[发明专利]基于文件流行度的D2D融合网络最优协作距离的计算方法

摘要

本发明公开了一种基于文件流行度的D2D融合网络最优协作距离的计算方法，包括以下步骤：将小区用户运动建模为空间泊松点过程随机分布，每个用户缓存一个视频文件，用户获取视频文件可以选择蜂窝模式或D2D模式，利用Zipf分布模拟了视频文件的流行度，根据D2D和蜂窝通信不同特点单小区内D2D激活的用户数N_D2D与蜂窝激活的用户数N_BS，然后由单个用户分别在D2D模式下与蜂窝模式下的平均吞吐量得到融合网网络容量，通过现有的快速迭代算法获得了具体的应用场景和业务需求下使得D2D融合网络获得最大吞吐量的最优协作距离d^*。

主权项

1.基于文件流行度的D2D融合网络最优协作距离的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在单小区内，考虑小区用户的运动符合泊松点过程，将小区用户建模为空间泊松点过程记为Φ，泊松系数为ρ；每个用户缓存一个视频文件，用户获取视频文件选择蜂窝模式或D2D模式；当用户节点u有视频文件需求时，用户节点u向基站发出请求，基站对该用户所在区域进行检索，如果该区域内有活跃且缓存对应用户所需文件的D2D用户时，基站选择D2D通信并建立D2D链路，反之，基站选择蜂窝模式将视频文件传给所需用户；2)将m种视频文件按照其流行度缓存于小区用户移动设备存储区中，利用Zipf分布模拟了视频文件的流行度，用户缓存视频文件i的概率pi为其中，rc为Zipf分布的倾斜因子，j为第j个流行视频文件；3)根据小区用户运动符合泊松点过程这一特性，结合步骤2)用户缓存视频文件的概率得出单小区内D2D激活的用户数ND2D与蜂窝激活的用户数NBS；具体方法如下：参考用户节点A能够成功建立D2D链路来获取所需视频文件的概率为其中，D为参考用户节点A到目的用户节点B的距离，S为D2D模式下的通信覆盖区域，d为D2D通信的协作距离，|S|＝πd2为区域S的面积；请求存储视频文件i的用户数ni＝ρS'(1‑pi)qi，其中S'为小区的覆盖面积，用户请求文件i的概率为qi，参考用户通过D2D模式成功请求视频文件i的用户数为在D2D模式下，成功获取目标视频文件的用户数，即D2D激活数量为利用蜂窝模式获取视频文件的用户数为D2D通信链路建立失败的用户数，得出参考用户通过传统蜂窝模式的请求视频文件i成功的用户数为在蜂窝模式下，成功获取目标视频文件的用户数量，即蜂窝激活数量为4)根据小区内单个用户分别在D2D模式下与蜂窝模式下的平均吞吐量CD2D与CBS，结合步骤3)蜂窝与D2D激活的用户数获得基于视频文件的异构融合网络容量C，具体方法如下：单个用户在D2D模式下的平均吞吐量CD2D：单个用户在蜂窝模式下的平均吞吐量CBS：其中，E{x}表示对x求期望，为对x的指数积分函数，a为小区半径，p_d为D2D模式下用户的发射功率，P_t基站发射功率，α为路径损耗指数，h为信道状态信息，为加性高斯白噪声的噪声功率；令D2D的协作距离d＝ra，r为协作距离分配因子，单个小区内D2D和蜂窝融合网络系统的网络视频传输容量为为了使得融合网络系统的网络视频容量最大，对C求关于r的一阶导数，如下：注意到，最优协作距离分配因子r^*满足通过近似化简后r^*满足一个多项式，即通过迭代算法，获得最优的协作距离分配因子r*，即得D2D融合网络最优协作距离d*，其中，d*＝r*a。