[发明专利]一种面向无线异构网络的基站与D2D共同缓存方法

权利要求书

1.一种面向无线异构网络的基站与D2D共同缓存方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：建立D2D缓存与基站缓存共同工作的系统模型，并将用户分为D2D用户与基站用户两类，D2D用户在该系统中请求文件时优先从邻近的D2D服务者获取，若没有找到对应文件则向基站进行请求，基站用户则直接向基站请求文件，对于基站与D2D服务者都未缓存的文件，则转向核心网进行请求；

建立D2D缓存与基站缓存共同工作的系统模型具体为：

用户U＝{u₁,u₂…u_k}在基站覆盖范围内以泊松点过程分布，密度为λ_u，数量为k，其中m个用户为D2D服务提供者，密度为λ_d，作为D2D缓存服务的提供者，预先缓存内容并向周围用户提供内容分享，D2D通信的有效半径为d，所以能够获得D2D服务的用户集为U^d，只能由基站提供服务的用户集为C_UU^D，用户属于基站用户集的概率为P_B，属于D2D用户集的概率为P_D，D2D设备及基站缓存向量分别为F_D＝{f_1,D,f_2,D…f_n,D}、F_B＝{f_1,B,f_2,B…f_n,B}；

该系统的文件库F共n个文件，每个文件大小相等均为a{mb}，D2D设备的存储能力为S_D，能够存储S_D个文件，所有D2D设备缓存同样的S_D个文件；基站的存储能力为S_B，能够存储S_B个文件，文件欢迎度服从Zipf分布，Zipf分布参数为γ，下式表示用户请求第i个文件的概率：

步骤2：以最小化系统流量为目标，采用基于模拟退火法决定缓存内容；

其中最小化系统流量具体如下：

用户请求文件时文件传输产生的系统流量为c₀，c₁，c₂，从用户请求文件的过程能够看出在D2D服务者上获取文件时不占用系统流量，所以c₀＝0，在基站获得文件时产生流量c₁＝a，通过回程链路获得文件时在回程链路产生a的流量，并且基站发送文件给用户时也产生a的流量，所以c₂＝2a，所以当一个用户请求文件时，若该用户属于基站用户集，则平均流量为：

若该用户属于D2D用户集，则平均流量为：

系统中任意用户请求文件时的平均系统流量为：

其中，

f_i，B∈{0，1}，f_i，D∈{0，1}，i＝1，2…n

即最小化系统流量为一个0-1整数规划问题，且是一个NP-hard问题；

采用基于模拟退火法决定缓存内容具体为：

1)初始化：设定初始终止条件T，最小终止条件T_min，更新参数α，初始缓存内容F_B，current，F_D，current，初始系统流量C_best(F_B，best，F_D，best)，每个周期的迭代次数L；

2)重复第3)至6)步共L次；

3)对现有缓存内容F_B，current，F_D，current产生随机扰动，产生新缓存内容F_B，new，F_D，new；

4)若新缓存内容F_B，new，F_D，new满足基站缓存容量，则计算新缓存状态带来的系统增益Δt＝C_best(F_B，best，F_D，best)-C_new(F_B，new，F_D，new)，否则返回步骤2)；

5)若Δt＜0，则将新缓存状态F_B，new，F_D，new接受为当前缓存内容，并存储为最优缓存内容F_B，best，F_D，best，否则以概率exp(-Δt/T)接受为当前缓存内容，但最优缓存内容仍不改变；

6)将T减小至原值的α倍获得新终止条件，若新终止条件已小于等于最小终止条件T_min，则终止算法并输出F_B，best，F_D，best，即为求得的最优缓存内容，否则转至步骤2)继续执行。