[发明专利]一种D2D通信辅助边缘缓存系统的缓存策略及频谱分配方法

说明书

本发明揭示了一种D2D通信辅助边缘缓存系统的缓存策略及频谱分配方法，包括至少两个小基站，至少两个具有边缘缓存功能的用户设备，用户之间能够通过D2D通信传输缓存的内容，D2D通信采用Overlay Inband模式，即在蜂窝频谱资源中划出一部分专用于D2D通信；整个缓存策略方案分为两个阶段，在第一阶段用户设备根据缓存策略主动缓存一个文件，在第二阶段用户通过D2D连接附近空闲用户或者通过小基站连接远端服务器，获取所请求的文件。与现有的仅考虑优化缓存内容的算法相比，本发明充分考虑了通信信道对整个系统的影响，能够增大用户传输速率，提高系统吞吐量。

技术领域

本发明涉及一种D2D通信辅助边缘缓存系统的缓存策略及频谱分配方法，可用于移动边缘缓存领域和D2D通信资源分配技术领域。

背景技术

移动边缘缓存技术主要用于缓解回程链路的压力，减少传输时延。研究发现，用户请求的内容具有重复性、可预测性的特点，热门内容会在一定时间内被大量用户重复请求，而用户的请求行为也可通过大量的历史数据进行预估。在实际的蜂窝接入网中，用户请求内容时需要通过基站连接远端服务器，当大量用户集中请求热门内容时，会对回程链路造成巨大的压力。因此，在网络边缘节点主动缓存一些热门资源，当用户请求内容时就无需云端传输数据，减少回程链路拥塞的发生；直接由本地节点传输内容，也降低了时延。衡量移动边缘缓存的指标之一是缓存命中率，而缓存命中率受限于边缘节点(如微基站和用户设备)较小的缓存空间。为了提高缓存空间容量，可以采用相互协作的缓存策略，如基站与基站、用户与用户，或者基站与用户相互协作，形成大“缓存池”。在用户与用户协作中，用户可以通过设备到设备通信技术(D2D,Device to Device)直接传输请求内容，提高网络吞吐量。

D2D技术是指通信网络中近邻设备之间直接交换信息的技术。一旦D2D通信链路建立起来，传输数据就无需核心设备或中间设备的介入，这样可降低通信系统核心网络的数据压力，大大提高频谱利用率和吞吐量，扩大网络容量，保证通信网络能更为灵活、智能、高效地运行，为大规模网络的零延迟通信、移动终端的海量接入及大数据传输开辟了新的途径。

从与蜂窝系统的频段划分来看，D2D通信可分为Underlay D2D和Overlay D2D。Underlay D2D指D2D通信复用蜂窝通信的频段，Overlay D2D指在现有频谱资源中划分出一部分专门用于D2D通信，优点是D2D通信与蜂窝通信之间互不干扰，但频谱划分后带宽有限，因此，对Overlay D2D的研究重点更多的放在频谱资源分配上。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种D2D通信辅助边缘缓存系统的缓存策略及频谱分配方法。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种D2D通信辅助边缘缓存系统的缓存策略，包括至少两个小基站，至少两个具有边缘缓存功能的用户设备，用户之间能够通过D2D通信传输缓存的内容，D2D通信采用Overlay Inband模式，即在蜂窝频谱资源中划出一部分专用于D2D通信；整个缓存策略方案分为两个阶段，在第一阶段用户设备根据缓存策略主动缓存一个文件，在第二阶段用户通过D2D连接附近空闲用户或者通过小基站连接远端服务器，获取所请求的文件。

优选地，用户设备与小基站、用户设备与用户设备之间的接入方式均采用TDMA。

本发明还揭示了一种D2D通信辅助边缘缓存系统的频谱分配方法，该方法包括以下步骤：