基于斯坦科尔伯格博弈的D2D内容安全分发方法及系统技术方案

一种基于斯坦科尔伯格博弈的D2D内容安全分发方法及系统。本发明专利技术，在蜂窝网络中，从确保用户内容共享的有效性和安全性出发，利用用户物理和社交信息的融合作用，基于斯坦科尔伯格博弈，设计实现了内容安全分发方法及其系统。其中，在实际的内容分发阶段，内容请求者需要从众多内容提供者中选择合适的一个或者几个提供其所需的内容，以实现用更少的代价获得更好的内容共享服务；而内容提供者同样需要根据其收益与代价确定其分发方案，以实现用更少的消耗和安全风险为内容请求者提供内容共享服务，同时获得更多的利益。由此利用斯坦科尔伯格博弈建立“领导者‑跟随者模型”进行模拟实现对单位内容价格φ及比例

【技术实现步骤摘要】
基于斯坦科尔伯格博弈的D2D内容安全分发方法及系统
本专利技术涉及移动通讯领域，尤其涉及一种基于斯坦科尔伯格博弈的D2D内容安全分发方法及系统。
技术介绍
近年来，随着无线数据流量的爆炸式增长，无线内容共享业务面临着诸多严重的挑战，例如用户对于多媒体内容请求的高度冗余，基站承担的巨大压力，以及无线资源的严重短缺等。而D2D内容共享技术能够利用D2D通信的优势，将基站的压力分散到遍布网络的移动终端上，通过内容缓存和分发技术有效应对上述诸多挑战，引起了业界的广泛讨论与研究。但是，D2D内容共享技术存在许多亟待解决的问题。现有研究大多假设用户是“绝对无私”的，换言之，只要用户之间能够建立D2D连接，即认为他们愿意进行内容共享。但是，在实际场景中，考虑到能量消耗和潜在的窃听风险，内容提供者可能并不愿意为内容请求者提供其需要的内容。因此，提高内容提供者的能动性与决定权是必要的。目前，已有一些研究着手解决上述问题，例如货币激励机制的设计。但该激励机制忽略了用户社交属性的影响。具体地，当面对相同的货币报酬，内容提供者更愿意为与自己存在社交关系的内容请求者提供内容。但现有方案并未考虑到这一点，缺少基于社交意愿的D2D内容分发方案。此外，安全性也是D2D内容共享中的一个关键问题，引起了业界的广泛关注。该问题在D2D通信网络中已经得到了深入地研究，例如JunyueQu等人在“PowerAllocationforDevice-to-DeviceCommunicationunderlayingCellularNetworksunderAProbabilisticEavesdroppingScenarioinAnnalsofTelecommunications,vol.71,no.7-8,pp.389-398,2016”一文中考虑了一个存在窃听用户的D2D通信复用蜂窝网络资源的场景，通过设计一个基于斯坦科尔伯格博弈的功率分配算法进行干扰管理，进而增强蜂窝用户的物理层安全。然而，上述工作研究的均为D2D通信中的安全问题，通过D2D用户复用蜂窝用户产生的干扰来解决蜂窝用户被窃听的问题。而在D2D内容共享场景中，针对进行内容共享的D2D用户的窃听才是需要解决的重要问题。值得注意的是，在D2D内容共享场景中，内容请求者附近一般有多个内容提供者可以为其提供想要的内容，由于这些内容提供者的位置、信道状态等信息不同，选择不同内容提供者为内容请求者提供内容时面临的窃听威胁也不完全等同。现有模型也未考虑到该窃听威胁。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于斯坦科尔伯格博弈的D2D内容安全分发方法及系统。首先，为实现上述目的，提出一种基于斯坦科尔伯格博弈的D2D内容安全分发方法，当内容请求者d请求内容f时，其通过如下的步骤从多个内容提供者处获得该内容f，其中，该内容f的长度为F：第一步，内容请求者d设置初始的单位内容价格φ＝0，利用D2D设备发现技术搜索其周围的内容提供者，向搜索到的J个内容提供者，发送请求的内容f及其单位内容价格φ；第二步，接收各内容提供者pj反馈的其愿意提供的内容占该内容f的比例其中提供反馈的任一内容提供者pj均缓存有该请求内容f，1≤pj≤NP≤J，其中NP为反馈存储有该内容f的内容提供者的数目；第三步，内容请求者d根据各内容提供者所反馈的比例计算其能够获得的内容总长度为在能够获得的内容总长度小于该内容f的长度为F时，跳转至第四步；在能够获得的内容总长度大于该内容f的长度为F时，跳转至第五步；否则，跳转至第六步；第四步，内容请求者d增加单位内容价格φ，向所述各内容提供者pj发送请求的内容f及更新后的单位内容价格φ，然后跳转至第二步；第五步，内容请求者d降低单位内容价格φ，向所述各内容提供者pj发送请求的内容f及更新后的单位内容价格φ，然后跳转至第二步；第六步，以此时的价格φ为内容请求者最终确定的单位内容价格，以此时的比例集合为各内容提供者最终愿意提供的内容占该内容f的比例大小，所述内容请求者d分别从所述各内容提供者pj处分别获取到对应比例的内容将所述各各内容提供者pj所提供的内容拼接为完整的请求的内容f。可选的，上述的基于斯坦科尔伯格博弈的D2D内容安全分发方法中，所述内容请求者d设置有请求者效用函数ud(μ,φ)，以该请求者效用函数ud(μ,φ)取得最大值作为计算所述单位内容价格φ的目标函数；其中，表示比例集合，其中为内容提供者pj所愿意提供的内容比例大小；所述请求者效用函数其中，表示内容请求者d的收益，表示内容请求者d的代价，其中，a是一个大于0的常数，表示可达速率增益因子；表示内容提供者pj和内容请求者d之间的信道可达速率，σ2为背景加性高斯白噪声的平均功率，QP是内容提供者的传输功率，指代内容提供者pj和内容请求者d之间的信道增益。在上述第一步至第六步的内容分发过程中虽然不直接使用该请求者效用函数ud(μ,φ)，但是，请求者效用函数ud(μ,φ)是内容分发的依据，其用于计算斯坦科尔伯格博弈均衡，而上述第一步至第六步的过程即为斯坦科尔伯格博弈的过程，上述过程所依据的目标函数即为请求者和提供者所设定的效用函数。直接求均衡时以该效用函数的性质作为博弈优化的目标函数，由这些性质才得到后面求解最优价格和比例的方法。也就是让单位内容价格直接初始从0开始，然后通过价格和比例间的关系计算比例，直到总比例为1.总比例为1就能得到均衡解也是上面说的直接求均衡时发现的性质。通过最大化这个效用函数得到最优价格，但这里也与比例有关，这是请求者和提供者的博弈，所以实际是根据请求者和提供者两者的效用函数最终得到最优价格和比例。可选的，上述的基于斯坦科尔伯格博弈的D2D内容安全分发方法中，所述内容提供者pj具有内容提供者效用函数以所述内容提供者效用函数值最大作为计算所述内容比例大小的目标函数；其中，表示内容提供者pj的收益，其中，表示内容提供者pj和内容请求者d之间的社交关系强度；为社交相关函数；表示内容提供者pj的代价；其中，内容提供者pj为内容请求者提供不同比例大小的内容时的能耗为安全成本为其中，θ∈[0,1]表示内容f的隐私程度，θ值越大，内容f越私密，被窃听的损失也就越大；b是一个大于0的常数，表示能耗成本因子；是内容提供者pj向d发送内容时的安全中断概率，其中，其中RS是用户的目标安全需求，是内容提供者pj和窃听者之间的信道增益。可选的，上述的基于斯坦科尔伯格博弈的D2D内容安全分发方法中，所述第二步中，所述内容提供者pj愿意提供的内容占该内容f的比例其通过以内容请求者d作为领导者，内容提供者pj作为跟随者而建立的以斯坦科尔伯格博弈模型计算最优解，在该以斯坦科尔伯格博弈模型最优解的计算过程中，通过设置最优的单位内容价格，在保证所有内容提供者提供的内容总长度不小于原内容长度的约束下最大化其效用函数；其中，表示内容提供者pj和内容请求者d之间的社交关系强度；为社交相关函数，表示社交关系对内容提供者提供内容的意愿的量化影响；θ∈[0,1]表示内容f的隐私程度，θ值越大，内容f越私密，被窃听的损失也就越大；是内容提供者pj向d发送内容时的安全中断概率；表示内容提供者pj和内容请求者d之间的信道可达速率，σ2为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于斯坦科尔伯格博弈的D2D内容安全分发方法，其特征在于，当内容请求者d请求内容f时，其通过如下的步骤从多个内容提供者处获得该内容f，其中，该内容f的长度为F：第一步，内容请求者d设置初始的单位内容价格φ＝0，利用D2D设备发现技术搜索其周围的内容提供者，向搜索到的J个内容提供者，发送请求的内容f及其单位内容价格φ；第二步，接收各内容提供者pj反馈的其愿意提供的内容占该内容f的比例

【技术特征摘要】
1.一种基于斯坦科尔伯格博弈的D2D内容安全分发方法，其特征在于，当内容请求者d请求内容f时，其通过如下的步骤从多个内容提供者处获得该内容f，其中，该内容f的长度为F：第一步，内容请求者d设置初始的单位内容价格φ＝0，利用D2D设备发现技术搜索其周围的内容提供者，向搜索到的J个内容提供者，发送请求的内容f及其单位内容价格φ；第二步，接收各内容提供者pj反馈的其愿意提供的内容占该内容f的比例其中提供反馈的任一内容提供者pj均缓存有该请求内容f，1≤pj≤NP≤J，其中NP为反馈存储有该内容f的内容提供者的数目；第三步，内容请求者d根据各内容提供者所反馈的比例计算其能够获得的内容总长度为在能够获得的内容总长度小于该内容f的长度为F时，跳转至第四步；在能够获得的内容总长度大于该内容f的长度为F时，跳转至第五步；否则，跳转至第六步；第四步，内容请求者d增加单位内容价格φ，向所述各内容提供者pj发送请求的内容f及更新后的单位内容价格φ，然后跳转至第二步；第五步，内容请求者d降低单位内容价格φ，向所述各内容提供者pj发送请求的内容f及更新后的单位内容价格φ，然后跳转至第二步；第六步，以此时的价格φ为内容请求者最终确定的单位内容价格，以此时的比例集合为各内容提供者最终愿意提供的内容占该内容f的比例大小，所述内容请求者d分别从所述各内容提供者pj处分别获取到对应比例的内容将所述各各内容提供者pj所提供的内容拼接为完整的请求的内容f。2.如权利要求1所述的基于斯坦科尔伯格博弈的D2D内容安全分发方法，其特征在于，所述内容请求者d设置有请求者效用函数ud(μ,φ)，以该请求者效用函数ud(μ,φ)取得最大值作为计算所述单位内容价格φ的目标函数；其中，表示比例集合，其中为内容提供者pj所愿意提供的内容比例大小；所述请求者效用函数其中，表示内容请求者d的收益，表示内容请求者d的代价，其中，a是一个大于0的常数，表示可达速率增益因子；表示内容提供者pj和内容请求者d之间的信道可达速率，σ2为背景加性高斯白噪声的平均功率，QP是内容提供者的传输功率，指代内容提供者pj和内容请求者d之间的信道增益。3.如权利要求1-2所述的基于斯坦科尔伯格博弈的D2D内容安全分发方法，其特征在于，所述内容提供者pj具有内容提供者效用函数以所述内容提供者效用函数值最大作为计算所述内容比例大小的目标函数；其中，表示内容提供者pj的收益，其中，表示内容提供者pj和内容请求者d之间的社交关系强度；为社交相关函数；表示内容提供者pj的代价；其中，内容提供者pj为内容请求者提供不同比例大小的内容时的能耗为安全成本为其中，θ∈[0,1]表示内容f的隐私程度，θ值越大，内容f越私密，被窃听的损失也就越大；b是一个大于0的常数，表示能耗成本因子；是内容提供者pj向d发送内容时的安全中断概率，其中，其中RS是用户的目标安全需求，是内容提供者pj和窃听者之间的信道增益。4.如权利要求1所述的基于斯坦科尔伯格博弈的D2D内容安全分发方法，其特征在于，第二步中，所述内容提供者pj愿意提供的内容占该内容f的比例其通过以内容请求者d作为领...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴丹，张灿，蔡跃明，杨炜伟，杨文东，管新荣，
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