終端直通蜂窩系統(tǒng)中的邊緣緩存技術(shù).pdf

1、隨著蜂窩數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和流量迅速增長，蜂窩網(wǎng)絡(luò)面臨的數(shù)據(jù)流量壓力越來越大。受網(wǎng)絡(luò)資源的限制，傳統(tǒng)的增加蜂窩系統(tǒng)容量的方法如縮小小區(qū)范圍、增加可用頻譜等，越發(fā)難以為繼。如何對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行流量卸載成為學(xué)界和業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。D2D通信技術(shù)支持兩個(gè)終端用戶直接進(jìn)行通信，相比于傳統(tǒng)的蜂窩通信，D2D通信可以減輕蜂窩基站的負(fù)擔(dān)。此外，邊緣緩存是實(shí)現(xiàn)流量本地化、進(jìn)行流量卸載的有效方法。將D2D通信與緩存相結(jié)合，使得蜂窩網(wǎng)絡(luò)中緩存在終端的數(shù)據(jù)不僅可以滿足

2、終端自身需求，也可以通過D2D通信與鄰近終端共享，這樣將大大減輕網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載。因此研究蜂窩系統(tǒng)中基于D2D通信的終端緩存策略以最大化系統(tǒng)流量卸載性能具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)蜂窩系統(tǒng)中基于D2D通信的終端被動(dòng)緩存的流量卸載性能進(jìn)行了分析。當(dāng)終端緩存有文件時(shí)，終端的文件請(qǐng)求可通過自身緩存或者基于終端間D2D通信的文件共享滿足。本論文對(duì)兩種不同的終端移動(dòng)場(chǎng)景下終端緩存的流量卸載性能進(jìn)行了研究。在靜態(tài)網(wǎng)

3、絡(luò)中，終端間的拓?fù)潢P(guān)系可視作是穩(wěn)定的，因此可以對(duì)各D2D鏈路的通信進(jìn)行調(diào)度，但D2D鏈路的傳輸需求在不同時(shí)刻是變化的，本論文基于最大加權(quán)獨(dú)立集模型提出了一個(gè)啟發(fā)式算法來獲得系統(tǒng)流量卸載比率。在高移動(dòng)性網(wǎng)絡(luò)中，終端間不存在穩(wěn)定的拓?fù)潢P(guān)系，本論文將移動(dòng)終端位置建模為泊松點(diǎn)過程，并通過隨機(jī)幾何分析得到系統(tǒng)流量卸載比率。⑵研究了蜂窩系統(tǒng)中基于D2D通信的終端主動(dòng)緩存策略。終端可調(diào)整自身緩存內(nèi)容以最大化系統(tǒng)流量卸載量。考慮到移動(dòng)終端有不同的移動(dòng)性

4、和緩存空間、需要緩存的文件有不同的大小和流行程度這些因素，問題建模為一個(gè)組合優(yōu)化問題并被證明是NP難題。由于終端和文件的數(shù)目較大，通過指數(shù)級(jí)復(fù)雜度獲得最優(yōu)解并不實(shí)際。本論文提出了一個(gè)低復(fù)雜度分布式終端間緩存調(diào)整算法來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端相遇時(shí)的緩存內(nèi)容調(diào)整，并理論上推導(dǎo)了該算法能達(dá)到的性能界?；诮K端間緩存調(diào)整算法，提出了需要基站提供輔助信息的基站輔助流量卸載算法，為了減少基站輔助帶來的控制信息負(fù)荷，進(jìn)一步提出了由終端進(jìn)行參數(shù)估計(jì)的完全分布式流

5、量卸載算法。⑶對(duì)基于D2D協(xié)作傳輸?shù)膫鬏敳呗院徒K端緩存策略進(jìn)行了聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)。多個(gè)終端可以以D2D協(xié)作傳輸?shù)姆绞较蛲唤K端傳輸同一文件以提高通信質(zhì)量，對(duì)抗衰落，結(jié)合終端緩存策略進(jìn)一步系統(tǒng)提升流量卸載性能。本論文將協(xié)作傳輸策略和終端緩存策略的聯(lián)合優(yōu)化問題分解為求解傳輸策略的子問題和求解緩存策略的主問題。本論文將傳輸策略子問題轉(zhuǎn)化為有限步MDP問題，給出了該MDP問題貝爾曼最優(yōu)性方程，通過求解貝爾曼方程提出了系統(tǒng)傳輸策略進(jìn)行鏈路選擇；得到系