基于随机几何的异构无线网络边缘缓存与时延优化

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移动互联网的飞速发展带来了前所有未的机遇与挑战,爆炸式的移动数据流量增长给传统的移动网络带来了巨大的压力。异构网络与边缘缓存将成为新一代移动通信中提高网络性能,保证用户服务质量的重要手段。具体而言,异构网络拥有优秀的热点覆盖能力并能灵活适应用户不同的应用场景。在宏蜂窝中引入不同层级的微蜂窝可以有效满足不同用户的需求,同时在降低系统时延、提高服务质量、卸载宏蜂窝流量等方面做出贡献。而边缘缓存被认为在降低时延、提高服务质量、改善回程链路拥塞等问题上具有巨大的潜力。但是现有针对异构网络性能的分析仅考虑用户与基站的交付,并没有考虑基站的回程链路状态与边缘缓存的影响。针对已有基站分布模型存在的问题,本文考虑了一个具有休眠策略与偏置接入策略的异构无线蜂窝网络场景,并引入边缘缓存技术。本文围绕着用户的总时延,分析了不同场景下缓存策略与偏置因子对系统性能的影响。在该模型下,本文将用户时延分解为了两个部分:基站从核心网络中下载用户请求内容所需的回程链路时延和用户与基站间通信花费的无线传输时延。围绕回程链路时延,本文求得了异构无线蜂窝网络中回程链路时延的一般数学表达结果。并通过该结果分析了不同缓存策略的性能,给出了最小化回程链路时延的缓存策略。结果表明,该缓存策略在满足最小化回程链路时延的同时,也能为系统提供了最大的缓存命中率。针对无线传输时延,本文求得了系统模型下无线传输时延的数学表达结果,该结果充分考虑了网络的异构性,具有良好的一般性与可扩展性。更进一步,本文在使用最小回程链路时延缓存策略的基础上,同时针对无线传输时延与回程链路时延,通过归一化思想,给出了系统总时延的一般表达结果。结果表明,缓存放置策略、基站分布、发射功率、休眠策略、信干噪比门限和偏置因子等参数将共同影响用户的总时延。同时分析了这些关键参数对用户总时延的影响。此外本文考虑了一个特殊场景,并在该场景下求得了系统最优偏置因子的数学表达结果。使用最优偏置因子能使系统获得最好的用户总时延性能。该结果对于针对性地设置系统参数与偏置因子具有重要意义。
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