[发明专利]一种基于软件定义无线网络的三维D2D匹配算法

权利要求书

1.一种基于软件定义无线网络的三维D2D匹配算法，在软件定义网络和无线网络融合的SDWN(Software Defined Wireless Network)架构下，通过控制器对全局网络中设备缓存信息的感知，对用户进行集中控制从而实现D2D全双工通信，并利用DAC(D2D-awarecaching)缓存策略和全双工D2D的特点，通过建立混合整数规划问题实现全网D2D用户传输速率最大化：

利用功率控制算法解决全双工D2D用户共享蜂窝用户频谱资源而带来的传输速率下降的问题；

基于图论模型构建三维匹配算法，进行D2D全双工匹配和复用信道分配，实现一对一匹配；

其特征在于，所述DAC缓存策略，具体包括以下步骤：

3.1)假设用户请求的内容来自一个拥有L个文件的库，每个用户最多只能存储K个文件，K＜＜L，每个用户每次只能请求一个文件，且他们的请求服从齐夫定律：

其中，ξ为齐夫分布的流行度指数，描述了流行度分布的一个偏度，且取决于内容类型，则q_i就表示用户请求第i个文件的概率，j是量级数；

3.2)将库中L个文件的2K个最流行的内容分成数目相等的互补重叠的两个集合，定义为集合C_A和集合C_B，即每个集合有K个内容，并且集合C_A被请求的概率h_A和集合C_B中的内容被请求的概率h_B大致相等，记为

这两个集合以相等的概率即50％随机分布到各个用户，定义缓存用户为CU，定义存储集合C_A的用户为UE A，存储集合C_B的用户为UE B；

3.3)当一个UE A请求集合C_B且周围有UE B请求集合C_A，则两者可匹配，进行D2D全双工通信；

3.4)若周围没有满足条件的CU用户或以概率1-h_A-h_B请求文件，则接收 来自基站的信号，即成为下行用户；

3.5)若请求自身缓存的内容，则不需要接收 信号，即自主链接。

2.根据权利要求1所述基于软件定义无线网络的三维D2D匹配算法，其特征在于：所述SDWN架构分为两个部分：控制平面和数据平面，控制平面层设立了SDN控制器，该控制器利用网络的全局视图，提取整个网络的全部信息来提高网络资源分配的有效性，然后通过控制器中的模块运算来实现全网优化；在数据平面层，以单蜂窝小区做为模型，根据用户缓存的内容以及请求的内容，将用户进行匹配，进行D2D全双工通信。

3.根据权利要求1所述基于软件定义无线网络的三维D2D匹配算法，其特征在于：所述混合整数规划问题，具体包括以下步骤：

4.1)为了使所有的D2D对加权总和最大化，通过匹配方法来配对缓存用户，同时分配合适的频谱到相应传输链接中，即这是一个D2D对匹配联合信道分配的问题，为避免对蜂窝网络的过度干扰，对D2D传输进行功率控制，联合二进制决策变量和D2D对以及蜂窝用户(CUE)功率变量来优化系统性能：

4.2)首先，利用功率控制算法，将混合整数规划问题分解成优化功率分配问题，并将非凸问题转变成容易解决的凸问题，使用迭代算法计算出问题的近似最优解；

4.3)其次，利用基于超图的三维匹配方法，进行D2D全双工匹配和复用信道分配，实现一对一匹配，以最大限度的提高D2D传输总速率。