採用先進的預編碼技術消除層間幹擾和多用戶幹擾)；
5)比較自回程速率與用戶接入速率的大小並進行判定：
若則說明小基站信息請求及返回速率不能滿足用戶信息請求及返回速率，用戶u請求信息失敗，重新返回步驟1),用戶u再次發送信息請求，同時執行步驟6)；若則執行步驟8)；
6)檢測小基站n緩存器剩餘容量c'並計算用戶u請求的信息大小b，c'≤c；
7)比較c'與b的大小並進行判定：
若c'＜b，則說明小基站n剩餘緩存容量無法容納新的信息內容，小基站n緩存器進行被動更新，釋放最長時間未被調用的信息，重新返回步驟6)；若c'≥b，則該用戶請求的信息進入小基站n緩存器，方法結束；其中緩存器更新分為主動更新和被動更新，主動更新為達到更新周期t時執行，流程框圖如圖2所示，包括以下步驟：
7-1)小基站緩存更新計時器記錄距上一次更新時間tt，並判斷tt是否等於固定更新周期t，若是，則執行步驟7-2)；否則，緩存更新計時器繼續計時；
7-2)緩存器釋放超過時間t(根據小基站n緩存器容量和小基站n承載的業務量設定，本實施例假設t為2/3t)未被用戶調用的緩存信息，緩存器主動更新，緩存更新計時器歸零，重新計時；
8)小基站n向用戶u返回從宏基站請求得到的用戶u所請求的信息，同時記錄該信息大小b並更新該信息被請求的次數n；同一信息被請求的次數n，在設定時長t內該信息若未被緩存，則n歸零，以避免同一信息被訪問間隔過長，同一信息被訪問次數n調整方法流程框圖如圖3所示，具體包括以下步驟：
8-1)當任一小基站用戶u向為其提供服務的小基站n發送信息請求，小基站內置該信息計時器從零開始計時，記錄該信息距被請求時間tt'；
8-2)判斷tt'是否達到t'：若達到，則n歸零，計時結束；否則繼續計時；
9)判斷b/n是否小於設定閾值ε(ε為信息緩存門限，根據平均信息大小和平均被請求次數設定，假設平均信息大小為2kb,平均被請求次數為10，則ε為200)；若b/n＜ε，則說明信息大小與被請求次數比值達到緩存閾值，信息滿足被緩存的條件，重新返回步驟6)；若b/n≥ε，則說明信息過大或訪問次數過少，信息大小與被請求次數比值未達到緩存閾值，信息不被緩存，方法結束。
本發明提出一種小基站緩存方法，小基站信息緩存速度大於用戶請求信息失敗後再次發送信息請求的速度。