一种小基站缓存方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种小基站缓存方法。

背景技术：

随着移动终端的大规模增长，移动数据量呈现出指数增长模式，为了满足未来网络需求，提高网络容量并降低投资和运营成本，低功率小覆盖基站(小基站)在下一代蜂窝网络中将考虑超密集部署，即增大小基站部署密度(数量)，形成一种超密集小基站与宏基站(大功率大覆盖基站)异构的网络部署，即超密集组网(udn)。小基站将更多的为用户提供数据服务及资源分配，而宏基站更多的作为控制管理层。在udn场景下，小基站随机无规律部署其回程问题需要被考虑，传统的有线回程方式需要选址和布线，将不适于广泛随机部署的小基站的回程通信，自回程作为一种利用蜂窝频谱与宏基站进行回程通信的方式被广泛研究。

采用自回程的小基站广泛部署，主要为了增大覆盖区域和宏基站覆盖盲区，小基站采用无线自回程方式超密集部署，将不受回程布线限制，灵活高效，因此，为了使用户能够得到更好的访问体验，小基站需要有快速的数据信息调度能力。目前，自回程方式已被广泛研究，其不受有线回程限制，有利于小基站的部署，但回程链路将会与接入链路竞争有限的频谱资源，所面对的频谱资源限制将会成为一个大的技术挑战。目前小基站缓存部分信息已被研究，通过小基站缓存信息，可提高用户请求信息返回速率，同时不需要向宏基站请求信息，不需要额外地占用频谱资源，同时减少了能量消耗。

现有的信息缓存方法包括：建立缓存信息表的方法、缓存重复请求的xml目录信息和相关文件信息的方法、根据信息优先级缓存信息于信息队列的方法等，这些信息缓存方法亦可应用于小基站中；但目前，这些方法尚未与小基站自回程问题相结合进行研究，也未考虑自回程速率与接入速率的限制，并且研究小基站信息缓存方法同时还需要考虑小基站的承载能力。相对于信息缓存方法已被广泛研究，对于考虑小基站自回程问题的信息缓存方法却尚未得到研究。

另外，目前对小基站自回程问题的研究需限制自回程速率大于接入速率，以使小基站信息请求及返回速率满足用户信息请求及返回速率，这也是影响网络性能的一个因素。

技术实现要素：

本发明的目的是为了将缓存概念应用于超密集自回程小基站中，提出一种小基站缓存方法。本发明提出的方法放宽了自回程速率与接入速率之间的限制，通过信息缓存提高用户访问速率，并能够提高能量效率和频谱效率。

本发明提出的一种小基站缓存方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)在超密集组网udn场景下，任一小基站用户u向为其提供服务的小基站n发送信息请求；

2)小基站n根据用户u的请求检测小基站缓存器中是否已缓存有与用户请求相匹配的信息：若有，则小基站n向用户u返回所请求的信息，方法结束；若没有，则执行步骤3)，其中每个小基站缓存器的缓存容量为定值，假设为c；

3)小基站n通过自回程方式向宏基站发送用户u信息请求的信息；

4)小基站n计算自回程速率与用户接入速率分别如式(1)和式(2)所示：

式中，为宏基站对小基站n的发射功率，为小基站n对用户u的发射功率，为回程信道的信道增益，为小基站n与用户u之间的信道增益，σ²为回程信道的信道噪声功率，σ'²为小基站n与用户u之间的信道噪声功率；

5)比较自回程速率与用户接入速率的大小并进行判定：

若则说明小基站信息请求及返回速率不能满足用户信息请求及返回速率，用户u请求信息失败，重新返回步骤1),用户u再次发送信息请求，同时执行步骤6)；若则执行步骤8)；

6)检测小基站n缓存器剩余容量c'并计算用户u请求的信息大小b，c'≤c；

7)比较c'与b的大小并进行判定：

若c'＜b，则说明小基站n剩余缓存容量无法容纳新的信息内容，小基站n缓存器进行被动更新，释放最长时间未被调用的信息，重新返回步骤6)；若c'≥b，则用户u请求的信息进入小基站n缓存器，方法结束；其中缓存器更新分为主动更新和被动更新；

8)小基站n向用户u返回从宏基站请求得到的用户u所请求的信息，同时记录该信息大小b并更新该信息被请求的次数n；同一信息被请求的次数n，在设定时长t'内若该信息未被缓存，则n归零；

9)判断b/n是否小于设定阈值ε，ε为信息缓存门限，根据平均信息大小和平均被请求次数设定；若b/n＜ε，则说明信息大小与被请求次数比值达到缓存阈值，信息满足被缓存的条件，重新返回步骤6)；若b/n≥ε，则说明信息过大或访问次数过少，信息大小与被请求次数比值未达到缓存阈值，信息不被小基站缓存，方法结束。

本发明的特点及有益效果：

本发明提出的一种小基站缓存方法，在udn场景下，用户分为小基站用户和宏基站用户，由于小基站超密集部署，更多的为用户提供数据服务，因此用户多与小基站连接并向其发送信息请求，并由小基站直接或间接向其用户提供服务。

本发明方法无需限制自回程速率大于接入速率，放宽了现有研究中自回程速率与接入速率之间的限制；通过将信息大小与该信息被访问次数比与信息缓存门限进行比较判断信息是否被缓存，可将被高频率访问的信息缓存，提高该信息被再次访问时信息返回速率；通过小基站信息缓存，无需向宏基站发送请求，提高了能量效率和频谱效率。

附图说明

图1为本发明方法的流程框图。

图2为本发明实施例中小基站缓存器主动更新方法流程框图。

图3为本发明实施例中同一信息被访问次数n调整方法流程框图。

具体实施方式

本发明提出的一种小基站缓存方法，下面结合附图及具体实施例进一步说明如下。

本发明提出的一种小基站缓存方法，流程框图如图1所示，包括以下步骤：

1)在udn场景下，任一小基站用户u向为其提供服务的小基站n发送信息请求；

2)小基站n根据用户u的请求检测小基站缓存器中是否已缓存有与用户请求相匹配的信息：若有，则小基站n向用户u返回所请求的信息，方法结束；若没有，则执行步骤3)，其中每个小基站缓存器的缓存容量为定值，假设为c；

3)小基站n通过自回程方式向宏基站发送用户u信息请求的信息，所述自回程方式为一种小基站利用蜂窝频谱与宏基站进行回程通信的方法；

4)小基站n计算自回程速率与用户接入速率本实施例假设只考虑下行速率，即基站到终端的通信速率，终端可为小基站或移动用户；本发明可推广到上下行速率(上行速率为终端到基站的通信速率)，分别如式(1)和式(2)所示：

式中，为宏基站对小基站n的发射功率，为小基站n对用户u的发射功率，为回程信道的信道增益，为小基站n与用户u之间的信道增益，σ²为回程信道的信道噪声功率，σ'²为小基站n与用户u之间的信道噪声功率(假设采用先进的预编码技术消除层间干扰和多用户干扰)；

5)比较自回程速率与用户接入速率的大小并进行判定：

若则说明小基站信息请求及返回速率不能满足用户信息请求及返回速率，用户u请求信息失败，重新返回步骤1),用户u再次发送信息请求，同时执行步骤6)；若则执行步骤8)；

6)检测小基站n缓存器剩余容量c'并计算用户u请求的信息大小b，c'≤c；

7)比较c'与b的大小并进行判定：

若c'＜b，则说明小基站n剩余缓存容量无法容纳新的信息内容，小基站n缓存器进行被动更新，释放最长时间未被调用的信息，重新返回步骤6)；若c'≥b，则该用户请求的信息进入小基站n缓存器，方法结束；其中缓存器更新分为主动更新和被动更新，主动更新为达到更新周期t时执行，流程框图如图2所示，包括以下步骤：

7-1)小基站缓存更新计时器记录距上一次更新时间tt，并判断tt是否等于固定更新周期t，若是，则执行步骤7-2)；否则，缓存更新计时器继续计时；

7-2)缓存器释放超过时间t(根据小基站n缓存器容量和小基站n承载的业务量设定，本实施例假设t为2/3t)未被用户调用的缓存信息，缓存器主动更新，缓存更新计时器归零，重新计时；

8)小基站n向用户u返回从宏基站请求得到的用户u所请求的信息，同时记录该信息大小b并更新该信息被请求的次数n；同一信息被请求的次数n，在设定时长t内该信息若未被缓存，则n归零，以避免同一信息被访问间隔过长，同一信息被访问次数n调整方法流程框图如图3所示，具体包括以下步骤：

8-1)当任一小基站用户u向为其提供服务的小基站n发送信息请求，小基站内置该信息计时器从零开始计时，记录该信息距被请求时间tt'；

8-2)判断tt'是否达到t'：若达到，则n归零，计时结束；否则继续计时；

9)判断b/n是否小于设定阈值ε(ε为信息缓存门限，根据平均信息大小和平均被请求次数设定，假设平均信息大小为2kb,平均被请求次数为10，则ε为200)；若b/n＜ε，则说明信息大小与被请求次数比值达到缓存阈值，信息满足被缓存的条件，重新返回步骤6)；若b/n≥ε，则说明信息过大或访问次数过少，信息大小与被请求次数比值未达到缓存阈值，信息不被缓存，方法结束。

本发明提出一种小基站缓存方法，小基站信息缓存速度大于用户请求信息失败后再次发送信息请求的速度。