無線緩存網(wǎng)絡中關鍵技術的研究.pdf

1、移動互聯(lián)網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實等技術的快速發(fā)展，海量移動設備接入網(wǎng)絡，用戶終端對數(shù)據(jù)類型的需求開始多樣化，尤其是影音內容在數(shù)據(jù)類型中所占比例呈現(xiàn)升高態(tài)勢，這些數(shù)據(jù)的大量需求導致移動數(shù)據(jù)流量急劇增長，進一步加大了對通信網(wǎng)絡帶寬的需求。傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)通過不斷的小區(qū)分裂和資源復用的方式提升網(wǎng)絡頻譜利用率和網(wǎng)絡容量，隨著移動數(shù)據(jù)流量進入移動大數(shù)據(jù)時代，這些方式已經(jīng)不能適應當前海量移動業(yè)務需求。隨著移動終端計算能力和存儲空間的提升，基于蜂窩網(wǎng)絡的D2D

2、(Device-to-Device，D2D)通信與緩存技術的結合構成的無線緩存網(wǎng)絡極大地體現(xiàn)了緩存技術給移動通信的發(fā)展提供了新的方向。
　　無線緩存網(wǎng)絡主要是D2D通信傳輸技術與緩存技術的結合，基于 D2D通信，傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡中鄰近用戶間建立D2 D通信鏈路，其可以不經(jīng)過基站（Base Station，B S)中繼直接進行數(shù)據(jù)互傳，從而大幅提高數(shù)據(jù)傳輸速率且大大地減少傳輸延遲。在終端緩存技術的輔助下，用戶終端可在通信非高峰期進行熱

3、點視頻文件的提前緩存，那么請求文件服務的用戶能否在其本地緩存中，以及鄰近用戶的本地緩存中檢索到該請求文件由緩存策略直接決定。因此研究無線緩存網(wǎng)絡中的緩存策略意義重大，合理的部署緩存內容和緩存的有效傳遞是無線緩存網(wǎng)絡中的關鍵技術。本文對無線緩存網(wǎng)絡中不同通信場景下的緩存策略進行了研究。首先，從緩存有效傳遞的角度，研究了基于推薦算法的通信策略；然后，從緩存內容的合理部署角度，研究了基于網(wǎng)絡中斷概率的緩存策略；最后研究了基于卸載概率的緩存策略

4、。具體作出了如下研究工作：
　　第一，視頻網(wǎng)絡場景下，我們提出了一種基于推薦算法的通信策略。通過分析用戶的歷史視頻播放記錄得到用戶的興趣愛好，然后計算用戶之間的相似度，獲得 D2D通信范圍內的相似用戶集，最后引入?yún)f(xié)同過濾推薦算法對用戶的請求行為加以改變。在這種通信策略下，通過仿真結果觀察到引入推薦和緩存技術能夠降低內容提供商的成本開銷。
　　第二，研究基于通信網(wǎng)絡中斷概率的緩存策略。在滿足最低目標信干噪比約束的條件下，通過激

5、活D2D鏈路來實現(xiàn)系統(tǒng)中斷概率最小化，接著對這個問題進行了數(shù)學建模，在減少求解優(yōu)化問題復雜度時，我們提出了一種與傳統(tǒng)次梯度算法相比更低復雜度的搜索算法。仿真證明基于中斷概率的緩存方案與現(xiàn)有緩存策略相比，性能優(yōu)勢十分明顯，同時，通過與次梯度算法復雜度的仿真對比，可以明顯證明我們的搜索算法是一個相對復雜度更低的解決方案。
　　第三，研究基于通信網(wǎng)絡卸載概率的緩存策略。首先在無線緩存網(wǎng)絡的兩層異構網(wǎng)絡模型下，研究了緩存策略使得網(wǎng)絡卸載概