面向不同用户偏好的D2D随机缓存布设方法技术

本发明专利技术公开一种面向不同用户偏好的D2D随机缓存布设方法，该方法无需内容缓存用户获知网络全局信息，在内容请求用户的辅助下即可完成内容的缓存布设。首先，所有内容缓存用户广播自己的地理位置，多个具有不同用户偏好的内容请求小组各自得到令本小组局部效益最优的缓存需求方案并发送给内容缓存用户。内容缓存用户根据缓存需求总和与缓存容量的关系决定向内容请求小组征收的单位缓存价格；内容请求小组在考虑缓存代价后重新计算缓存需求并回馈给内容缓存用户。当内容缓存用户接收到的缓存需求总量等于缓存容量时，内容缓存用户按照缓存需求进行内容缓存。本发明专利技术方法贴近实际系统，性能较好，能够半分布式实现。

【技术实现步骤摘要】
面向不同用户偏好的D2D随机缓存布设方法
本专利技术属于基于缓存的D2D内容分发
，涉及一种面向不同用户偏好的D2D随机缓存布设方法。
技术介绍
近年来，移动数据业务呈井喷式增长，有限的蜂窝频谱资源无法满足移动用户日益增长的对超可靠低时延连接的迫切需求，例如，高清视频以及在线网络游戏等。终端直传(Device-to-Device,D2D)通信由于允许地理上邻近的通信终端双方可以不经过基站直接进行通信，明显地提高了系统频谱的利用效率，成为有效卸载蜂窝压力的技术之一。此外，边缘缓存技术(EdgeCaching，包括基站缓存、小蜂窝基站缓存、移动用户终端缓存等)借助距离请求用户更近的边缘网络节点缓存流行内容，可以避免流行内容的重复性传输，大大减小蜂窝回程链路的压力。其中，移动用户终端缓存由于可以利用现实中大量广泛分布并且闲置的移动用户缓存资源，无需进行网络架构的再搭建，成为业界的研究热点。一般来说，基站在业务闲置期，例如夜间，将网络内流行的内容推送并存储在内容缓存用户。这样位于缓存用户周边的内容请求用户可以直接向缓存用户请求其已经缓存的内容，缓存用户同意后两者建立D2D通信连接完成内容的传输。相较基于其他几种缓存技术的内容分发网络而言，D2D内容分发网络主要有以下三点优势：第一，可以避免基站对于大量流行内容的重复传输，有效降低基站负载；第二，通过D2D通信的方式可以降低传输时延并提高传输速率，显著增强用户体验；第三，D2D通信组建灵活，实际中移动用户终端的移动性和社交属性为D2D内容分发提供了更多可能和机会。基于缓存的D2D内容分发技术优势的获得离不开好的内容缓存布设方法。由于任意缓存用户的缓存空间都是有限的，无法缓存所有的内容；如果所缓存的内容并不是周围节点所需要的，将会造成缓存资源的浪费。因此，在哪个用户的存储空间内放置哪些内容，从而最大化缓存效率或者网络效益成为亟需解决的关键问题。目前业界对D2D缓存网络中的缓存布设方法的研究已经取得初步成果。然而，现有研究大都假设静态网络拓扑结构并认为网络中所有用户对内容的兴趣偏好一致，对实际情况中由于用户兴趣或者职业不同等原因带来的不同用户偏好没有深入研究。因此，如何设计不同用户偏好下的随机D2D网络的内容缓存布设方法是本专利技术的研究重点。目前关于考虑不同用户偏好在D2D缓存网络中的影响已有最新成果：2017年，YinghaoGuo、LingjieDuan和RuiZhang等人在《IEEETransactionsonCommunications》第65卷第1期的第444-457页上发表的论文《Cooperativelocalcachingunderheterogeneousfilepreferences》中，利用随机几何理论建模具有不同偏好的用户分布为相互独立的均匀泊松点过程，并优化得到该条件下的协同缓存策略。但是该论文认为D2D通信双方只要距离小于某一门限值就可以完成无差错传输；其次，该论文仍假设中心控制器可以完美获得网络全局信息从而得到最优的内容缓存布设方案。但是，在实际通信中，携带内容信息的无线信号在传输中不可避免地受到无线信道中干扰及信道衰落的影响，这对于接收者是否可以成功译码有用信息有着不可忽视的影响。此外，D2D缓存技术提出的初衷就是为了卸载蜂窝压力，但是集中式地搜索全局信息、优化缓存布设方案以及控制D2D内容分发的完成本身就产生大量信令开销；再加上移动用户的位置不确定性、用户偏好的不同以及二者随时间动态变化的特点，使得集中式缓存布设虽然可以达到最优但是给蜂窝基站带来了巨大的信令开销，违背了D2D缓存技术的初衷。因此，如何设计面向不同用户偏好条件下的低信令开销的内容缓存布设方法，并将内容传输过程中的信道衰落以及网络干扰纳入考虑显得尤为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对内容缓存用户和内容请求用户位置随机分布的D2D网络，提供一种基于不同用户偏好的内容缓存布设方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种面向不同偏好的D2D内容分发系统中随机缓存布设方法，其特征是：所述内容分发系统有F个待缓存的大小相同的内容Wf，f＝1,2,…,F，f为待缓存内容的序数，并由多个位置随机分布的内容缓存用户和多个位置随机分布的内容请求用户组成，其中，内容缓存用户的位置服从密度为λs的均匀泊松点过程HPPP，内容缓存用户最多缓存Cs个内容，此外，根据内容请求用户对于相同内容的不同偏好将内容请求用户划分为M个具有不同用户偏好的内容请求小组Gm，m为内容请求小组的序号且m＝1,2,…,M，各个内容请求小组Gm内的用户位置服从密度为λm的HPPPΦm，各小组的用户偏好表示为Rm，Rm＝[Rm,1,Rm,2,…,Rm,f,…,Rm,F]，Rm,f为内容请求小组Gm对内容Wf的偏好程度，且满足0≤Rm,f≤1及内容请求小组Gm内的所有内容请求用户按照偏好程度Rm,f独立地请求内容Wf，内容缓存用户的内容缓存布设方法按以下步骤进行：(1)系统中的内容缓存用户在缓存内容之前，首先广播告知所有内容请求用户自己的地理位置；(2)所有内容请求小组各自计算出使得自己小组局部效益达到最大值的缓存需求方案tm，tm＝[tm,1,tm,2,…,tm,f,…,tm,F]，并随后向内容缓存用户发送该需求方案，其中，tm,f是第m个内容请求小组Gm要求为其缓存内容Wf的内容缓存用户个数占所有缓存用户个数的比值；(3)内容缓存用户根据自己的缓存容量大小Cs以及接收到的所有缓存需求总数，制定向内容请求用户征收的单位缓存价格χ≥0，如果缓存需求总数大于缓存容量，则提高单位缓存价格χ，反之则降低单位缓存价格χ，并广播该提高或降低后的单位缓存价格χ；(4)各个内容请求小组根据接收到的当前的单位缓存价格以及当前状态下所有其他内容请求小组发送的内容缓存需求，重新计算缓存需求方案并发送给内容缓存用户；(5)重复第(3)和第(4)步骤，直至内容缓存用户接收到的缓存需求总数与其缓存容量大小相同，并将此时的内容请求用户的缓存需求作为最优缓存需求方案，内容缓存用户按照内容请求用户的最优缓存需求形成最优缓存布设方案S＝[S1,S2,…,Sf,…,SF]，进行内容缓存并广播告知内容请求小组内容缓存布设完成，其中，表示缓存内容Wf的内容缓存用户个数占所有内容缓存用户数目的比值。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及显著效果：(1)能够半分布式地实现缓存布设，进一步卸载蜂窝基站负载。现有的关于D2D缓存网络中的缓存布设方法需要基站掌握整个网络的全局信息从而集中式地优化缓存策略，这些信息包括内容缓存用户和内容请求用户的位置分布、内容缓存及请求情况以及内容缓存用户与内容请求用户之间的信道状态信息等。这些信息的获得需要大量基站与用户之间的信息交互，而动态的网络拓扑结构与内容缓存与请求情况随时间动态变化的特点使得网络信令开销很大，尤其基站端在处理全局信息和计算最优缓存布设方案时变得更加忙碌，违背了D2D缓存网络卸载蜂窝基站负载的初衷。本专利技术允许基站无需获取网络全局信息就可以完成缓存用户的内容缓存布设。在该方法中，基站只需要知道为其提供卸载服务的内容缓存用户的位置信息以及缓存容量大小，并在与多个内容请求小组博弈的过程中负责简单的价格更新以及策略的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向不同偏好的D2D随机缓存布设方法，其特征是：所述内容分发系统有F个待缓存的大小相同的内容Wf，f＝1,2,…,F，f为待缓存内容的序数，并由多个位置随机分布的内容缓存用户和多个位置随机分布的内容请求用户组成，其中，内容缓存用户的位置服从密度为λs的均匀泊松点过程(HPPP)，内容缓存用户最多缓存Cs个内容，此外，根据内容请求用户对于相同内容的不同偏好将内容请求用户划分为M个具有不同用户偏好的内容请求小组Gm，m为内容请求小组的序号且m＝1,2,…,M，各个内容请求小组Gm内的用户位置服从密度为λm的HPPP，各小组的用户偏好表示为Rm，Rm＝[Rm,1,Rm,2,…,Rm,f,…,Rm,F]，Rm,f为内容请求小组Gm对内容Wf的偏好程度，且满足0≤Rm,f≤1及

【技术特征摘要】
1.一种面向不同偏好的D2D随机缓存布设方法，其特征是：所述内容分发系统有F个待缓存的大小相同的内容Wf，f＝1,2,…,F，f为待缓存内容的序数，并由多个位置随机分布的内容缓存用户和多个位置随机分布的内容请求用户组成，其中，内容缓存用户的位置服从密度为λs的均匀泊松点过程(HPPP)，内容缓存用户最多缓存Cs个内容，此外，根据内容请求用户对于相同内容的不同偏好将内容请求用户划分为M个具有不同用户偏好的内容请求小组Gm，m为内容请求小组的序号且m＝1,2,…,M，各个内容请求小组Gm内的用户位置服从密度为λm的HPPP，各小组的用户偏好表示为Rm，Rm＝[Rm,1,Rm,2,…,Rm,f,…,Rm,F]，Rm,f为内容请求小组Gm对内容Wf的偏好程度，且满足0≤Rm,f≤1及内容请求小组Gm内的所有内容请求用户按照偏好程度Rm,f独立地请求内容Wf，内容缓存用户的内容缓存布设方法按以下步骤进行：(1)系统中的内容缓存用户在缓存内容之前，首先广播告知所有内容请求用户自己的地理位置；(2)所有内容请求小组各自计算出使得自己小组局部效益达到最大值的缓存需求方案tm，tm＝[tm,1,tm,2,…,tm,f,…,tm,F]，并随后向内容缓存用户发送该需求方案，其中，tm,f是第m个内容请求小组Gm要求为其缓存内容Wf的内容缓存用户个数占所有缓存用户个数的比值；(3)内容缓存用户根据自己的缓存容量大小Cs以及接收到的所有缓存需求总数，制定向内容请求用户征收的单位缓存价格χ≥0，如果缓存需求总数大于缓存容量，则提高单位缓存价格χ，反之则降低单位缓存价格χ，并广播该提高或降低后的单位缓存价格χ；(4)各个内容请求小组根据接收到的当前的单位缓存价格以及当前状态下所有其他内容请求小组发送的内容缓存需求，重新计算缓存需求方案并发送给内容缓存用户；(5)重复第(3)和第(4)步骤，直至内容缓存用户接收到的缓存需求总数与其缓存容量大小相同，并将此时的内容请求用户的缓存需求作为最优缓存需求方案，内容缓存用户按照内容请求用户的最优缓存需求形成最优缓存布设方案S＝[S1,S2,…,Sf,…,SF]，进行内容缓存并广播告知内容请求小组内容缓存布设完成，其中，表示缓存内容Wf的内容缓存用户个数占所有内容缓存用户数目的比值。2.根据权利要求1所述的面向不同用户偏好的D2D随机缓存布设方法，其特征是：在最优缓存布设方案S＝[S1,S2,…,Sf,…,SF]中，每个内容缓存用户以缓存概率Sf独立地对内...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴丹，龙彦汕，蔡跃明，张广纯，曲君跃，杨莲新，王易达，郭继斌，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32