隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展以及無線流量的飛速增長,移動(dòng)通信行業(yè)正面臨網(wǎng)絡(luò)帶寬不夠的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。一種有效減少網(wǎng)絡(luò)流量、增加網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率的方案是將流行的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在小型基站中,即基站主動(dòng)存儲(chǔ)。由于數(shù)據(jù)在基站側(cè),且基站和請(qǐng)求設(shè)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(luò)側(cè)的流量。因此,基站主動(dòng)存儲(chǔ)是現(xiàn)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)之一。在蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基站主動(dòng)存儲(chǔ)中,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分配是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。針對(duì)這個(gè)問題,現(xiàn)有研究一般從傳輸延遲、總的存儲(chǔ)量、數(shù)據(jù)的流行度及能源效率等方面進(jìn)行考慮,公平性很少有涉及。事實(shí)上公平性也是非常重要的,不公平的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)會(huì)引發(fā)一系列的問題,如影響用戶的性能體驗(yàn)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(luò)中基站主動(dòng)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)分配問題。本文主要工作如下:(1)提出了一個(gè)最大公平性存儲(chǔ)方案(Maximum Fairness Storage Allocation Scheme,MFSA)來解決基站主動(dòng)存儲(chǔ)中資源分配不公平的問題。首先,本文對(duì)基站主動(dòng)存儲(chǔ)的公平性問題進(jìn)行了建模。具體來說,本文采用隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼的方式將內(nèi)容存儲(chǔ)在基站中,在總的存儲(chǔ)量和傳輸延遲限制下,將存儲(chǔ)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(shè)計(jì)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(zhuǎn)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(shè)計(jì)的遺傳算法對(duì)該問題進(jìn)行了求解。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,與對(duì)比論文的存儲(chǔ)方案相比,本文的存儲(chǔ)方案在公平性上有較大的提升,公平性指數(shù)在總的存儲(chǔ)量限制為3000,4000,5000時(shí)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(shí)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(biāo)基站主動(dòng)存儲(chǔ)緩存方案,同時(shí)優(yōu)化總的存儲(chǔ)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(biāo)分解的MOEA/D算法,并依據(jù)該算法和基站主動(dòng)存儲(chǔ)應(yīng)用需求,重定義了3個(gè)相關(guān)聯(lián)的優(yōu)化目標(biāo),建立了約束條件。其次,設(shè)計(jì)了可以求解本文問題的MOEA/D算法。將MOEA/D算法中進(jìn)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(jìn)化方向。最后利用所設(shè)計(jì)的MOEA/D算法求解問題。通過將所得的最優(yōu)解與權(quán)重向量對(duì)照分析,揭示可以通過調(diào)節(jié)權(quán)重向量而設(shè)置想要側(cè)重優(yōu)化的目標(biāo),這給實(shí)際運(yùn)用場(chǎng)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(quán)重向量分析了算法的收斂性;通過對(duì)兩種聚合算法的分析發(fā)現(xiàn)運(yùn)用切比雪夫聚合法更適合解決本文的問題。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(shè)備。如圖2.1 所示為目前最典型的關(guān)于邊緣存儲(chǔ)的設(shè)想。圖中的系統(tǒng)由中心網(wǎng)絡(luò)、宏基站、微基站和移動(dòng)設(shè)備組成，這些設(shè)備都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)之間的互相傳輸。接下來分別介紹這三個(gè)緩存場(chǎng)所：（1）宏基站（Macro Base Station, MBS）緩存在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，MBS 具有更大的覆蓋范圍，可以為更多的用戶提供服務(wù)。在 MBS 中緩存可以獲得更好的緩存命中概率。在文獻(xiàn)[61]中，作者研究了 MBS 主動(dòng)式緩存的性能，并結(jié)合邊緣緩存技術(shù)提出了一種視頻感知回程和無線信道調(diào)度技術(shù)。結(jié)果表明，該技術(shù)可以顯著降低視頻的傳輸延遲。在文獻(xiàn)[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(chǔ)分配問題。

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)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(yùn)用網(wǎng)絡(luò)編碼，中間的節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)兩個(gè)比特同時(shí)傳輸至 w 時(shí)條輸出信道（w,x），因此只能傳輸一個(gè)比特。如果 w 傳輸了 b1，那么 t1沒有這個(gè)路由方案無法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)比特的多播傳輸。果中間節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼再傳輸，則接收點(diǎn)可以接收到預(yù)期的數(shù)據(jù)。如圖中⊕代表模 2 加，節(jié)點(diǎn) 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(fù)，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(fù)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(xué)碩士學(xué)位論文:2121( )KkkKkkxJ xK x Jain 指標(biāo)門限, J(x)是指標(biāo)函數(shù)，xk為系統(tǒng)分配給第 k 個(gè)用圍內(nèi)，兩個(gè)端點(diǎn)分別代表最差和最好情況，當(dāng)所有的個(gè)體。比如有兩個(gè)用戶甲和乙進(jìn)行資源分配，那么用戶甲和乙示：
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 吳志遠(yuǎn),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(yīng)用;1996年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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

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

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

本文編號(hào)：2880650