隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展以及無線流量的飛速增長,移動通信行業(yè)正面臨網(wǎng)絡帶寬不夠的嚴峻挑戰(zhàn)。一種有效減少網(wǎng)絡流量、增加網(wǎng)絡帶寬利用率的方案是將流行的數(shù)據(jù)存儲在小型基站中,即基站主動存儲。由于數(shù)據(jù)在基站側,且基站和請求設備之間的距離很短,這些數(shù)據(jù)既能高效傳輸給用戶,又能減少網(wǎng)絡側的流量。因此,基站主動存儲是現(xiàn)在移動通信網(wǎng)絡的研究熱點之一。在蜂窩網(wǎng)絡的基站主動存儲中,數(shù)據(jù)存儲分配是一個非常關鍵的問題。針對這個問題,現(xiàn)有研究一般從傳輸延遲、總的存儲量、數(shù)據(jù)的流行度及能源效率等方面進行考慮,公平性很少有涉及。事實上公平性也是非常重要的,不公平的數(shù)據(jù)存儲會引發(fā)一系列的問題,如影響用戶的性能體驗以及較低的資源利用率等。本文從用戶公平性的角度來研究無線蜂窩網(wǎng)絡中基站主動存儲的存儲分配問題。本文主要工作如下:(1)提出了一個最大公平性存儲方案(Maximum Fairness Storage Allocation Scheme,MFSA)來解決基站主動存儲中資源分配不公平的問題。首先,本文對基站主動存儲的公平性問題進行了建模。具體來說,本文采用隨機線性網(wǎng)絡編碼的方式將內容存儲在基站中,在總的存儲量和傳輸延遲限制下,將存儲分配方案建模為最大化小基站訪問資源的Jain公平性。其次,設計了可以求解本文問題的遺傳算法。該遺傳算法采用矩陣編碼,利用罰函數(shù)法將有約束優(yōu)化轉換為無約束優(yōu)化,以及利用模擬退火方法加速遺傳算法的收斂速度。最后,利用所設計的遺傳算法對該問題進行了求解。實驗數(shù)據(jù)表明,與對比論文的存儲方案相比,本文的存儲方案在公平性上有較大的提升,公平性指數(shù)在總的存儲量限制為3000,4000,5000時分別提高了17.01%,19.10%和18.20%,在傳輸延遲限制為50,60,70,80時分別提高了12.51%,15.10%,20.54%和21.20%。(2)提出了一種基于MOEA/D(Multi-Objective Evolutionary Algorithm Based on Decomposition)的多目標基站主動存儲緩存方案,同時優(yōu)化總的存儲量、總的傳輸延遲以及用戶的公平性。首先,本文研究了基于多目標分解的MOEA/D算法,并依據(jù)該算法和基站主動存儲應用需求,重定義了3個相關聯(lián)的優(yōu)化目標,建立了約束條件。其次,設計了可以求解本文問題的MOEA/D算法。將MOEA/D算法中進化算法的矩陣自變量向量化使得算法更加簡化,并在懲罰函數(shù)中引入模擬退火思想保證種群的進化方向。最后利用所設計的MOEA/D算法求解問題。通過將所得的最優(yōu)解與權重向量對照分析,揭示可以通過調節(jié)權重向量而設置想要側重優(yōu)化的目標,這給實際運用場景提供了不同的選擇。此外,還分析了算法的性能,通過固定權重向量分析了算法的收斂性;通過對兩種聚合算法的分析發(fā)現(xiàn)運用切比雪夫聚合法更適合解決本文的問題。
【學位單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.5
【部分圖文】：

可以部署緩存的地方包括宏基站(Macro Base Station, MBS)、小基站（Small Base Station, SBS）和用戶設備。如圖2.1 所示為目前最典型的關于邊緣存儲的設想。圖中的系統(tǒng)由中心網(wǎng)絡、宏基站、微基站和移動設備組成，這些設備都可以進行數(shù)據(jù)的存儲以及數(shù)據(jù)之間的互相傳輸。接下來分別介紹這三個緩存場所：（1）宏基站（Macro Base Station, MBS）緩存在異構網(wǎng)絡中，MBS 具有更大的覆蓋范圍，可以為更多的用戶提供服務。在 MBS 中緩存可以獲得更好的緩存命中概率。在文獻[61]中，作者研究了 MBS 主動式緩存的性能，并結合邊緣緩存技術提出了一種視頻感知回程和無線信道調度技術。結果表明，該技術可以顯著降低視頻的傳輸延遲。在文獻[8]中，作者提出了一種啟發(fā)式方法來解決 MBS 緩存中的存儲分配問題。

杭州電子科技大學碩士學位論文信息傳輸過程。如圖 2.2(a)所示，信息源分別向 u 和 v 傳輸比特 b1和 b2，此運用網(wǎng)絡編碼，中間的節(jié)點只負責復制和轉發(fā)。當兩個比特同時傳輸至 w 時條輸出信道（w,x），因此只能傳輸一個比特。如果 w 傳輸了 b1，那么 t1沒有這個路由方案無法實現(xiàn)兩個比特的多播傳輸。果中間節(jié)點可以進行網(wǎng)絡編碼再傳輸，則接收點可以接收到預期的數(shù)據(jù)。如圖中⊕代表模 2 加，節(jié)點 w 將接收到的 b1和 b2模 2 加編碼后再傳輸，這樣編碼 t1和 t2后，可通過模 2 加將數(shù)據(jù)恢復，這樣 t1和 t2都接收到了 b1和 b2，而如碼則信道(w,x)至少需要發(fā)送 2 比特。數(shù)據(jù)恢復的具體操作如下：1 1 2 1 1 2 2 22 1 2 2 2 1 1 1( ) ( ) 0( ) ( ) 0b b b b b b b bb b b b b b b b

杭州電子科技大學碩士學位論文:2121( )KkkKkkxJ xK x Jain 指標門限, J(x)是指標函數(shù)，xk為系統(tǒng)分配給第 k 個用圍內，兩個端點分別代表最差和最好情況，當所有的個體。比如有兩個用戶甲和乙進行資源分配，那么用戶甲和乙示：
【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 吳志遠,邵惠鶴,吳新余;基于遺傳算法的退火精確罰函數(shù)非線性約束優(yōu)化方法[J];控制與決策;1998年02期

2 席裕庚，柴天佑，惲為民;遺傳算法綜述[J];控制理論與應用;1996年06期

相關博士學位論文 前1條

1 郭重濤;蜂窩網(wǎng)絡中的用戶公平性保障技術研究[D];西安電子科技大學;2014年

相關碩士學位論文 前2條

1 張夢婷;協(xié)作通信中的中繼選擇和用戶調度公平性研究[D];西安電子科技大學;2014年

2 王羽;無線傳感器網(wǎng)絡公平性研究[D];北京郵電大學;2013年

本文編號：2880650