CN108848521B - 基于基站协作的蜂窝异构网络联合用户关联、内容缓存及资源分配方法 - Google Patents

基于基站协作的蜂窝异构网络联合用户关联、内容缓存及资源分配方法 Download PDF

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CN108848521B CN201810758055.7A CN201810758055A CN108848521B CN 108848521 B CN108848521 B CN 108848521B CN 201810758055 A CN201810758055 A CN 201810758055A CN 108848521 B CN108848521 B CN 108848521B
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Abstract

本发明涉及一种基于基站协作的蜂窝异构网络联合用户关联、内容缓存及资源分配方法，属于无线通信技术领域。本发明基于基站协作的蜂窝异构网络中请求用户可以选择三种关联模式，分别为宏蜂窝基站关联模式、小蜂窝基站直接关联模式及基于基站协作的SBS关联模式。假设SBS具有一定缓存能力且相邻SBS之间可相互协作，实现缓存内容转发，以网络成本函数最小化为目标，优化确定用户关联、内容缓存及资源分配策略。

Description

基于基站协作的蜂窝异构网络联合用户关联、内容缓存及资 源分配方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及基于基站协作的蜂窝异构网络联合用户关联、内容缓存及资源分配方法。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，传统蜂窝网络架构已无法应对爆炸式增长、种类繁多的移动终端业务需求以及频谱资源紧张等问题。蜂窝异构网络通过将小功率节点的小蜂窝基站(Small BaseStation，SBS)，如pico基站、femto基站以及中继节点等部署于传统的宏蜂窝小区内，可以为用户提供具有更高传输质量的通信链路，并可有效提升频谱效率。
内容缓存作为一种新兴的技术，将网络用户请求频率高的热点内容预先缓存在距离用户较近的接入网节点如SBS处，可实现用户请求内容的本地获取，以减小蜂窝回程链路传输时延，缓解回程链路业务负载。此外，也可采用基站间协作实现内容缓存，若用户所关联SBS处未缓存用户所需内容，可基于SBS之间的协作从邻居SBS处获取，从而进一步提高缓存命中率及基础设施利用率。
近年来，已有文章针对蜂窝网络的缓存技术开展研究，如提出一种用户关联、内容缓存机制以实现网络吞吐量最大化；针对无线资源紧张问题，也有文章提出蜂窝异构网络联合用户关联及资源分配策略。然而，现有研究较少考虑支持SBS协作的蜂窝异构网络联合用户关联、内容缓存及资源分配优化策略，导致网络性能受限。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于基站协作的蜂窝异构网络联合用户关联、内容缓存及资源分配方法，在该方法中，假设网络由一个MBS和多个SBS组成，该网络中请求用户可以选择三种网络接入模式，分别为MBS关联模式、SBS直接关联模式及基于基站协作的SBS关联模式，建模网络成本函数为优化目标，确定联合用户关联，内容放置及资源分配优化策略。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于基站协作的蜂窝异构网络联合用户关联、内容缓存及资源分配方法，包括以下步骤：
S1：建模用户内容需求标识；
S2：建模用户关联变量；
S3：建模SBS内容缓存变量；
S4：建模用户数据传输速率；
S5：建模网络成本函数；
S6：建模MBS关联模式传输时延；
S7：建模SBS直接关联模式传输时延；
S8：建模基于基站协作的SBS关联模式传输时延；
S9：建模MBS回程成本；
S10：建模联合用户关联、内容缓存及资源分配限制条件；
S11：基于网络成本函数最小化，确定用户关联模式、内容缓存及资源分配策略。
进一步，在步骤S1中，建模用户内容需求标识，令RU＝{RU1,...,RUM}表示请求用户(RequestUser，RU)集合，其中，RUi表示第i个请求用户，1≤i≤M，M为请求用户数目；令F＝{f1,...,fL}表示RU请求内容集合，其中，fl表示第l个内容，1≤l≤L，L为内容数目。
进一步，在步骤S2中，建模用户关联变量，其中，用户可采用不同模式与网络进行关联以获取所需内容，具体关联模式包括MBS关联模式、SBS直接关联模式以及基于基站协作的SBS关联模式。
(1)MBS关联模式，具体为：令xi,l,c∈{0,1}表示请求fl的RUi在第c个子信道上与MBS进行关联对应的关联变量，1≤c≤C，C为子信道数目，若xi,l,c＝1，表示请求fl的RUi在第c个子信道上与MBS进行关联，反之，xi,l,c＝0。
(2)SBS直接关联模式，具体为：令SBS＝{SBS1,...,SBSN}表示SBS集合,其中，SBSj代表第j个SBS，1≤j≤N，N为SBSs数目；令
Figure BDA0001727215620000021
表示请求fl的RUi在第c个子信道上与SBSj进行关联对应的关联变量，若
Figure BDA0001727215620000022
表示请求fl的RUi在第c个子信道上与SBSj进行关联，反之，
Figure BDA0001727215620000023
(3)基于基站协作的SBS关联模式，具体为：令βj,k∈{0,1}表示SBSj与SBSk的邻接标识，若βj,k＝1，表示SBSj与SBSk相邻，反之，βj,k＝0；令
Figure BDA0001727215620000024
表示基于基站协作的SBS关联模式对应的关联变量，若
Figure BDA0001727215620000031
表示请求fl的RUi在第c个子信道上通过SBSj与SBSk进行关联以获取所需内容，反之，
Figure BDA0001727215620000032
进一步，在步骤S3中，建模SBS内容缓存变量，令yj,l∈{0,1}表示fl在SBSj处的缓存变量，若yj,l＝1，表示将fl缓存至SBSj缓存器，反之，yj,l＝0。
进一步，在步骤S4中，建模用户数据传输速率。
(1)建模MBS关联模式传输速率，具体为：根据公式
Figure BDA0001727215620000033
计算RUi在第c个子信道上与MBS进行关联对应的链路传输速率，其中，B表示子信道带宽，Pi,c表示在第c个子信道上MBS向RUi传输数据对应的发送功率，gi表示MBS与RUi之间链路增益，σ2表示链路噪声功率，Ii,c表示MBS在第c个子信道向RUi传输内容时，RUi所受到来自其他小区的干扰总和，建模Ii,c为
Figure BDA0001727215620000034
其中，
Figure BDA0001727215620000035
表示SBSj在第c个子信道上向RUi1传输数据对应的发送功率，
Figure BDA0001727215620000036
表示RUi与SBSj之间链路增益；
Figure BDA0001727215620000037
表示基于基站协作模式下，SBSj通过SBSk获取内容，并在第c个子信道上向RUi1传输数据对应的发送功率，
Figure BDA0001727215620000038
表示基于基站协作模式下，SBSk在第c个子信道上向SBSj传输数据对应的发送功率，
Figure BDA0001727215620000039
表示基于基站协作的SBS关联模式下，SBSj与SBSk之间链路增益。
(2)建模SBS直接关联模式传输速率，具体为：根据公式
Figure BDA00017272156200000310
计算RUi在第c个子信道上与SBSj进行关联对应的链路传输速率，其中，
Figure BDA00017272156200000311
表示RUi在第c个子信道上与SBSj关联时所受来自其他小区干扰的总和，建模
Figure BDA00017272156200000312
为
Figure BDA00017272156200000313
(3)建模基于基站协作的SBS关联模式传输速率，具体为：根据公式
Figure BDA00017272156200000314
计算RUi通过SBSj中继在第c个子信道上获取SBSk所缓存内容对应的链路传输速率，其中，
Figure BDA00017272156200000315
表示RUi通过SBSj中继在第c个子信道上获取SBSk所缓存内容时，RUi受到来自其他小区干扰的总和，
Figure BDA0001727215620000041
表示RUi通过SBSj中继在第c个子信道上获取SBSk所缓存内容时，SBSj受到来自其他小区干扰的总和,，建模
Figure BDA0001727215620000042
为
Figure BDA0001727215620000043
Figure BDA0001727215620000044
进一步，在步骤S5中，综合考虑用户总传输时延及MBS回程开销，建模网络成本函数为
Figure BDA0001727215620000045
其中，
Figure BDA0001727215620000046
表示RUi通过MBS关联模式获取内容对应的传输时延，
Figure BDA0001727215620000047
表示RUi通过SBS直接关联模式获取内容对应的传输时延，
Figure BDA0001727215620000048
表示RUi通过基于基站协作的SBS关联模式获取内容对应的传输时延，
Figure BDA0001727215620000049
为RUi通过MBS接入核心网获取内容所需回程成本,λ为权重因子。
进一步，在步骤S6中，根据公式
Figure BDA00017272156200000410
计算RUi通过MBS关联模式获取内容对应的传输时延，其中，Di,l,c表示请求fl的RUi在第c个子信道上关联到MBS获取内容对应的传输时延，建模Di,l,c为
Figure BDA00017272156200000411
其中，Sl表示fl的大小，
Figure BDA00017272156200000412
表示MBS与核心网内容服务器之间的回程时延，该时延与回程链路距离、业务负载以及宏小区网关所关联的MBS数量有关。
进一步，在步骤S7中，根据公式
Figure BDA00017272156200000413
计算RUi通过SBS直接关联模式获取内容对应的传输时延，其中，
Figure BDA00017272156200000414
表示请求fl的RUi在第c个子信道上关联到SBSj获取内容对应的传输时延，建模
Figure BDA00017272156200000415
为
Figure BDA00017272156200000416
进一步，在步骤S8中，根据公式
Figure BDA00017272156200000417
计算RUi通过基于基站协作的SBS关联模式获取内容对应的传输时延，其中，
Figure BDA00017272156200000418
表示请求fl的RUi通过SBSj中继在第c个子信道上获取SBSk所缓存内容对应的传输时延，建模
Figure BDA0001727215620000051
为
Figure BDA0001727215620000052
其中
Figure BDA0001727215620000053
表示基于基站协作模式下，RUi在第c个子信道上获取SBSj所缓存内容对应的传输速率，
Figure BDA0001727215620000054
表示基于基站协作模式下，SBSj获取SBSk所缓存内容对应的传输速率；建模
Figure BDA0001727215620000055
分别为
Figure BDA0001727215620000056
Figure BDA0001727215620000057
进一步，在步骤S9中，根据公式
Figure BDA0001727215620000058
计算RUi通过MBS接入核心网获取内容所需回程成本，其中，qi表示为RUi传输速率的价格系数。
进一步，在步骤S10中，建模联合用户关联、内容缓存及资源分配限制条件，具体包括：
1)用户关联限制条件建模为
Figure BDA0001727215620000059
Figure BDA00017272156200000510
2)内容缓存限制条件建模为
Figure BDA00017272156200000511
其中，Cj为SBSj缓存器容量
3)MBS及SBSs最大发送功率限制条件为
Figure BDA00017272156200000512
Figure BDA00017272156200000513
其中，Pmax，
Figure BDA00017272156200000514
分别表示MBS及SBSj的最大发送功率。
进一步，在步骤S11中，基于网络成本函数最小化确定用户关联模式、内容缓存及资源
分配优化策略，在满足联合用户，内容缓存及资源分配限制条件下，以网络成本最小化为目标，优化确定用户关联模式、内容缓存及资源分配策略，即
Figure BDA00017272156200000515
其中，
Figure BDA00017272156200000516
表示用户最优关联策略，
Figure BDA00017272156200000517
表示最优内容缓存策略，
Figure BDA00017272156200000518
表示最优功率分配策略。
本发明的有益效果在于：本发明所述方法可以有效保证带宽资源受限、不超过基站最大发射功率条件下，用户关联网络最优，内容放置最优，资源分配最优，实现网络成本最小化。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为基于基站协作的蜂窝异构网络场景示意图；
图2为本发明所述方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
本发明提出一种基于基站协作的蜂窝异构网络联合用户关联、内容缓存及资源分配方法，根据带宽资源、基站最大功率约束以及内容的可用性，请求用户可选择三种关联模式，分别为MBS关联模式、SBS关联模式及基于基站协作的SBS关联模式，其中，SBS具有一定的缓存能力。SBS及MBS共享频谱资源，为了减小干扰，考虑小区内部的通信链路采用正交频谱分配方案。假设每个请求用户在给定时间范围内只能请求一个内容且请求的内容只能从一种关联模式获得完全下载。SBS及MBS所服务的用户不能超过网络给定的带宽容量，此外，考虑相邻SBS之间可以相互协作为用户转发内容。利用SBS缓存能力及SBS之间的协作能力，建模网络成本函数为网络用户获取内容总传输时延及MBS回程成本的线性加权，基于网络成本最小化确定联合用户关联、内容放置、资源分配优化策略。
图1为基于基站协作的异构蜂窝网络场景，如图1所示，网络中的请求用户可以根据带宽资源、基站最大功率约束以及内容的可用性等灵活选择MBS关联模式、SBS直接关联模式及基于基站协作的SBS关联模式。SBS可以缓存部分内容。通过联合设计最优用户关联策略、内容缓存及资源分配策略以最小化网络成本函数。
图2为本发明所述方法的流程示意图，如图2所示，本发明所述方法具体包括以下步骤：
1)建模用户内容需求标识
建模用户内容需求标识，具体为，令RU＝{RU1,...,RUM}表示请求用户(RequestUser，RU)集合，其中，RUi表示第i个请求用户，1≤i≤M，M为请求用户数目；令F＝{f1,...,fL}表示RU请求内容集合，其中，fl表示第l个内容，1≤l≤L，L为内容数目。
2)建模用户关联变量
建模用户关联变量，具体为，用户可采用不同模式与网络进行关联以获取所需内容，具体关联模式包括MBS关联模式、SBS直接关联模式以及基于基站协作的SBS关联模式。
(1)MBS关联模式，具体为：令xi,l,c∈{0,1}表示请求fl的RUi在第c个子信道上与MBS进行关联对应的关联变量，1≤c≤C，C为子信道数目，若xi,l,c＝1，表示请求fl的RUi在第c个子信道上与MBS进行关联，反之xi,l,c＝0。
(2)SBS直接关联模式，具体为：令SBS＝{SBS1,...,SBSN}表示SBS集合,其中，SBSj代表第j个SBS，1≤j≤N，N为SBSs数目；令
Figure BDA0001727215620000071
表示请求fl的RUi在第c个子信道上与SBSj进行关联对应关联变量，若
Figure BDA0001727215620000072
表示请求fl的RUi在第c个子信道上与SBSj进行关联，反之，
Figure BDA0001727215620000073
(3)基于基站协作的SBS关联模式，具体为：令βj,k∈{0,1}表示SBSj与SBSk的邻接标识，若βj,k＝1，表示SBSj与SBSk相邻，反之，βj,k＝0；令
Figure BDA0001727215620000074
表示基于基站协作的SBS关联模式对应的关联变量，若
Figure BDA0001727215620000075
表示请求fl的RUi在第c个子信道上通过SBSj与SBSk进行关联以获取所需内容，反之，
Figure BDA0001727215620000076
3)建模SBS内容缓存变量
建模SBS内容缓存变量，具体为，令yj,l∈{0,1}表示fl在SBSj处的缓存变量，若yj,l＝1，表示将fl缓存至SBSj缓存器，反之，yj,l＝0。
4)建模用户数据传输速率
建模用户数据传输速率，包括：
(1)建模MBS关联模式传输速率，具体为：根据公式
Figure BDA0001727215620000077
计算RUi在第c个子信道上与MBS进行关联对应的链路传输速率，其中，B表示子信道带宽，Pi,c表示在第c个子信道上MBS向RUi传输数据对应的发送功率，gi表示MBS与RUi之间链路增益，σ2表示链路噪声功率，Ii,c表示MBS在第c个子信道向RUi传输内容时，RUi所受到来自其他小区的干扰总和，建模Ii,c为
Figure BDA0001727215620000078
其中，
Figure BDA0001727215620000079
表示SBSj在第c个子信道上向RUi1传输数据对应的发送功率，
Figure BDA00017272156200000710
表示RUi与SBSj之间链路增益；
Figure BDA00017272156200000711
表示基于基站协作模式下，SBSj通过SBSk获取内容，并在第c个子信道上向RUi1传输数据对应的发送功率，
Figure BDA00017272156200000712
表示基于基站协作模式下，SBSk在第c个子信道上向SBSj传输数据对应的发送功率，
Figure BDA0001727215620000081
表示基于基站协作的SBS关联模式下，SBSj与SBSk之间链路增益。
(2)建模SBS直接关联模式传输速率，具体为：根据公式
Figure BDA0001727215620000082
计算RUi在第c个子信道上与SBSj进行关联对应的链路传输速率，其中，
Figure BDA0001727215620000083
表示RUi在第c个子信道上与SBSj关联时所受来自其他小区干扰的总和，建模为
Figure BDA0001727215620000084
(3)建模基于基站协作的SBS关联模式传输速率，具体为：根据公式
Figure BDA0001727215620000085
计算RUi通过SBSj中继在第c个子信道上获取SBSk所缓存内容对应的链路传输速率，其中，
Figure BDA0001727215620000086
表示RUi通过SBSj中继在第c个子信道上获取SBSk所缓存内容时，RUi受到来自其他小区干扰的总和，
Figure BDA0001727215620000087
表示RUi通过SBSj中继在第c个子信道上获取SBSk所缓存内容时，SBSj受到来自其他小区干扰的总和,，建模
Figure BDA0001727215620000088
为
Figure BDA0001727215620000089
Figure BDA00017272156200000810
5)建模网络成本函数
建模网络成本函数为
Figure BDA00017272156200000811
其中，
Figure BDA00017272156200000812
表示RUi通过MBS关联模式获取内容对应的传输时延，
Figure BDA00017272156200000813
表示RUi通过SBS直接关联模式获取内容对应的传输时延，
Figure BDA00017272156200000814
表示RUi通过基于基站协作的SBS关联模式获取内容对应的传输时延，
Figure BDA00017272156200000815
为RUi通过MBS接入核心网获取内容所需回程成本,λ为权重因子。
6)建模MBS关联模式传输时延
建模MBS关联模式传输时延，具体为，根据公式
Figure BDA0001727215620000091
算RUi通过MBS关联模式获取内容对应的传输时延，其中，Di,l,c表示请求fl的RUi在第c个子信道上关联到MBS获取内容对应的传输时延，建模Di,l,c为
Figure BDA0001727215620000092
其中，Sl表示fl的大小，
Figure BDA0001727215620000093
表示MBS与核心网内容服务器之间的回程时延，该时延与回程链路距离、业务负载以及宏小区网关所关联的MBS数量有关。
7)建模SBS直接关联模式传输时延
建模SBS直接关联模式传输时延，具体为，根据公式
Figure BDA0001727215620000094
计算RUi通过SBS直接关联模式获取内容对应的传输时延，其中，
Figure BDA0001727215620000095
表示请求fl的RUi在第c个子信道上关联到SBSj获取内容对应的传输时延，建模
Figure BDA0001727215620000096
为
Figure BDA0001727215620000097
8)建模基于基站协作的SBS关联模式传输时延
建模基于基站协作的SBS关联模式传输时延，具体为，根据公式
Figure BDA0001727215620000098
计算RUi通过基于基站协作的SBS关联模式获取内容对应的传输时延，其中，
Figure BDA0001727215620000099
表示请求fl的RUi通过SBSj中继在第c个子信道上获取SBSk所缓存内容对应的传输时延，建模
Figure BDA00017272156200000910
为
Figure BDA00017272156200000911
其中
Figure BDA00017272156200000912
表示基于基站协作模式下，RUi在第c个子信道上获取SBSj所缓存内容对应的传输速率，
Figure BDA00017272156200000913
表示基于基站协作模式下，SBSj获取SBSk所缓存内容对应的传输速率；建模
Figure BDA00017272156200000914
分别为
Figure BDA00017272156200000915
9)建模MBS回程成本建模MBS回程成本，具体为，根据公式
Figure BDA00017272156200000916
计算RUi通过MBS接入核心网获取内容所需回程成本，其中，qi表示为RUi传输速率的价格系数。
10)建模联合用户关联、内容缓存及资源分配限制条件
建模联合用户关联、内容缓存及资源分配限制条件，具体包括：
1)用户关联限制条件建模为
Figure BDA0001727215620000101
Figure BDA0001727215620000102
2)内容缓存限制条件建模为
Figure BDA0001727215620000103
其中，Cj为SBSj缓存器容量；
3)MBS及SBSs最大发送功率限制条件为
Figure BDA0001727215620000104
Figure BDA0001727215620000105
其中，Pmax，
Figure BDA0001727215620000106
分别表示MBS及SBSj的最大发送功率。
11)基于网络成本函数最小化，确定用户关联模式、内容缓存及资源分配策略
在满足联合用户关联，内容缓存及资源分配限制条件下，以网络成本最小化为目标，优化确定用户关联模式、内容缓存及资源分配策略，即
Figure BDA0001727215620000107
其中，
Figure BDA0001727215620000108
表示用户最优关联策略，
Figure BDA0001727215620000109
表示最优内容缓存策略，
Figure BDA00017272156200001010
表示最优功率分配策略。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.基于基站协作的蜂窝异构网络联合用户关联、内容缓存及资源分配方法，其特征在于：在该方法中，针对包含一个宏蜂窝基站MBS多个小蜂窝基站SBSs的蜂窝异构网络场景，假设SBSs可缓存用户所需内容且相邻SBS之间可相互协作，实现缓存内容转发，以网络成本函数最小化为目标，优化确定用户关联、内容缓存及资源分配策略，该方法具体包括：
S1：建模用户内容需求标识；
S2：建模用户关联变量；
S3：建模SBS内容缓存变量；
S4：建模用户数据传输速率；
S5：建模网络成本函数；
S6：建模MBS关联模式传输时延；
S7：建模SBS直接关联模式传输时延；
S8：建模基于基站协作的SBS关联模式传输时延；
S9：建模MBS回程成本；
S10：建模联合用户关联、内容缓存及资源分配限制条件；
S11：基于网络成本函数最小化，确定用户关联模式、内容缓存及资源分配策略；
在步骤S1中，建模用户内容需求标识，令RU＝{RU1,...,RUM}表示请求用户RU集合，其中，RUi表示第i个请求用户，1≤i≤M，M为请求用户数目；令F＝{f1,...,fL}表示RU请求内容集合，其中，fl表示第l个内容，1≤l≤L，L为内容数目；
在步骤S2中，建模用户关联变量，其中，用户可采用不同模式与网络进行关联以获取所需内容，具体关联模式包括MBS关联模式、SBS直接关联模式以及基于基站协作的SBS关联模式；
(1)MBS关联模式，具体为：令xi,l,c∈{0,1}表示请求fl的RUi在第c个子信道上与MBS进行关联对应的关联变量，1≤c≤C，C为子信道数目，若xi,l,c＝1，表示请求fl的RUi在第c个子信道上与MBS进行关联，反之，xi,l,c＝0；
(2)SBS直接关联模式，具体为：令SBS＝{SBS1,...,SBSN}表示SBS集合,其中，SBSj代表第j个SBS，1≤j≤N，N为SBSs数目；令
Figure FDA0002868468730000011
表示请求fl的RUi在第c个子信道上与SBSj进行关联对应的关联变量，若
Figure FDA0002868468730000012
表示请求fl的RUi在第c个子信道上与SBSj进行关联，反之，
Figure FDA0002868468730000013
(3)基于基站协作的SBS关联模式，具体为：令βj,k∈{0,1}表示SBSj与SBSk的邻接标识，若βj,k＝1，表示SBSj与SBSk相邻，反之，βj,k＝0；令
Figure FDA0002868468730000021
表示基于基站协作的SBS关联模式对应的关联变量，若
Figure FDA0002868468730000022
表示请求fl的RUi在第c个子信道上通过SBSj与SBSk进行关联以获取所需内容，反之，
Figure FDA0002868468730000023
在步骤S3中，建模SBS内容缓存变量，令yj,l∈{0,1}表示fl在SBSj处的缓存变量，若yj,l＝1，表示将fl缓存至SBSj缓存器，反之，yj,l＝0；
在步骤S4中，建模用户数据传输速率；
(1)建模MBS关联模式传输速率，具体为：根据公式
Figure FDA0002868468730000024
计算RUi在第c个子信道上与MBS进行关联对应的链路传输速率，其中，B表示子信道带宽，Pi,c表示在第c个子信道上MBS向RUi传输数据对应的发送功率，gi表示MBS与RUi之间链路增益，σ2表示链路噪声功率，Ii,c表示MBS在第c个子信道向RUi传输内容时，RUi所受到来自其他小区的干扰总和，建模Ii,c为
Figure FDA0002868468730000025
其中，
Figure FDA0002868468730000026
表示SBSj在第c个子信道上向
Figure FDA00028684687300000216
传输数据时对应的发送功率，
Figure FDA0002868468730000027
表示RUi与SBSj之间链路增益；
Figure FDA0002868468730000028
表示基于基站协作的SBS关联模式下，SBSj通过SBSk获取内容，并在第c个子信道上向
Figure FDA00028684687300000217
传输数据时对应的发送功率，
Figure FDA0002868468730000029
表示基于基站协作的SBS关联模式下，SBSk在第c个子信道上向SBSj传输数据时对应的发送功率，
Figure FDA00028684687300000210
表示基于基站协作的SBS关联模式下，SBSj与SBSk之间链路增益；
(2)建模SBS直接关联模式传输速率，具体为：根据公式
Figure FDA00028684687300000211
计算RUi在第c个子信道上与SBSj进行关联对应的链路传输速率，其中，
Figure FDA00028684687300000212
表示RUi在第c个子信道上与SBSj关联时所受来自其他小区干扰的总和，建模
Figure FDA00028684687300000213
为
Figure FDA00028684687300000214
(3)建模基于基站协作的SBS关联模式传输速率，具体为：根据公式
Figure FDA00028684687300000215
计算RUi通过SBSj中继在第c个子信道上获取SBSk所缓存内容对应的链路传输速率，其中，
Figure FDA0002868468730000031
表示RUi通过SBSj中继在第c个子信道上获取SBSk所缓存内容时，RUi受到来自其他小区干扰的总和，
Figure FDA0002868468730000032
表示RUi通过SBSj中继在第c个子信道上获取SBSk所缓存内容时，SBSj受到来自其他小区干扰的总和，建模
Figure FDA0002868468730000033
为
Figure FDA0002868468730000034
Figure FDA0002868468730000035
在步骤S5中，综合考虑用户总传输时延及MBS回程开销，建模网络成本函数为
Figure FDA0002868468730000036
其中，
Figure FDA0002868468730000037
表示RUi通过MBS关联模式获取内容对应的传输时延，
Figure FDA0002868468730000038
表示RUi通过SBS直接关联模式获取内容对应的传输时延，
Figure FDA0002868468730000039
表示RUi通过基于基站协作的SBS关联模式获取内容对应的传输时延，
Figure FDA00028684687300000310
为RUi通过MBS接入核心网获取内容所需回程成本,λ为权重因子；
在步骤S6中，根据公式
Figure FDA00028684687300000311
计算RUi通过MBS关联模式获取内容对应的传输时延，其中，Di,l,c表示请求fl的RUi在第c个子信道上关联到MBS获取内容对应的传输时延，建模Di,l,c为
Figure FDA00028684687300000312
其中，Sl表示fl的大小，
Figure FDA00028684687300000313
表示MBS与核心网内容服务器之间的回程时延，该时延与回程链路距离、业务负载以及宏小区网关所关联的MBS数量有关；
在步骤S7中，根据公式
Figure FDA00028684687300000314
计算RUi通过SBS直接关联模式获取内容对应的传输时延，其中，
Figure FDA00028684687300000315
表示请求fl的RUi在第c个子信道上与SBSj关联获取内容对应的传输时延，建模
Figure FDA00028684687300000316
为
Figure FDA00028684687300000317
在步骤S8中，根据公式
Figure FDA00028684687300000318
计算RUi通过基于基站协作的SBS关联模式获取内容对应的传输时延，其中，
Figure FDA00028684687300000319
表示请求fl的RUi通过SBSj中继在第c个子信道上获取SBSk所缓存内容对应的传输时延，建模
Figure FDA0002868468730000041
为
Figure FDA0002868468730000042
其中，
Figure FDA0002868468730000043
表示基于基站协作的SBS关联模式下，RUi在第c个子信道上获取SBSj所缓存内容对应的传输速率，
Figure FDA0002868468730000044
表示基于基站协作的SBS关联模式下，SBSj获取SBSk所缓存内容对应的传输速率；建模
Figure FDA0002868468730000045
分别为
Figure FDA0002868468730000046
Figure FDA0002868468730000047
在步骤S9中，根据公式
Figure FDA0002868468730000048
计算RUi通过MBS接入核心网获取内容所需回程成本，其中，qi表示为RUi传输速率的价格系数；
在步骤S10中，建模联合用户关联、内容缓存及资源分配限制条件，具体包括：
1)用户关联限制条件建模为
Figure FDA0002868468730000049
Figure FDA00028684687300000410
2)内容缓存限制条件建模为
Figure FDA00028684687300000411
其中，Cj为SBSj缓存器容量；
3)MBS及SBSs最大发送功率限制条件为
Figure FDA00028684687300000412
Figure FDA00028684687300000413
其中，Pmax，
Figure FDA00028684687300000414
分别表示MBS及SBSj的最大发送功率；
在步骤S11中，基于网络成本函数最小化确定用户关联模式、内容缓存及资源分配优化策略，在满足联合用户，内容缓存及资源分配限制条件下，以网络成本最小化为目标，优化确定用户关联模式、内容缓存及资源分配策略，即
Figure FDA00028684687300000415
其中，
Figure FDA00028684687300000416
表示用户最优关联策略，
Figure FDA00028684687300000417
表示最优内容缓存策略，
Figure FDA00028684687300000418
表示最优功率分配策略。
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