[发明专利]一种基于D2D的无线缓存网络中系统吞吐量优化方法

权利要求书

1.一种基于D2D的无线缓存网络系统吞吐量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立无线缓存网络在约束条件下的系统吞吐量最优化模型；

将无线缓存网络系统吞吐量最优化模型分解为接入选择与分配模型和功率控制模型；

根据接入选择和分配模型为D2D请求用户提供接入服务和信道分配；

判断并维护D2D用户所分配的信道的功率控制的可行性；

响应于功率控制可行，将功率控制模型转化为DC规划并求出所述DC规划的解，基于所述DC规划的解进行吞吐量优化；

其中，所述无线缓存网络在约束条件下的系统吞吐量最优化模型为：

其中，P_i^c和分别表示蜂窝用户i的发射功率和D2D请求用户j的服务用户发射功率；

ζ_j表示D2D请求用户j的本地存储是否缓存了其请求的网络内容；

ρ_m,j表示D2D请求用户j是否可由D2D服务用户m服务；

v_i,j表示D2D请求用户j是否复用蜂窝用户i的频谱资源；

和分别表示蜂窝用户集合和D2D请求用户集合；

N_c和N_r分别为蜂窝小区中的蜂窝用户数和D2D请求用户数；

表示D2D请求用户j的候选服务用户集合；

和分别表示蜂窝用户和D2D请求用户的传输速率；

约束条件为：

其中，约束条件(a)表示蜂窝用户和D2D链路的发射功率约束，和分别为蜂窝用户和D2D服务用户的最大发射功率；

约束条件(b)表示蜂窝用户和D2D链路的传输速率约束，R_c和R_d分别为蜂窝用户和D2D链路的最小速率约束；

约束条件(c)表示单个D2D请求用户只能由单个D2D发射用户服务；

约束条件(d)表示单条D2D链路只能复用单个蜂窝用户的频谱资源；

所述模型中和分别表示为：

其中和分别表示蜂窝链路和D2D链路的噪声功率；

G_i,B分别表示蜂窝用户i到基站的信道增益；

G_i,j表示为蜂窝用户i对D2D请求用户j的干扰链路增益，G_j表示为D2D请求用户j的信道增益，G_j,i表示为D2D请求用户j的服务对蜂窝用户i的干扰链路增益；G_k,j表示为D2D请求用户k的服务对D2D请求用户j的干扰链路增益；

所述接入选择与信道分配模型表示为：

所述功率控制模型为：

其中，DS_i表示复用第i个蜂窝用户频谱资源的D2D请求集合；

所述根据接入选择和分配模型为D2D请求用户提供接入服务和信道分配包括：

将接入选择和信道分配模型的三维匹配转化为二维双边图匹配；

根据双边图匹配算法计算得到D2D请求用户的服务用户；

所述判断并维护D2D用户所分配的信道的功率控制的可行性，包括：

通过Perron-Frobenius理论判断功率控制的可行性；

若不可行，执行链路移除算法移除信道分配中共信道干扰最大的请求用户，直到功率控制可行；

所述将功率控制模型转化为DC规划包括：

将功率控制模型转化为DC规划形式的目标函数；

并通过一阶泰勒展开式，使用连续凸优化方法求解DC规划，得出最优解。

2.根据权利要求1所述的无线缓存网络系统吞吐量优化方法，其特征在于，还包括：

采用启发式迭代算法计算得到D2D请求用户的信道分配共信道干扰总和最小的蜂窝用户频谱资源。

3.根据权利要求1所述的无线缓存网络系统吞吐量优化方法，其特征在于：

所述无线缓存网络包括多个D2D请求用户、多个D2D服务用户和多个蜂窝用户；蜂窝用户在给定授权信道上传输数据，D2D服务用户缓存网络内容，D2D请求用户请求网络内容。