【技术实现步骤摘要】
基于多流行度的分组D2D多阈值缓存放置方法
本专利技术涉及移动通信
，更具体的，涉及一种基于多流行度的分组终端直通(Device-to-Device，D2D)多阈值缓存放置方法。
技术介绍
D2D通信技术作为5G移动通信中的关键技术之一，可以使得邻近两终端设备间直接建立通信信道而不经过基站中转，从而降低基站负载，提高系统的频谱效率。随着信息时代高速发展，各种移动通信业务带来了爆炸式增长的数据量，迫切需要新的缓存技术提高频谱资源的利用效率以及数据传输效率。无线边缘缓存技术将用户请求概率较高的包放置在邻近的缓存终端中，从而降低常规通信中所需要的回程链路通信所带来的时延，有效提升了用户通信的质量[1]。而D2D技术具有支持终端之间直接进行数据交互的特点，其通信主体为非核心网设备的终端，因而能够更易于部署边缘缓存技术，可被广泛应用在商用通信、公共安全通信(如地震等灾害发生时的应急通信)等场景。缓存放置问题则是D2D边缘缓存技术的核心。类似背包问题，它主要研究如何在有限的存储空间下最大化系统传输效率。因此，许多缓存方案的...
【技术保护点】
1.基于多流行度的分组D2D多阈值缓存放置方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：基站收集进行包缓存所需的缓存用户设备HUE信息；/nS2：设定HUE分组数量L值并初始化HUE分组矩阵等量划分HUE；/nS3：依据区域用户的服务公平性构建HUE分组的优化模型目标函数，求解得到最优HUE分组结果；/nS4：构建缓存放置优化模型，记为问题P2；/nS5：根据应用需求判断每个HUE用于缓存最流行包MPP的容量K是否为定值；若是，执行步骤S7；否则执行步骤S6；/nS6：将问题P2进行简化为问题P3，求解问题P3得到第s类包中MPP的数量
【技术特征摘要】
1.基于多流行度的分组D2D多阈值缓存放置方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：基站收集进行包缓存所需的缓存用户设备HUE信息；
S2：设定HUE分组数量L值并初始化HUE分组矩阵等量划分HUE；
S3：依据区域用户的服务公平性构建HUE分组的优化模型目标函数，求解得到最优HUE分组结果；
S4：构建缓存放置优化模型，记为问题P2；
S5：根据应用需求判断每个HUE用于缓存最流行包MPP的容量K是否为定值；若是，执行步骤S7；否则执行步骤S6；
S6：将问题P2进行简化为问题P3，求解问题P3得到第s类包中MPP的数量和第s类包中次流行包SPP的数量执行步骤S8；
S7：将问题P2进行转化为问题P4，求解问题P4得到第s类包中MPP的数量和第s类包中次流行包SPP的数量
S8：根据计算得到得MPP数量和SPP数量对MPP全部缓存，对SPP分组缓存，完成缓存放置。
2.根据权利要求1所述的基于多流行度的分组D2D多阈值缓存放置方法，其特征在于，在所述步骤S3中，将所述HUE分组的优化模型目标函数记为问题P1，其具体表达式为：
受限于：
其中，定义二元选择变量指示HUE的分组情况，其中表示第x个HUEmx属于组Gl，则表示其不属于该组；Gl为第l组的所有HUE构成的集合；Ωl表示第l个组内的HUE覆盖区域的交集面积；ΨHUE表示系统内HUE的集合，mx∈ΨHUE为第x个HUE，x∈{1,2,...,NHUE}；Nl表示每个组内的HUE数量；
其中，式(1)定义为最小化多个分组的覆盖区域交集面积之和，式(2)中限制条件C1表示每个HUE组内包含的HUE数量均为Nl，C2表示每个HUE只能属于一个组；将问题P1转化为凸问题，使用内点法进行求解获得最优HUE分组结果。
3.根据权利要求2所述的基于多流行度的分组D2D多阈值缓存放置方法，其特征在于，在所述步骤S1中，定义为Az的交集的面积，其中Az为设备z的通信覆盖区域面积，Z为符合条件的设备z的集合，所述变量Ωl具体表示为：
其中，为简化分析，将组内任意两个HUE的覆盖区域的交集面积之和作为组内全部HUE覆盖区域的交集的总面积。
4.根据权利要求2所述的基于多流行度的分组D2D多阈值缓存放置方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述问题P2具体表示为：
受限于：
其中，式(4)定义将系统平均传输中断概率Pout最小化，式(5)中的限制条件C1表示HUE端的缓存容量为M；限制条件C2表示对任意偏好类中能缓存包总数不超过用户可能请求该偏好类包的总数，Fs表示第s类偏好集合中含有包的数量；限制条件C3要求整个缓存过程中的所有S类MPP包的集合所有S类SPP包的集合中第s类包的数量应为正整数；其中，的元素数量为的元素数量为
5.根据权利要求4所述的基于多流行度的分组D2D多阈值缓存放置方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述平均传输中断概率Pout的计算过程具体包括以下步骤：
A1：对第s类包的三种流行程度进行划分，包括最流行包MPP、次流行包SPP和不流行包LPP，其中，第s类包中除了MPP、SPP外的剩余包为LPP，由于LPP的请求用户数较少，在HUE缓存容量受限的条件下，系统趋向于缓存MPP和SPP；
A2：定义系统请求用户设备VUE的集合为ΨVUE，ny∈ΨVUE为第y个VUE，y∈{1,2,...,NVUE}，基站为B；同时，定义发射机χ和接收机在通信时的传输信道性能参数的通用表达形式，其中：χ∈{B}∪ΨHUE，χ和二者不能同时属于集合ΨHUE；当χ和之间存在潜在通信链路时，定义传输信噪比SNR为具体表达式为：
其中，表示发射机χ和接收机之间的瑞利衰落信道增益，服从独立的指数分布，表示χ和之间的距离，Pχ为χ的发射功率，α为路损指数，为高斯白噪声功率；
A3：定义θth为χ和之间的通信链路中断SNR阈值，其传输中断概率P定义如下：
其中，将式(7)进行简化，得到如下表达式：
A4：令θx,y表示第x个HUE发射机mx和第y个VUE接收机ny之间的SNR，θB,x和θB,y分别表示基站B作为发射机和mx、ny作为接收机之间的SNR，再定义三种流行程度的包的传输中断概率，具体为：
1)MPP
接收机VUE从所有HUE中选取对其链路传输质量最好，即中断概率最小的HUE作为其发射机，因此传输的中断概率PMPP为：
2)SPP
接收机VUE需要确定缓存了其所需要的数据包所在的HUE组Gl，并从该组中选取链路质量最好的HUE，向其发送数据传输服务的请求，该情况下传输的中断概率为：
3)LPP
此类包的传输在不同...
【专利技术属性】
技术研发人员：江明，黄玲，吴宽，黄晓婧，徐建勋，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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