[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

说明书

一种基于D2D的无线缓存网络系统吞吐量优化方法，包括：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规划并求出该DC规划的解，基于DC规划的解进行吞吐量优化。本发明所提出的方法，有效的提高了D2D无线缓存网络的系统吞吐量，为D2D用户提供最底的发射功率选择，大大提高了蜂窝用户频谱的复用率，为基于D2D的无线缓存网络系统应用提供了更好的解决方案。

技术领域

本发明属于无线缓存网络中内容共享与资源分配领域；具体涉及一种基于D2D的无线缓存网络中系统吞吐量优化方法。

背景技术

基于D2D的无线缓存网络作为一种非常有前景的技术，通过将网络中的内容部署在临近D2D用户的缓存中，可以有效地减小基站的回程链路负载和用户获取服务的时延；而通过复用蜂窝用户的频谱资源，D2D通信可以有效提高频谱利用率和系统的吞吐量。然而，如果不能有效处理频谱复用带来的蜂窝用户和D2D用户间的相互干扰，将不能充分发挥基于D2D的无线缓存网络的优势。当前无线缓存网络中的资源分配算法虽然已经发展出了很多重要的技术成果，但是大部分研究只考虑单一D2D用户复用单一蜂窝用户频谱资源，没有考虑多D2D用户接入对资源分配的影响。因此，研究联合D2D用户接入和信道分配的资源分配方法能有有效地改善蜂窝系统频谱效率，提高系统吞吐量。

发明内容

针对以上现状，本发明设计出一种基于D2D的无线缓存网络系统吞吐量优化方法，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规划并求出该DC规划的解，基于所述DC规划的解进行吞吐量优化。

在一些实施方式中，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；

和表示蜂窝用户集合；

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；