[发明专利]无线缓存系统中基于拍卖理论的一种资源分配算法

说明书

技术领域

本发明涉及的是无线缓存系统中一种基于博弈论中拍卖理论的资源分配算法，属于无线通信(Wireless Communication，WC)领域。

背景技术

为了满足人们日益增长的无线数据的需求和对高数据传输速率的要求，人们在下一代异构网络中利用picocell和femtocell接入点协作宏基站来满足人们的要求。而且有明确的数据显示是，绝大多数人们对于数据的要求都是重复的关于最近流行文件的请求，例如：流行大片，政治热点等。所以减少数据传输中数据冗余就需要缓存技术，就是在当地存储空间存储相对流行的文件来协助宏基站来协助传输。在人们迫切的需求下，5G技术已经全面提上日程，与基于LTE-A的4G移动通信系统来比较，我们将会拥有更大的网络吞吐量和更高的无线传输速率。5G移动通信中的无线网络技术中关于超密集异构网络技术和分布式云存储技术如渐渐走向人们的视野。

在超密集的异构网络中，人们将拥有更密集的网络节点，将会带来更高功率效率和更大的系统容量。在超密集异构网络中，既有负责基本覆盖的宏基站，也有承担局部区域覆盖和增强的小基站，如microcell、picocell、femtocell等。在无线通信飞速发展的今天，无线信道资源日益成为一种宝贵的稀缺资源，所以使用预存储技术极大程度减少回传信道中的数据冗余将是未来无线发展的一个重要方面。

(1)传统的无线网络系统都是基于实时的在线数据传输给移动用户，编码技术在很大程度上决定了数据的传输速率。预存储技术将数据文件存储在分布式的蜂窝基站系统中，与移动用户之间的传输距离大大缩小，减小了回路的传输拥塞，能够有效的解决数据流的拥塞问题，大大减小了传输延迟，提高了无线网络的通信质量。

(2)传统的分配方式，只考虑了文件提供方和运营商之间的各自的利益函数最大化，没有考虑纳什均衡点的稳定性，在算法实现的过程中可能会出现一方偏离算法的可能性。

(3)基于D2D网络的分配算法具有网络本身的限制性，不适用于广义上的移动缓存网络，在双方信息不对称的情况下，不能直接用于无线缓存网络模型。

基于上述研究现状，本发明提出了一种基于无线异构网络的基站和网络节点分配算法，能在优化文件提供方和数据运营商双方利益函数最大化的基础上实现纳什均衡解，同时保证算法的收敛性和较小的复杂度。

发明内容

发明目的：考虑目前无线通信系统中的资源分配方式不能在实现利益函数最大化的前提下保证纳什均衡点的稳定性和算法收敛性的前提下，本发明设计了一种基于博弈论的的基站和网络节点的动态的迭代的分配算法机制。

技术方案：本发明提出的无线缓存系统中一种基于博弈论中拍卖理论的资源分配算法，主要包括以下几个部分。

第一部分：

通过随机几何理论建立系统模型。该预存储系统包含多个移动用户和工作在同一频段的小基站。将小基站的位置分布遵循上且密度为λ_s的齐次泊松点过程。同样，将用户的位置分布遵循另一个上且密度为λ_u的齐次泊松点过程。小基站的发射功率均为P。对于网络的传播模型，考虑大尺度的路径损耗与小尺度的快衰落的影响。路径损耗服从经典的幂次法则，即接收信号功率的路径损耗为d-α，其中d表示小基站和用户之间的距离，α为路径损耗因子。瑞利衰落信道将用来建模小基站和用户间的小尺度的快衰落，信道功率增益表示为h～exp(1)。假设所有信道是独立同分布，所有的小基站一直处于主动工作状态。

在内容传输阶段，概率预存储策略是将第n层的用户接入到离该用户最近第n层的小基站，然后从该小基站的存储器中下载文件。假设只有当用户的SINR大于预定门限时，该用户才能成功下载请求文件。假设第n层的典型用户位于原点，接入最近的第n层的小基站，那么用户的接收SINR表示为：

其中，σ²为噪声功率，x₀表示正在服务的基站的位置，z为典型用户和该小基站之间的距离，x_j表示干扰小基站的位置，||x_j||表示x_j与典型用户之间的距离，和表示相应的信道增益，Φ表示同时处于激活状态的小基站的集合。