[发明专利]一种D2D无线缓存方法

权利要求书

1.一种D2D无线缓存方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取内容流行度分布表达式：

假设用户请求的文件来自一个拥有M个文件的文件库M^lib；每个用户按照Zipf分布独立从文件库中请求文件；排名越靠前的文件被请求的概率也越高；其中，排名在位置i的文件被请求的概率为

其中，γ表示Zipf分布的流行度常数；

步骤2：获取优化模型

每个用户均能自由选择蜂窝通信模式和D2D通信模式进行通信，当用户以D2D通信模式通信时，用户最大通信半径为R_D2D；且在最大D2D通信半径的范围内存在K个相邻用户，K服从密度为λ的泊松点过程；则用户在以自身为中心，半径为R_D2D的范围内有k个用户的概率为

假设每个用户均能缓存M_d个文件，假设每个文件大小都为1；在R_D2D范围内的用户之间使用D2D通信技术进行文件传输，将这些用户缓存的文件称为虚拟缓存；用户愿意向R_D2D范围的其他用户分享自身缓存文件的概率为ρ；将用户能够从虚拟缓存中获取文件的概率称为缓存命中概率，记为P_i^Hit；

用q_i表示用户缓存排名在第i位的文件的概率，则

缓存命中概率P_i^Hit为用户请求排名在第i位的文件且获取文件的概率，表示为

将(1)式和(2)式代入(4)式中，得

每个用户所处的位置都是随机分布的，因此，每个用户的缓存命中概率在平均意义上都相同；用户在虚拟缓存中找到请求文件的概率为

通过确定文件的缓存概率q_i＝[q₁,q₂,…,q_M]，使得平均缓存命中率最大化；故优化模型表示为：

步骤3：提出优化算法

将文件库M^lib中的文件分为两个部分：流行度高的部分文件和流行度低的部分文件；在Zipf分布的缓存策略下，流行度高的文件缓存冗余，因此我们按比例缩小该部分缓存概率；流行度低的文件缓存命中概率低，因此我们按比例扩大该部分缓存概率；

即

式中：

α表示流行度高的文件缓存概率乘子

β表示流行度低的文件缓存概率乘子

M'——最后一个流行度高的文件对应排名

其中α和β满足0≤α≤1，β≥1，且1≤M'≤M；

将(8)式代入(7)式中

此时，原优化模型转化为

步骤4：解出最优值

通过对(9)式观察可以发现，当满足

时(9)式获得最优解；

由(10)式得

将(11)代入(9)式中，得到等价问题：

首先，先保持M'不变，求出在M'时最优的α；再通过对M'在1到M之间遍历，求出最优的M'值。

2.根据权利要求1所述的一种D2D无线缓存方法，其特征在于，步骤4中求出最优的M'值的具体步骤如下：

令

通过解方程得出方程的解α_M'；

再通过对M'在1到M之间遍历，求出最优的α值α'；

同时通过(11)式求出最优的β值β'。

3.根据权利要求1所述的一种D2D无线缓存方法，其特征在于，步骤1中，当γ越大时，用户的请求越集中在排名靠前的热点文件。