[发明专利]面向不同用户偏好的D2D随机缓存布设方法

权利要求书

1.一种面向不同用户偏好的D2D随机缓存布设方法，其特征是：内容分发系统有F个待缓存的大小相同的内容W_f，f＝1,2,…,F，f为待缓存内容的序数，并由多个位置随机分布的内容缓存用户和多个位置随机分布的内容请求用户组成，其中，内容缓存用户的位置服从密度为λ_s的均匀泊松点过程HPPP，内容缓存用户最多缓存C_s个内容，此外，根据内容请求用户对于相同内容的不同偏好将内容请求用户划分为M个具有不同用户偏好的内容请求小组G_m，m为内容请求小组的序号且m＝1,2,…,M，各个内容请求小组G_m内的用户位置服从密度为λ_m的HPPP，各小组的用户偏好表示为R_m，R_m＝[R_m,1,R_m,2,…,R_m,f,…,R_m,F]，R_m,f为内容请求小组G_m对内容W_f的偏好程度，且满足0≤R_m,f≤1及内容请求小组G_m内的所有内容请求用户按照偏好程度R_m,f独立地请求内容W_f，内容缓存用户的内容缓存布设方法按以下步骤进行：

(1)系统中的内容缓存用户在缓存内容之前，首先广播告知所有内容请求用户自己的地理位置；

(2)所有内容请求小组各自计算出使得自己小组局部效益达到最大值的缓存需求方案t_m，t_m＝[t_m,1,t_m,2,…,t_m,f,…,t_m,F]，并随后向内容缓存用户发送该需求方案，其中，t_m,f是第m个内容请求小组G_m要求为其缓存内容W_f的内容缓存用户个数占所有缓存用户个数的比值；

(3)内容缓存用户根据自己的缓存容量大小C_s以及接收到的所有缓存需求总数，制定向内容请求用户征收的单位缓存价格χ≥0，如果缓存需求总数大于缓存容量，则提高单位缓存价格χ，反之则降低单位缓存价格χ，并广播该提高或降低后的单位缓存价格χ；

(4)各个内容请求小组根据接收到的当前的单位缓存价格以及当前状态下所有其他内容请求小组发送的内容缓存需求，重新计算缓存需求方案并发送给内容缓存用户；

(5)重复第(3)和第(4)步骤，直至内容缓存用户接收到的缓存需求总数与其缓存容量大小相同，并将此时的内容请求用户的缓存需求作为最优缓存需求方案，内容缓存用户按照内容请求用户的最优缓存需求形成最优缓存布设方案S＝[S₁,S₂,…,S_f,…,S_F]，进行内容缓存并广播告知内容请求小组内容缓存布设完成，其中，表示缓存内容W_f的内容缓存用户个数占所有内容缓存用户数目的比值。

2.根据权利要求1所述的面向不同用户偏好的D2D随机缓存布设方法，其特征是：

在最优缓存布设方案S＝[S₁,S₂,…,S_f,…,S_F]中，每个内容缓存用户以缓存概率S_f独立地对内容W_f进行缓存并满足以及缓存内容W_f的内容缓存用户位置服从密度为λ_s,f＝λ_sS_f的HPPP。

3.根据权利要求1或2所述的面向不同用户偏好的D2D随机缓存布设方法，其特征是：采用斯塔克尔伯格博弈获取内容请求小组的最优缓存需求方案，具体步骤为：

a.初始化g＝1，g为控制内容缓存用户进行单位缓存价格更新的迭代次数；初始化单位缓存价格χ⁽¹⁾≥0、价格更新步长ε为足够小的正实数；

b.确定当前单位缓存价格χ^(g)下的各个内容请求小组达到的最佳缓存需求方案具体步骤为：

b-1：初始化：令k＝1，k是记录所有内容请求小组序列更新方案的迭代次数，内容请求小组的缓存需求的初始方案是

b-2：按照从第1个内容请求小组G₁到第M个内容请求小组G_M的顺序，依次执行步骤b-3；

b-3：对于任意m∈{1,…,M}，第m个内容请求小组G_m根据当前单位缓存价格χ^(g)＞0和其他内容请求小组的当前缓存需求方案更新自己的缓存需求方案

其中，表示第1个内容请求小组G₁在当前单位缓存价格χ^(g)时的第k次迭代后的缓存需求方案，表示第m+1个内容请求小组G_m+1在当前单位缓存价格χ^(g)时的第k-1次迭代后的缓存需求方案，表示第n且1≤n≤m-1个内容请求小组G_n在当前单位缓存价格χ^(g)时的第k次迭代后的对内容W_f的缓存需求，表示第n′且m+1≤n′≤M个内容请求小组G_n′在当前单位缓存价格χ^(g)时的第k-1次迭代后的对内容W_f的缓存需求，以及其中ξ₁和ξ₂是不具有物理意义的，被积函数中变量z也不具有实际意义，λ_s是内容缓存用户的分布密度，即单位面积内的内容缓存用户的平均个数，λ_m是第m个内容请求小组G_m中内容请求用户的分布密度，R_m,f为内容请求小组G_m对内容W_f的偏好程度，α为路径损耗因子，δ为内容请求用户成功译码的信干比门限，表示最佳响应函数，根据公式(1)可以得到第m个内容请求小组G_m在第k次迭代中得到的缓存需求方案

b-4：当第k次迭代与第k-1次迭代的结果相等，即时，认为所有内容请求小组的缓存需求方案达到均衡状态，此时的缓存需求方案为当前单位缓存价格χ^(g)下的各个内容请求小组达到的最佳缓存需求方案并继续执行步骤c；否则，令k＝k+1并返回步骤b-1；

c.如果则执行否则，执行

d.如果g≥2并且则更新缓存价格变化步长，执行否则步长不变；

e.如果令g＝g+1并回到步骤b；否则，当前的χ^(g)为最优单位缓存代价，为最优单位缓存价格χ^(g)对应的内容请求小组的最优缓存需求方案。