[发明专利]一种D2D无线缓存方法

说明书

本发明公开了一种D2D无线缓存方法，通过用户对当前流行的文件请求，获取文件流行度分布。根据文件的流行度分布设计无线缓存方案。该方案能在降低运算复杂度的前提下，以较小的性能损失为代价，有效提高D2D无线缓存的缓存命中概率。和传统的无线缓存技术相比，本方法能有效降低缓存的冗余、提高缓存命中概率，同时适用场景也更加广泛。

技术领域

本发明属于D2D通信技术领域，特别涉及一种D2D无线缓存方法。

背景技术

近年来，由于智能终端的快速普及，使用无线通信访问移动互联网的用户人数越来越多，用户的业务需求量也越来越大。在通信业务的高峰时段，基站需要服务大量终端用户，容易出现延迟、终端等问题，降低用户体验。现有的方案都是想通过增加可用频谱资源、提高频谱利用效率来提高系统容量，解决存在的问题，并没有关注数据流量的特征。

在思科公司对未来全球移动数据流量预测提到，到2021年，移动视频业务将占总移动流量业务的78％。大量的通信资源被用于视频业务传输。视频文件本身具有一个重要特性：内容复用性，即少数的热点视频会在一段时间内被大量用户多次观看。此外，在一定的时间限度内，这些热点文件的受欢迎程度变化相对比较缓慢。此外，随着存储技术的进步，硬盘存储容量飞速增长。现在，普通的机械硬盘容量早已达到了TB数量级，而其价格也只是几百元。硬盘的存储容量越来越大，读写性能越来越好，性价比越来越高。这给视频缓存技术的发展提供了良好的契机。

此外，D2D通信技术的提出使得D2D终端缓存技术开始引起人们的关注。D2D终端缓存技术指的是，基站将受欢迎的流行文件提前缓存到用户终端的存储器中。用户在请求文件传输时，可以先在自己的存储器中寻找该文件。如果请求文件已经被提前缓存到存储器，用户可以直接使用文件；如果该文件没有被缓存到本地存储器，而是缓存在周围邻近的终端存储器中，用户通过D2D通信技术请求存储该文件的终端用户传输该文件；如果在本地存储器和周围邻近的终端存储器都没有存储该文件，该用户向基站或者服务器发出文件传输请求。

现有的D2D无线缓存策略主要存在实现复杂度高、缓存命中率低、文件缓存过度冗余且受限于特定场景等问题。同时并未考虑，终端在请求对方传输文件时，对方不愿提供服务的可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种D2D无线缓存方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种D2D无线缓存方法，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，不失一般性，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；