[发明专利]一种时延驱动的D2D网络缓存下载方法

说明书

本发明公开了一种时延驱动的D2D网络缓存下载方法，利用Zipf分布来近似设备对文件的请求概率即文件的流行度，考虑网络中的D2D设备兼具缓存功能和下载需求。同时考虑设备根据缓存策略从基站下载数据提前缓存产生的时延和设备发送数据需求时下载数据所需的时延，构建了最小化网络平均时延的优化问题，通过优化缓存策略和缓存下载链路的选择来提升系统性能。我们提出了一种时延驱动的缓存下载算法解决该优化问题。仿真结果显示，所提出的时延驱动的D2D网络缓存下载方案相比以往方案能够有效的减小时延提升系统性能。

技术领域

本发明属于5G网络中D2D缓存技术，是一种时延驱动的D2D网络缓存下载方法。

背景技术

随着5G无线通信的发展，无线通信中传统性能指标如速率、频谱效率等都需要进一步的提高，对频谱资源的需求也大大增加。作为面向5G的关键技术，D2D通信技术有助于提升系统容量和频谱效率在学术研究和工业应用中都得到了广泛的关注。D2D通信能够不经过基站中转实现设备到设备间的直接通信从而大大减少了基站对D2D通信建立连接的负担。D2D用户复用蜂窝用户的频段进行通信同时也提高了频谱的利用率。现在的网络中，除传统的语音通信，以数据传输为主的通信业务模式也占据了较大比例。而在数据业务流量报告中可以看出，一部分流行数据具有非实时性且占用了较大的传输负载而给传输带来负担，缓存是解决该问题的有效手段之一。缓存即设备根据流行度的预测，提前存储请求的数据或文件，在发生数据请求时能够不经过网络下载而获取数据从而提升网络性能。而通过D2D设备进行缓存能够有效较小网络负载，提升网络吞吐量。D2D设备根据缓存策略，向基站请求下载数据并进行缓存。当网络中设备出现数据请求时，可通过自身缓存、向邻近D2D设备请求下载和向基站请求下载几种方式获取数据。如何设计缓存策略，最大化缓存所带来的增益是现有研究中关注点之一。然而现有大部分D2D缓存研究设计缓存策略时，仅根据流行度和周边节点的需求进行缓存，忽略了设备提前缓存数据所产生的时延，同时未能充分考虑下载路径的选择问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种时延驱动的D2D网络缓存下载方法，能够有效的提升系统性能，降低缓存下载网络中的平均传输时延。

一种时延驱动的D2D网络缓存下载方法，包括以下步骤：

步骤1：构建一个具有N个D2D设备的单小区缓存下载网络具有L个文件在自身发生数据请求前，D2D设备可从基站端提前下载文件进行存储，由基站(BS)到设备D_i的传输速率设备D_i向基站请求提前下载存储文件的时延

用a＝{a₁,a₂,…,a_N}表示下载策略，D_i的缓存策略可用c_i＝{c_i,1,c_i,2,…,c_i,L}表示，当设备发生数据下载需求时，设备可以通过检查自身缓存、由已缓存数据的D2D设备处下载或由基站处下载，若自身已缓存则下载时延为零，假设一个D2D设备只能向一个其余D2D设备或基站发出请求，而一D2D设备也仅能为一个设备提供下载帮助，同时所有D2D链路复用相同资源传输，用表示设备D_i下载文件的链路选择，由设备D_j到设备D_i的传输速率由基站(BS)到设备D_i的传输速率设备从给其提供下载服务的设备或基站处下载文件的传输速率R_j,i，时延为

步骤2：基于步骤1中构建的网络，构建通过优化缓存策略，下载策略和链路选择最小化网络的平均传输时延的优化问题，时延包括从基站处提前下载存储产生的时延和产生文件下载需求进行下载所产生的传输时延两个部分，优化问题如下：