[发明专利]无线内容分发网络中基于契约理论的缓冲资源分配方法

说明书

本发明提供了无线内容分发网络中基于契约理论的缓冲资源分配方法，首先确定缓冲中的积压长度、缓冲区容量、数据到达速率和服务速率之间的关系。运用鞅理论，确定缓冲区溢出概率表达式。根据缓冲区溢出概率表达式，给出无线内容分发网络中，用户和中继结点的效用函数。进一步给出契约理论中的个人理性和激励相容两个条件，从而构建最大化中继结点效用函数，且受限于个人理性和激励相容条件的优化问题，用内点法，确定最优的缓冲资源分配方案，及其对应的最优价格。最大化中继结点的效益，同时可以激励用户使用缓冲辅助中继（Buffer‑aided Relay）传输方式，进一步提升无线内容分发网络的分发性能。

技术领域

本发明属于无线内容分发网络、边缘存储、边缘计算、契约理论、资源分配、博弈论技术领域，具体涉及无线内容分发网络中基于契约理论的缓冲资源分配方法。

背景技术

由于无线网络的回程链路上存在很多重复传输的流量，无线缓存技术应运而生。该项技术可以有效缓解回程链路的传输冗余、降低传输延迟、提高网络的能效。但是由于该项技术的有效实施需要依靠对网络用户喜好的准确估计以及中继结点的缓存容量。网络中很难对用户的喜好进行准确估计，中继结点也不愿贡献出全部的缓存容量，用户请求的文件可能没有被缓存在网络边缘，或可能只缓存了部分文件块。传输未被缓存的文件或者文件块，依然会产生回程链路上的重复流量，增加回程链路的传输冗余。因此，研究人员提出联合使用缓冲(buffer)和缓存(cache)的方式进行传输，提高网络中的文件分发性能。缓存是一种长期的存储空间，具有相对较低的数据读出和读入速度，且价格相对便宜。中继结点可以将文件或者文件块在传输非高峰时期，先下载到自己的缓存中，用户请求时，再从缓存空间中读出，发送给用户。而缓冲资源是一种短期的存储空间，具有较高的数据读出和读入速度，价格也相对较高。中继结点从缓存区读出的数据先放入缓冲区，等待被发送出去。所以缓冲区可以有效提高内容分发效率。

然而由于中继结点(比如小基站、微基站，用户个人设备等)的缓冲区有本身固有的用途，不愿意贡献全部的缓冲区资源。只能贡献出部分缓冲区资源，用于用户请求内容的缓冲辅助中继传输。并且，由于用户请求文件的速度和发送文件的速度不匹配，导致在中继结点内部，形成排队、积压的问题，以至于产生溢出，数据丢失，从而需要重新传输丢失的数据。如何根据用户的请求和发送速率，合理的分配缓冲区资源，并且激励用户参与到缓冲辅助中继的通信中来，是亟需解决的问题。本申请的目的是通过制定合理的缓冲资源分配激励机制，一是合理分配缓冲区资源；二是激励用户参与到缓冲辅助中继，提高内容分发成功率和效率，并且最大化中继结点的效用函数，促进边缘存储技术的实现。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种无线内容分发网络中基于契约理论的缓冲资源分配方法，目的在于填补无线内容分发网络中的最优缓冲资源分配和激励机制设计方法的空白，提高缓冲区资源的利用效率，提高中继结点的效用，促进内容分发的实现。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

无线内容分发网络中基于契约理论的缓冲资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：首先确定缓冲中的积压长度、缓冲区容量、数据到达速率和服务速率之间的关系；运用鞅理论，确定缓冲区溢出概率表达式；

S2：根据缓冲区溢出概率表达式，给出无线内容分发网络中用户和中继结点的效用函数；

S3：进一步给出契约理论中的个人理性和激励相容两个条件；

S4：构建最大化中继结点效用函数，且受限于个人理性和激励相容条件的优化问题；

S5：对优化问题进行求解，确定最优的缓冲资源分配方案，及其对应的最优价格。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：