一种面向物联网切片的缓存资源管理方法及其系统技术方案

本申请公开了一种面向物联网切片的缓存资源管理方法及其系统，其中面向物联网切片的缓存资源管理方法具体包括以下步骤：获取用户接入信息，根据用户接入信息计算收益值和开销值；根据开销值和收益值建立偏好列表；根据偏好列表，确定初始匹配集合；对初始匹配集合进行处理，确定最终匹配集合。本申请在缓存资源占主要地位的前提下，平衡其它物理资源的占用，既可以实现更优的性能，又可以在此基础上对多种物理资源进行均衡灵活分配，对移动物联网多种严格的通信要求地更好实现和面向服务特性下给用户更好的通信效用都有促进意义。特性下给用户更好的通信效用都有促进意义。特性下给用户更好的通信效用都有促进意义。

【技术实现步骤摘要】
一种面向物联网切片的缓存资源管理方法及其系统


[0001]本申请涉及移动通信网络领域，尤其涉及一种面向物联网切片的缓存资源管理方法及其系统。

技术介绍

[0002]近年来，在移动物联网不断发展的大背景下，物联网切片与移动计算与缓存技术的研究逐渐增多。为了应对物联网的典型应用场景，提供典型的移动物联网服务，以面向服务为基本思想的物联网切片概念被提出。物联网切片是一种按需组网的方式，可以让为物联网鹰潭提供服务的运营商在统一的基础设施上分离出多个虚拟的端到端网络，每个物联网切片从无线接入网、承载网再到核心网上进行逻辑隔离，以适配各种各样类型的应用。物联网切片技术的核心是软件定义网络(Software Define Network,SDN)和网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)，基于SDN的NFV功能从传统网络中分离出硬件和软件部分，硬件由统一的服务器部署，软件由不同的网络功能承担，从而实现灵活组装业务的需求。网络切片是基于逻辑的概念对资源进行的重组，根据服务等级(Level of Service Agreement,LSA)为特定的通信服务类型选定所需要的虚拟功能和物理资源，满足不同物联网应用场景中的服务要求。
[0003]而对于移动物联网面向内容和面向服务的特性，其计算需求大大增加，为减少计算过程中的通信时延，现有研究中引入了一种称为移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)的配置，即将有计算功能的服务器置入网络边缘的接入网基站中，成为一种为移动基站提供低时延计算和存储服务的通信系统；而为更好地实现低时延高可靠的要求，因为用户请求内容存在很大的重复性，所以缓存技术便成为了重要的手段，即根据用户请求内容出现的频次有选择地将用户请求的内容缓存于移动基站中，以便于下次再次请求时快速的返回给用户，极大地降低服务时延，提高用户的体验质量(Quality of Experiment,QoE)。所以，基于MEC的移动边缘缓存技术可以有效提升QoE，减小回传链路开销，特别是对于视频等多媒体内容传输，而在目前的移动物联网背景下，海量物联网的即时性通信要求更加增加了缓存服务的重要性。
[0004]因为用户请求内容服务时总是以获得更好的体验为目的，在多资源通信服务的背景下，物理资源的分配会陷入某种较便捷资源的单一极端占用的情况，使该种物理资源的压力显著增大，导致整个网络多种物理资源得不到均衡灵活的分配利用，而目前，缓存资源作为该种更优资源，存在这样的资源压力。故在研究移动基站多物理资源分配时，在以缓存资源为主的前提下，需要综合考虑服务开销的问题，以平衡用户对更优质物理资源的极端请求与占用，降低移动基站的压力。一方面，对于用户来说请求物理资源获得相应的效用，另一方面，对于移动基站来说，其提供物理资源产生服务开销，那么对于移动虚拟网络提供商(Mobile Virtual Network Provider,MVNP)来说，其所获得的总效用为效用与开销的差值，而MVNP作为网络切片服务的提供者，需要平衡自身的效用与开销，以获得更好的效益。通过这样的方式来对物理资源分配提供一种更为均衡的度量。

技术实现思路

[0005]本申请的目的本专利技术的目的在于面向物联网切片的缓存资源管理方法及其系统，在缓存资源占主要地位的前提下，平衡其它物理资源的占用，这一算法既可以实现更优的性能，又可以在此基础上对多种物理资源进行均衡灵活分配，对移动物联网多种严格的通信要求地更好实现和面向服务特性下给用户更好的通信效用都有促进意义。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提出一种面向物联网切片的缓存资源管理方法，具体包括以下步骤：获取用户接入信息，根据用户接入信息计算收益值和开销值；根据开销值和收益值建立偏好列表；根据偏好列表，确定初始匹配集合；对初始匹配集合进行处理，确定最终匹配集合。
[0007]如上的，其中，获取用户接入信息，根据用户接入信息计算收益值和开销值，具体包括以下子步骤：根据用户接入信息，计算无线链路传输速率；根据用户发送的网络切片的内容时的无线链路传输速率，计算传输时延；根据无线链路传输速率和传输时延，计算用户请求的内容的收益值和开销值。
[0008]如上的，其中，设r
num
表示微基站为用户u发送网络切片n中的内容m时的无线链路传输速率，微基站中用户u接入网络切片n请求内容m时的空口链路带宽为w
num
，那么传输速率r
num
具体表示为：
[0009][0010]其中g
u
为用户u与微基站通信时信道增益，P是微基站的发送功率，I
u
为受到的同频干扰，σ2是加性高斯白噪声的功率谱密度。由于采用同频复用的方式，故对于接入微基站的用户有w
num
＝W
p
，W
p
为微基站的无线链路带宽资源。
[0011]如上的，其中，当用户请求了物联网切片n中的内容m，通过移动基站计算处理的数据量表示为L
nm
,需要的移动基站计算资源为f
nm
,计算处理后数据内容大小为O
nm
；用户u对切片n中的内容m的请求设为q
num
，则用户u请求物联网切片n的内容m时，内容m在无线链路中的传输时延表示为：
[0012][0013]r
num
表示微基站为用户u发送网络切片n中的内容m时的无线链路传输速率。
[0014]如上的，其中，传输时延还包括：内容m在回程链路中的传输时延表示为：
[0015][0016]其中B
p
为微基站的回程容量资源，即接入微基站的每个用户的回程容量相等且固定,U表示U个用户，O
nm
为计算处理后数据内容大小，q
num
为用户u对切片n中的内容m的请求；
[0017]内容m在微基站的移动基站上的数据处理时延表示为：
[0018][0019]L
nm
为过移动基站计算处理的数据量表示，q
num
为用户u对切片n中的内容m的请求，f
nm
为需要的移动基站计算资源。
[0020]如上的，其中，用户u请求切片n的内容m的收益值E
num
具体表示为：
[0021][0022]其中表示用户u请求物联网切片n中的内容m的服务时延；z
num
∈{0,1}用于表明接入网络切片n的用户u卸载对内容m的请求交于移动基站还是云端处理，y
num
∈{0,1}用于指示用户u请求网络切片n中的内容m是否被微基站缓存，表示内容m在回程链路中的传输时延，表示内容m在无线链路中的传输时延，表示内容m在微基站的移动基站上的数据处理时延。
[0023]如上的，其中，开销值K
num
具体表示为：
[0024]K
num本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向物联网切片的缓存资源管理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：获取用户接入信息，根据用户接入信息计算收益值和开销值；根据开销值和收益值建立偏好列表；根据偏好列表，确定初始匹配集合；对初始匹配集合进行处理，确定最终匹配集合。2.如权利要求1所述的面向物联网切片的缓存资源管理方法，其特征在于，获取用户接入信息，根据用户接入信息计算收益值和开销值，具体包括以下子步骤：根据用户接入信息，计算无线链路传输速率；根据用户发送的网络切片的内容时的无线链路传输速率，计算传输时延；根据无线链路传输速率和传输时延，计算用户请求的内容的收益值和开销值。3.如权利要求2所述的面向物联网切片的缓存资源管理方法，其特征在于，设r
num
表示微基站为用户u发送网络切片n中的内容m时的无线链路传输速率，微基站中用户u接入网络切片n请求内容m时的空口链路带宽为w
num
，那么传输速率r
num
具体表示为：其中g
u
为用户u与微基站通信时信道增益，P是微基站的发送功率，I
u
为受到的同频干扰，σ2是加性高斯白噪声的功率谱密度。由于采用同频复用的方式，故对于接入微基站的用户有w
num
＝W
p
，W
p
为微基站的无线链路带宽资源。4.如权利要求2所述的面向物联网切片的缓存资源管理方法，其特征在于，当用户请求了物联网切片n中的内容m，通过移动基站计算处理的数据量表示为L
nm
,需要的移动基站计算资源为f
nm
,计算处理后数据内容大小为O
nm
；用户u对切片n中的内容m的请求设为q
num
，则用户u请求物联网切片n的内容m时，内容m在无线链路中的传输时延表示为：r
num
表示微基站为用户u发送网络切片n中的内容m时的无线链路传输速率。5.如权利要求4所述的面向物联网切片的缓存资源管理方法，其特征在于，传输时延还包括：内容m在回程链路中的传输时延表示为：其中B
p
为微基站的回程容量资源，即接入微基站的每个用户的回程容量相等且固定,U表示U个用户，O
nm
为计算处理后数据内容大小，q
num
为用户u对切片n中的内容m的请求；内容m在微基站的移动基站上的数据处理时延表示为：
L
nm
为过移动基站计算处理的数据量表示，q
num
为用户u对切片n中的内容m的请求，f
nm
为需要的移动基站计算资源。6.如权利要求5所述的面向物联网切片的缓存资源管理方法，其特征在于，用户u请求切片n的内容m的收益值E
num
具体表示为：其中表示用户u请求物联网切片n中的内容m的服务时延；...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱禹涛，郑远鹏，张天魁，杨鼎成，陈泽仁，陈昌鹤，黄伟，
申请(专利权)人：北京邮电大学南昌大学江西鑫铂瑞科技有限公司金砖国家未来网络研究院中国，
类型：发明
国别省市：