[发明专利]一种用于D2D无线缓存网络中的缓存分配方法

摘要

本发明属于移动通信领域，尤其涉及移动通信中的无线缓存网络节点提前在网络闲时存储附近用户需求的内容。本发明提出了一种用于D2D无线缓存网络中的缓存分配方法，该分配方法是一种在干扰环境下基于低内容中断概率的缓存分配方法，可以有效地降低无线网络中缓存的冗余程度，在满足网络QoS下达到低中断概率的需求，提高网络的内容交付能力，同时适用于动态变化的实际场景。

主权项

一种用于D2D无线缓存网络中的缓存分配方法，其特征在于，具体步骤如下：S1、下行链路传输中，每个D2D接收机Rx根据来自D2D链路发射机Tx发送的有用信号和来自除目标发射机以外的其他所有发射机对该Rx的干扰计算SINR。D2D用户建立D2D链路时，Tx发送有用信号给该Rx，但是Rx在接收信号时不仅会接收到有用信号，且会接收到来自除目标发射机以外的其他所有发射机对该Rx的干扰和无线信道中的噪声，则假定user0作为典型用户，user0到发射机Tx0距离为R0时的SINR可以表示为其中干扰表示为其中Ir计算来自除目标发射机以外的其他所有发射机对user0的干扰，Ri为典型用户到其他发射机的距离，gi为小尺度衰落，σ2为噪声方差。S2、根据获得的SINR计算D2D链路在获取文件i的中断概率：S21、定义内容成功概率为请求文件在其他用户缓存空间里且文件传输速率超过T的概率，因此中断概率可以定义为内容成功概率的互补，即是说请求的D2D用户没有通过D2D链路获取请求文件的概率表示为其中其中f0表示被user0请求的文件，表示缓存有文件f0的发射机Tx的缓存，即是说user0需求的文件在Tx0的存储空间中。S22、如S21所述，已经得到D2D网络中一般性的内容中断概率，那么一个典型用户通过D2D链路获取文件i的中断概率可以有附录1获得其中μ表示恒定发射功率的倒数，pi为D2D终端的缓存文件i概率，β(T,α)表示为其中期望是对干扰信道分布g的。S23、如S22所述，假设噪声功率σ2＞0，路径损耗指数α＝4，均值gi服从参数为μ的指数分布，γr＞1，则可以得到获取文件i的中断概率为，其中，为标准高斯分布的尾概率，pi为文件i的缓存概率。由于Q函数的近似为其中A＝1.98,B＝1.135。那么可以重写pout(T,λpi,4,S,γr)为S24、如S23所述，对于一个密度为λ的异构PPP通信模型，用户请求文件i的概率为pr(i)，获取文件i的中断概率为pout(T,λpi,4,S,γr)。则文件i传输的内容中断概率为Pout＝pr(i)pout(T,λpi,4,S,γr)，转入S3；S3、如S22、S23和S24所述，对于本系统中的D2D终端来讲，请求文件的概率服从Zipf分布，即pr(i)，终端的缓存概率为pi且未知。总共有M个文件，想要确定每个文件的缓存概率，即p＝{p1,p2,…,pM}。注意到文件缓存在用户终端上的平均数量不会超过S，即是∑i∈Ιpi≤S，其中Ι表示M个文件，其中文件可以被用户在任何位置请求。那么可以知道每个文件的缓存概率影响网络平均内容中断概率，所以我们想要找到最优缓存方案实现最小化网络平均内容中断概率，现在我们的优化问题可以建模为约束条件为∑i∈Ιpi‑S≤0，pi‑1≤0,i＝1,2,…,M，‑pi≤0,i＝1,2,…,M，转入S4.S4、如S3所述，这个优化问题是一个约束的非线性凸优化问题，这个问题可以采用传统的迭代方法解决。为了降低计算复杂度，我们使用了一种低复杂度搜索算法解决这个问题。采用Karush‑Kuhn‑Tucker(KKT)条件来解我们的优化问题，对pi求拉格朗日梯度后为其中初始条件为pi‑1≤0,‑pi≤0,i＝1,2,…,M；双重条件为k≥0，ηi≥0，εi≥0,i＝1,2,…,M；互不松弛条件为εipi＝0,i＝1,2,…,M。则可以得到文件缓存概率，其中即获得低中断概率的缓存分配方法。