本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種內(nèi)容拓?fù)錁?gòu)建方法。

背景技術(shù)：

在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊緣處緩存內(nèi)容是一個(gè)充滿發(fā)展?jié)摿Φ臒o(wú)線通信技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)邊緣處緩存內(nèi)容可以拉近內(nèi)容與用戶的距離，從而減少網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載，緩解服務(wù)器的瓶頸效應(yīng)。設(shè)備到設(shè)備(D2D)的通信技術(shù)近年來(lái)已經(jīng)收到很大關(guān)注，主要是由于它的近域通信特性能夠提供更好的吞吐速率，以及更好的能量效率。在設(shè)備節(jié)點(diǎn)中緩存用戶需要的內(nèi)容并且通過(guò)D2D技術(shù)來(lái)共享彼此存儲(chǔ)的內(nèi)容，可以在緩解網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的同時(shí)提高無(wú)線資源的利用率。在設(shè)備中存儲(chǔ)內(nèi)容時(shí)，本發(fā)明希望在不同的設(shè)備中存儲(chǔ)不同的內(nèi)容來(lái)提高內(nèi)容在設(shè)備中的多樣性，從而提高設(shè)備在本地獲取內(nèi)容的概率，減少流向網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。但是內(nèi)容的多樣性必然導(dǎo)致用戶之間更多的通信，所以需要激活更多的鏈路來(lái)支撐內(nèi)容的共享帶來(lái)的通信開(kāi)銷。這就可能導(dǎo)致同時(shí)激活多個(gè)通信鏈路，從而加重設(shè)備之間通信的干擾情況。為了應(yīng)對(duì)這種情況，需要同時(shí)控制內(nèi)容在設(shè)備中存儲(chǔ)分布以及設(shè)備之間的激活鏈路，進(jìn)而充分利用存儲(chǔ)資源和鏈路資源。為了控制內(nèi)容在設(shè)備中的存儲(chǔ)與共享，研究者已經(jīng)提出了一些方法，如Lin Zhang等作者在IEEE TCOMM 2016上發(fā)表的文章“Efficient Scheduling and Power Allocation for D2D-assisted Wireless Caching Networks”，以及Jingjie Jiang等作者在IEEE JSAC 2016上發(fā)表的文章“Maximized Cellular Traffic Offloading via Device-to-Device Content Sharing”。Lin Zhang等的算法保證內(nèi)容共享的高效性，但是沒(méi)有考慮移動(dòng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)容量的差異性以及節(jié)點(diǎn)對(duì)內(nèi)容需求的差異性，因此無(wú)法應(yīng)用到實(shí)際的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中去，因?yàn)閷?shí)際節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)容量和對(duì)內(nèi)容的需求都是不同的。Jingjie Jiang等的算法首先根據(jù)流行度進(jìn)行內(nèi)容存儲(chǔ)，然后為節(jié)點(diǎn)匹配傳輸速率最大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)容傳輸，但是沒(méi)有考慮內(nèi)容存儲(chǔ)與內(nèi)容傳輸相互影響相互耦合的特點(diǎn)，也沒(méi)有考慮同時(shí)激活傳輸鏈路時(shí)可能帶來(lái)的干擾問(wèn)題，這就會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)的內(nèi)容沒(méi)有合適的鏈路來(lái)傳輸，能夠激活的鏈路因?yàn)閮啥斯?jié)點(diǎn)沒(méi)有內(nèi)容的差異性而進(jìn)行無(wú)效傳輸，從而影響內(nèi)容共享的成功率。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題是：節(jié)點(diǎn)間內(nèi)容共享的概率較低，網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)負(fù)載較大。主要原因是在進(jìn)行內(nèi)容存儲(chǔ)的時(shí)候，沒(méi)有考慮存儲(chǔ)對(duì)無(wú)線鏈路的影響，沒(méi)有有效解決內(nèi)容存儲(chǔ)與內(nèi)容傳輸相互耦合的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種內(nèi)容拓?fù)錁?gòu)建方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種內(nèi)容拓?fù)錁?gòu)建方法，所述內(nèi)容拓?fù)錁?gòu)建方法包括以下步驟：

步驟一，基站統(tǒng)計(jì)每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容存儲(chǔ)情況，并建立內(nèi)容存儲(chǔ)表；

步驟二，基站定位每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置并計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)之間的距離，根據(jù)距離及路徑損耗模型計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間能否建立通信鏈路；

步驟三，基站根據(jù)內(nèi)容流行分布及節(jié)點(diǎn)內(nèi)容存儲(chǔ)情況計(jì)算和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的節(jié)點(diǎn)權(quán)重；定義節(jié)點(diǎn)之間的內(nèi)容勢(shì)，根據(jù)內(nèi)容勢(shì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的鏈路的權(quán)重；

步驟四，根據(jù)基站覆蓋下的所有節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)的內(nèi)容，以及節(jié)點(diǎn)之間的鏈路構(gòu)成內(nèi)容拓?fù)洹?/p>

進(jìn)一步，所述內(nèi)容拓?fù)錁?gòu)建方法具體包括以下步驟：

第一步，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)獲取內(nèi)容并存儲(chǔ)后向基站發(fā)送存儲(chǔ)內(nèi)容的信息，基站根據(jù)收到的信息統(tǒng)計(jì)每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容存儲(chǔ)情況，并為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)建立內(nèi)容存儲(chǔ)表，該表中包含設(shè)備的ID序列號(hào)和每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)內(nèi)容的名稱；

第二步，基站收集每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置并計(jì)算任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)u和i之間的歐式距離d_u,i，根據(jù)距離及路徑損耗模型計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間能否建立鏈路，能夠建立鏈路的條件是

其中，P_max表示節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率，表示信道增益，α為路徑損耗因子，N表示節(jié)點(diǎn)i處的噪聲功率，Γ為接受信噪比門限值，根據(jù)接收機(jī)的靈敏度和誤碼率要求確定；

第三步，基站根據(jù)內(nèi)容流行分布及設(shè)備存儲(chǔ)的內(nèi)容計(jì)算和移動(dòng)設(shè)備相關(guān)的節(jié)點(diǎn)權(quán)重；

第四步，定義節(jié)點(diǎn)之間的內(nèi)容勢(shì)，根據(jù)內(nèi)容勢(shì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的鏈路的權(quán)重；

第五步，根據(jù)基站覆蓋下的所有節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)的內(nèi)容，以及節(jié)點(diǎn)之間的鏈路構(gòu)成內(nèi)容拓?fù)銰＝(U,E,W_U,W_E).其中，U表示節(jié)點(diǎn)的集合，E表示鏈路的集合，W_U表示節(jié)點(diǎn)權(quán)重的集合，W_E表示鏈路權(quán)重的集合。

進(jìn)一步，所述第三步具體包括：

(1)基站通過(guò)內(nèi)容服務(wù)商獲取內(nèi)容流行分布,流行分布表示節(jié)點(diǎn)對(duì)內(nèi)容的喜好程度，代表節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求內(nèi)容的概率分布；節(jié)點(diǎn)u請(qǐng)求內(nèi)容c的概率表示為D_u,c，并可以用Zipf分布來(lái)刻畫：

其中Δ_u表示不同的用戶對(duì)內(nèi)容喜好的偏移度，根據(jù)不同用戶喜歡的具體內(nèi)容確定；σ_u表示用戶對(duì)內(nèi)容的喜好是集中還是分散，σ_u值較大表示用戶請(qǐng)求集中在比較流行的少數(shù)內(nèi)容上，反之請(qǐng)求比較分散；C表示用戶集合。

(2)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重可以表示為w_u＝∑_c∈Cx_u,cD_u,cS_c；其中，x_u,c表示節(jié)點(diǎn)_u是否存儲(chǔ)內(nèi)容c，如果存儲(chǔ)，則x_u,c＝1，否則x_u,c＝0；S_c表示內(nèi)容的大?。还?jié)點(diǎn)的權(quán)重表示當(dāng)節(jié)點(diǎn)有內(nèi)容需求時(shí)從自己的存儲(chǔ)中獲取內(nèi)容，從而節(jié)省流向基站的負(fù)載流量，這些節(jié)省的負(fù)載流量即為節(jié)點(diǎn)權(quán)重。

進(jìn)一步，所述第四步具體包括：

(1)內(nèi)容勢(shì)：關(guān)于內(nèi)容c從節(jié)點(diǎn)u到節(jié)點(diǎn)i的內(nèi)容勢(shì)可以表示為x_u,c-x_i,c；表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間因?yàn)榇鎯?chǔ)內(nèi)容差異而產(chǎn)生的彼此分享內(nèi)容的傾向，節(jié)點(diǎn)u到節(jié)點(diǎn)i的勢(shì)大表示節(jié)點(diǎn)u有更強(qiáng)的能力為節(jié)點(diǎn)i分享內(nèi)容，反之亦然；

(2)根據(jù)內(nèi)容勢(shì)可以得到兩個(gè)節(jié)點(diǎn)u和i之間鏈路的權(quán)重為：

表示節(jié)點(diǎn)u到節(jié)點(diǎn)i分享內(nèi)容傾向能夠帶來(lái)的流量節(jié)省，是對(duì)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間鏈路價(jià)值的評(píng)估。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述內(nèi)容拓?fù)錁?gòu)建方法的設(shè)備到設(shè)備通信系統(tǒng)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：通過(guò)定義節(jié)點(diǎn)間存儲(chǔ)內(nèi)容的勢(shì)，節(jié)點(diǎn)權(quán)重和鏈路權(quán)重來(lái)構(gòu)建內(nèi)容拓?fù)?，清晰地表達(dá)內(nèi)容存儲(chǔ)，節(jié)點(diǎn)位置，以及節(jié)點(diǎn)間鏈路的分布三者之間的拓?fù)潢P(guān)系。構(gòu)建的內(nèi)容拓?fù)淠軌蛎鞔_揭示內(nèi)容存儲(chǔ)與內(nèi)容傳輸之間的耦合關(guān)系，即節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)內(nèi)容決定節(jié)點(diǎn)間鏈路傳輸內(nèi)容的有效性，鏈路激活狀態(tài)決定內(nèi)容在節(jié)點(diǎn)上的存儲(chǔ)分布。

本發(fā)明中內(nèi)容拓?fù)涞臉?gòu)建能為聯(lián)合內(nèi)容存儲(chǔ)與內(nèi)容共享傳輸提供一種明確的優(yōu)化建模方案，從而可以通過(guò)控制內(nèi)容拓?fù)鋪?lái)解決內(nèi)容存儲(chǔ)與內(nèi)容傳輸之間的耦合問(wèn)題，達(dá)到充分利用存儲(chǔ)資源和無(wú)線資源的目的。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的內(nèi)容拓?fù)錁?gòu)建方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的適用的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例的流程圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的拓?fù)錁?gòu)建示例圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的內(nèi)容拓?fù)錁?gòu)建方法包括以下步驟：

S101：基站統(tǒng)計(jì)每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容存儲(chǔ)情況，并建立內(nèi)容存儲(chǔ)表；

S102：基站定位每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置并計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)之間的距離，根據(jù)距離及路徑損耗模型計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間能否建立通信鏈路；

S103：基站根據(jù)內(nèi)容流行分布及節(jié)點(diǎn)內(nèi)容存儲(chǔ)情況計(jì)算和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的節(jié)點(diǎn)權(quán)重；定義節(jié)點(diǎn)之間的內(nèi)容勢(shì)，根據(jù)內(nèi)容勢(shì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的鏈路的權(quán)重；

S104：根據(jù)基站覆蓋下的所有節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)的內(nèi)容，以及節(jié)點(diǎn)之間的鏈路構(gòu)成內(nèi)容拓?fù)洹?/p>

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步的描述。

參照?qǐng)D2，本發(fā)明使用的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景考慮一個(gè)宏基站以及基站服務(wù)下的個(gè)移動(dòng)設(shè)備。每個(gè)移動(dòng)設(shè)備代表一個(gè)節(jié)點(diǎn)，具有唯一的ID序列號(hào)，并可以通過(guò)GPS或者室內(nèi)定位來(lái)獲取它自身的位置信息。任意節(jié)點(diǎn)配備有存儲(chǔ)，存儲(chǔ)容量大小為；共有C個(gè)文件需要存儲(chǔ)，任意內(nèi)容的大小為；基站可以跟蹤節(jié)點(diǎn)的位置以及每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)容存儲(chǔ)情況，并決定把節(jié)點(diǎn)對(duì)內(nèi)容的請(qǐng)求導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)還是節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)來(lái)獲取內(nèi)容。如果節(jié)點(diǎn)通過(guò)D2D通信技術(shù)獲取請(qǐng)求的內(nèi)容，本發(fā)明只考慮節(jié)點(diǎn)通過(guò)一跳與存儲(chǔ)內(nèi)容的節(jié)點(diǎn)通信，并且節(jié)點(diǎn)之間的通信以單播形式完成。節(jié)點(diǎn)之間的通信占用同一個(gè)頻帶，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率相等。

參照?qǐng)D3，本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)獲取內(nèi)容并存儲(chǔ)后向基站發(fā)送存儲(chǔ)內(nèi)容的信息，基站根據(jù)收到的信息統(tǒng)計(jì)每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容存儲(chǔ)情況，并為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)建立內(nèi)容存儲(chǔ)表，該表中包含設(shè)備的ID序列號(hào)和每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)內(nèi)容的名稱；

步驟2，基站收集每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置并計(jì)算任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)u和i之間的歐式距離d_u,i，根據(jù)距離及路徑損耗模型計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間能否建立鏈路，能夠建立鏈路的條件是

其中，P_max表示節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率，表示信道增益，α為路徑損耗因子，N表示節(jié)點(diǎn)i處的噪聲功率，Γ為接受信噪比門限值，根據(jù)接收機(jī)的靈敏度和誤碼率要求確定。

步驟3，基站根據(jù)內(nèi)容流行分布及設(shè)備存儲(chǔ)的內(nèi)容計(jì)算和移動(dòng)設(shè)備相關(guān)的節(jié)點(diǎn)權(quán)重：

(3a)基站通過(guò)內(nèi)容服務(wù)商獲取內(nèi)容流行分布,流行分布表示節(jié)點(diǎn)對(duì)內(nèi)容的喜好程度，代表節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求內(nèi)容的概率分布；節(jié)點(diǎn)u請(qǐng)求內(nèi)容c的概率表示為D_u,c，并可以用Zipf分布來(lái)刻畫：

其中Δ_u表示不同的用戶對(duì)內(nèi)容喜好的偏移度，根據(jù)不同用戶喜歡的具體內(nèi)容確定；σ_u表示用戶對(duì)內(nèi)容的喜好是集中還是分散，σ_u值較大表示用戶請(qǐng)求集中在比較流行的少數(shù)內(nèi)容上，反之請(qǐng)求比較分散；C表示用戶集合。

(3b)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重可以表示為w_u＝∑_c∈Cx_u,cD_u,cS_c；其中，x_u,c表示節(jié)點(diǎn)u是否存儲(chǔ)內(nèi)容c，如果存儲(chǔ)，則x_u,c＝1，否則x_u,c＝0；S_c表示內(nèi)容的大??；節(jié)點(diǎn)的權(quán)重表示當(dāng)節(jié)點(diǎn)有內(nèi)容需求時(shí)從自己的存儲(chǔ)中獲取內(nèi)容，從而節(jié)省流向基站的負(fù)載流量，這些節(jié)省的負(fù)載流量即為節(jié)點(diǎn)權(quán)重。

步驟4，定義節(jié)點(diǎn)之間的內(nèi)容勢(shì)，根據(jù)內(nèi)容勢(shì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的鏈路的權(quán)重：

(4a)內(nèi)容勢(shì)：關(guān)于內(nèi)容c從節(jié)點(diǎn)u到節(jié)點(diǎn)i的內(nèi)容勢(shì)可以表示為x_u,c-x_i,c；表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間因?yàn)榇鎯?chǔ)內(nèi)容差異而產(chǎn)生的彼此分享內(nèi)容的傾向，節(jié)點(diǎn)u到節(jié)點(diǎn)i的勢(shì)大表示節(jié)點(diǎn)u有更強(qiáng)的能力為節(jié)點(diǎn)i分享內(nèi)容，反之亦然；

(4b)根據(jù)內(nèi)容勢(shì)可以得到兩個(gè)節(jié)點(diǎn)u和i之間鏈路的權(quán)重為：

表示節(jié)點(diǎn)u到節(jié)點(diǎn)i分享內(nèi)容傾向能夠帶來(lái)的流量節(jié)省，是對(duì)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間鏈路價(jià)值的評(píng)估。

步驟5，根據(jù)基站覆蓋下的所有節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)的內(nèi)容，以及節(jié)點(diǎn)之間的鏈路構(gòu)成內(nèi)容拓?fù)銰＝(U,E,W_U,W_E).其中，U表示節(jié)點(diǎn)的集合，E表示鏈路的集合，W_U表示節(jié)點(diǎn)權(quán)重的集合，W_E表示鏈路權(quán)重的集合。

參照?qǐng)D4，本發(fā)明的內(nèi)容拓?fù)錁?gòu)建實(shí)例為從實(shí)際的直觀圖中抽象出內(nèi)容拓?fù)鋱D。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。