一种基于无线预存储网络中的三层多对多匹配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于无线预存储网络中的三层多对多匹配方法。该方法包括：首先根据无线预存储网络，确定多对多匹配过程中每个阶段的系统目标；然后建立无线预存储模型；最后利用三层不同的匹配算法实现多对多匹配过程中每个阶段的系统目标，完成多对多匹配。本发明专利技术通过多对多匹配算法和采用支付机制的匹配算法，最大限度地减少传输延迟并最大限度地提高移动用户满意度，提高了系统的性能，具有很好的稳定性、有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线预存储网络中的三层多对多匹配方法
本专利技术属于无线预存储匹配领域，特别涉及一种基于无线预存储网络中的三层多对多匹配方法。
技术介绍
无线预存储技术，通过缓存内容到网络节点，即小蜂窝基站，毫微微蜂窝基站，微微蜂窝基站和端对端节点，以缓解回程线路的压力。在现实生活中，移动用户偏爱热点视频，影视大片等流行内容，通过观察流量数据，发现绝大多数的无线流量是由一小部分流行内容文件引起的。从而导致大量冗余数据传输，降低无线网络的资源利用率。无线预存储技术将流行文件缓存至中间节点，使流行文件的存储位置更加接近移动用户。移动用户的下载请求可被重新定向至中间节点，有效地缓解了蜂窝网络的承载能力。一般地，无线预存储包含两个阶段：内容放置阶段和内容传输阶段。在内容放置阶段，将流行文件缓存到离用户较近的中间节点。一般情况下，内容放置阶段的工作在无线网络的非高峰时段完成，这有利于缓解高峰工作时的系统工作压力。在第二阶段，即内容传输阶段，中间节点小基站将移动用户请求的流行文件分发到邻近用户。利用本地缓存系统能有效地减少用户数据传输时延，有利于提高用户满意度在5G移动通信系统中合理运用无线预存储技术将有效地降低系统传输时延，提高系统计算能力，提高用户满意度。但是，如何在无线移动通信系统中合理的运用这种技术进行资源分配仍然是一个急需解决的问题。匹配博弈作为新兴的一种数学方法，可以有效地处理5G移动通信系统中的资源分配问题。匹配博弈，在经济学中，是一个随着时间的推移形成互惠关系的数学框架。匹配博弈包含着两个互不相交的有限的参与者的集合，通过“匹配”，即市场交换的本质，形成双方互利关系。而“匹配”即指，双方参与者各自拥有“偏好列表”，通过延迟接受等算法来形成稳定的匹配，使双方集合参与者获得最大的经济效应。匹配博弈理论提供了数学上组合问题的解决方案，同时也在许多领域得到了广泛的发展与应用。近几年，有许多学者对利用匹配博弈理论处理异构网络的无线预存储问题进行了研究。比如利用多对一匹配博弈解决在异构时延忍受网络中的无线预存储技术的文件缓存问题。在异构时延忍受网络中的无线预存储技术的文件缓存问题。采用集中式算法和学生接受匹配算法解决网络预存储的问题。用多对一匹配算法专注于如何有效地将数据内容与不同的缓存实体进行匹配，以最大限度地减少整个系统服务延迟。但是我们发现以上方法匹配博弈与无线预存储技术的结合还局限于单层多对一的匹配。如何采用双层多对一匹配博弈，多层多对多匹配处理无线预存储问题仍然是一个挑战。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种基于无线预存储网络中的三层多对多匹配方法，最小化处理传输延迟和最大化社会效益。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于无线预存储网络中的三层多对多匹配方法，包括以下步骤：步骤1、根据无线预存储网络，确定多对多匹配过程中每个阶段的系统目标；步骤2、建立无线预存储模型；步骤3、利用三层不同的匹配算法实现多对多匹配过程中每个阶段的系统目标，完成多对多匹配。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：1)本专利技术通过多对多文件最优选择匹配算法实现了文件和FAP的最优匹配，最小化了平均系统传输延时；2)本专利技术通过多对一用户最优选择匹配算法实现了用户和FAP的最优匹配，最小化了总体的用户传输时延；3)本专利技术通过基站最优选择匹配算法实现了FAP和CP的最优匹配，提高了总体用户满意度；4)本专利技术与随机算法，穷举算法相比，多层匹配算法在最小化传输延时和最大化社会效益方面具有显著的优越性；5)本专利技术的所有匹配算法都能收敛到一个高性能的稳定匹配结果并且多对多匹配具有稳定性，有效性，唯一性等性质。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为三层匹配方法流程框图。图2为文件最优选择匹配算法流程图。图3为用户最优选择匹配算法流程图。图4为基站最优选择匹配算法流程图。图5为不同算法下增加FAP数量平均时延的变化曲线示意图。图6为不同算法下增加MU数量社会效益的变化曲线示意图。图7为不同算法下增加FAP数量社会效益的变化曲线示意图。图8为不同算法下增加阶梯价格社会效益的变化曲线示意图。具体实施方式结合图1，本专利技术一种基于无线预存储网络中的三层多对多匹配方法，包括以下步骤：步骤1、根据无线预存储网络，确定多对多匹配过程中每个阶段的系统目标，具体为：根据无线预存储网络中的毫微微蜂窝接入点、移动用户和内容运营商，分别记为FAP、MU、CP，确定多对多匹配过程中每个阶段的系统目标为：(1)第一阶段：CP在非高峰时间将文件子集分配给租用的FAP，系统目标是最小化平均系统传输延迟；(2)第二阶段：MU开始连接到相关联的FAP以获得请求的文件，系统目标是最小化总体用户传输时延；(3)第三阶段：CP与FAP进行谈判租用存储空间，系统目标是提高总体用户满意度。步骤2、建立无线预存储模型，具体为：步骤2-1、确定无线预存储模型的参数，具体为：假设存在N个FAP，记为M个MU，记为和K个CP，记为且MU和FAP随机分布在无线预存储网络中；且所有FAP具有相同的存储大小，可以缓存V个文件，记为步骤2-1-1、确定文件的文件流行度qv，所用公式为：式中，β是正偏度参数；步骤2-1-2、确定到的文件下载延迟τm,n，所用公式为：式中，L是每个文件的大小，单位为字节；Rm，n是到的传输速率；其中n＝1，…，N，m＝1，…，M；步骤2-1-3、确定中央服务器到MU的传输延迟τm，a，所用公式为：式中，Rm是中央服务器到MU的传输速率；步骤2-1-4、确定对文件的偏好，所用公式为：式中，αm，v是影响偏好文件的因素；其为αm，v的归一化参数；步骤2-1-5、确定对文件的偏好，所用公式为：式中，是服务的MU的集合，l是FAP服务的第l个MU，|·|是一个集合的基数，pl，v是用户对文件的偏好。步骤2-2、确定无线预存储模型的系统目标函数，具体为：步骤2-2-1、确定最小化总体用户传输时延的系统目标函数，所用公式为：(c)xn，v∈{0，1}式中，xn，v是矩阵X的元素，xn，v＝1表示FAP缓存文件是每个FAP最多可以缓存的文件个数，是文件在无线预存储网络中重复缓存的最大次数；步骤2-2-2、确定最小化总体用户传输时延的系统目标函数，所用公式为：(c)yn，m∈{0,1}，式中，yn，m是矩阵Y中的元素；yn，m＝1表示FAP服务于MU，否则yn，m＝0；是每个FAP最多可以服务的MU的个数；步骤2-2-3、确定提高总体用户满意度的系统目标函数，所用公式为：(c)zn,k∈{0,1}式中,zn,k是矩阵Z的元素；c是FAP需要的消耗成本；zn,k＝1表示FAP被CP雇佣，否则zn,k＝0；ζ∈R+表示用户满意度的固定系数条件；表示与一个CP匹配的FAP的最大个数；表示MU的满意度，具体为：式中，h是用户满意曲线的陡度，是CP中雇佣的FAP提供给其订阅用户的总体传输延迟，是服务商服务的MU可以接受的最高延迟，且k＝1,…,K。步骤3、利用三层不同的匹配算法实现多对多匹配过程中每个阶段的系统目标，完成多对多匹配，具体为：步骤3-1、利用多对多文件最优选择匹配算法实现第一阶段的系统目标。其中，多对多文件最优选择匹配算法具体为：假设任意的对的偏好为Γv，Γv＝w本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无线预存储网络中的三层多对多匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据无线预存储网络，确定多对多匹配过程中每个阶段的系统目标；步骤2、建立无线预存储模型；步骤3、利用三层不同的匹配算法实现多对多匹配过程中每个阶段的系统目标，完成多对多匹配。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线预存储网络中的三层多对多匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据无线预存储网络，确定多对多匹配过程中每个阶段的系统目标；步骤2、建立无线预存储模型；步骤3、利用三层不同的匹配算法实现多对多匹配过程中每个阶段的系统目标，完成多对多匹配。2.根据权利要求1所述的基于无线预存储网络中的三层多对多匹配方法，其特征在于，步骤1所述根据无线预存储网络，确定多对多匹配过程中每个阶段的系统目标，具体为：根据无线预存储网络中的毫微微蜂窝接入点、移动用户和内容运营商，分别记为FAP、MU、CP，确定多对多匹配过程中每个阶段的系统目标为：(1)第一阶段：CP在非高峰时间将文件子集分配给租用的FAP，系统目标是最小化平均系统传输延迟；(2)第二阶段：MU开始连接到相关联的FAP以获得请求的文件，系统目标是最小化总体用户传输时延；(3)第三阶段：CP与FAP进行谈判租用存储空间，系统目标是提高总体用户满意度。3.根据权利要求1所述的基于无线预存储网络中的三层多对多匹配方法，其特征在于，步骤2所述建立无线预存储模型具体为：步骤2-1、确定无线预存储模型的参数；步骤2-2、确定无线预存储模型的系统目标函数。4.根据权利要求2或3所述的基于无线预存储网络中的三层多对多匹配方法，其特征在于，步骤2-1所述确定无线预存储模型的参数具体为：假设存在N个FAP，记为M个MU，记为和K个CP，记为且MU和FAP随机分布在无线预存储网络中；且所有FAP具有相同的存储大小，可以缓存V个文件，记为步骤2-1-1、确定文件的文件流行度qv，所用公式为：式中，β是正偏度参数；步骤2-1-2、确定到的文件下载延迟τm,n，所用公式为：式中，L是每个文件的大小，单位为字节；Rm,n是到的传输速率；其中步骤2-1-3、确定中央服务器到MU的传输延迟τm,a，所用公式为：式中，Rm是中央服务器到MU的传输速率；步骤2-1-4、确定对文件的偏好，所用公式为：式中，αm,v是影响偏好文件的因素；为αm,v的归一化参数；步骤2-1-5、确定对文件的偏好，所用公式为：式中，是服务的MU的集合，l是FAP服务的第l个MU，|·|是一个集合的基数，pl,v是用户对文件的偏好。5.根据权利要求4所述的基于无线预存储网络中的三层多对多匹配方法，其特征在于，步骤2-2所述确定无线预存储模型的系统目标函数具体为：步骤2-2-1、确定最小化总体用户传输时延的系统目标函数，所用公式为：(a)(b)(c)xn,v∈{0,1}式中，xn,v是矩阵X的元素，xn,v＝1表示FAP缓存文件是每个FAP最多可以缓存的文件个数，是文件在无线预存储网络中重复缓存的最大次数；步骤2-2-2、确定最小化总体用户传输时延的系统目标函数，所用公式为：(a)(b)(c)yn,m∈{0,1},式中，yn,m是矩阵Y中的元素；yn,m＝1表示FAP服务于MU，否则yn,m＝0；是每个FAP最多可以服务的MU的个数；步骤2-2-3、确定提高总体用户满意度的系统目标函数，所用公式为：(a)(b)(c)zn,k∈{0,1}式中,zn,k是矩阵Z的元素；c是FAP需要的消耗成本；zn,k＝1表示FAP被CP雇佣，否则zn,k＝0；ζ∈R+表示用户满意度的固定系数条件；表示与一个CP匹配的FAP的最大个数；表示MU的满意度，具体为：式中，h是用户满意曲线的陡度，是CP中雇佣的FAP提供给其订阅用户的总体传输延迟，是服务商服务的MU可以接受的最...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁冉，杜禹，李骏，时国维，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32