CN106604398B

CN106604398B - 一种资源分配方法及装置

Info

Publication number: CN106604398B
Application number: CN201611055772.0A
Authority: CN
Inventors: 田辉; 黄昭龙; 范绍帅; 张希希
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2036-11-25
Also published as: CN106604398A

Abstract

本发明实施例提供的一种资源分配方法及装置，一方面，采用与D2D通信链路持续时间成正相关的社交轨迹相似度，对D2D对所预估的吞吐量增益值进行修正，使得每一D2D对所预估的吞吐量增益值更为准确，进而使得根据该更准确的吞吐量增益值确定的资源分配策略更为合理；另一方面，在所有D2D对的效用值均相等时，根据当前为每一D2D对选择的资源分配策略，向所有D2D对分配资源，可以大大提升所有D2D链路的公平性，使得所有D2D对传输成功的概率均较高。因此，应用本发明实施例提供的一种资源分配方法及装置可以提高每轮内容分发的传输成功率，减少内容分发至全网的传输轮次，降低内容分发至全网的传输时延。

Description

一种资源分配方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种资源分配方法及装置。

背景技术

近年来，由于移动终端的普及，使得移动用户数据流量迅速增大，进而使得基站的通信压力激增。为了降低基站的通信压力，设备到设备(Device-to-Device，D2D)通信技术应用而生。D2D通信技术是一种在基站的控制下，允许终端之间通过复用蜂窝网络资源直接进行通信的新型通信技术，它不用遵循传统的“设备-基站-设备”的通信模式，因此，D2D通信技术成为一种能有效为基站进行通信压力卸载的短距离通信技术。

一般情况下，D2D通信需要复用蜂窝网络资源，然而，蜂窝网络的资源是有限的，因此，D2D通信技术的研究重点在于资源分配。传统的资源分配方法是:在保证对蜂窝用户产生的干扰较小的前提下，将发射功率较大的资源分配给通信距离较短的D2D对，将发射功率较小的资源分配给通信距离较长的D2D对，通过提高通信距离较短的D2D对的内容传输速率，降低D2D内容分发至全网的传输时延。

然而，由于给通信距离较长的D2D对分配的资源的发送功率较小，使得通信距离较长的D2D对的传输速率较慢，所需的传输时间较长，如果待传输的内容在该D2D对中未全部传完时，该D2D对的通信链路就断开，此次传输就会失败，这导致传统的资源分配方法每轮的传输成功率较低，进而使得内容分发至全网的传输轮次较多，最终导致内容分发至全网的传输时延仍然较长。由此可见，在保证对蜂窝用户产生的干扰较小的前提下，如何进一步降低内容分发至全网的传输时延仍然是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种资源分配方法及装置，以在保证对蜂窝用户产生的干扰较小的前提下，提高每轮内容分发的传输成功率，减少内容分发至全网的传输轮次，进而降低内容分发至全网的传输时延。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种资源分配方法，应用于基站，所述基站与若干移动终端无线连接，所述方法包括：

在接收到至少一个移动终端发送的设备到设备D2D对建立通知和资源分配请求时，根据所接收到的D2D对建立通知，确定参与内容分发的至少一个D2D对；

根据每一D2D对中的两个移动终端的持有用户对应的预设社交网络拓扑，确定每一D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度；

从预先建立的资源分配策略集中，分别为每一D2D对选择一种资源分配策略；

将所确定的社交轨迹相似度和所选择的资源分配策略，发送至对应的D2D对，以使每一D2D对计算自身的效用值并上报至所述基站；其中，每一D2D对的效用值为：该D2D对所预估的当使用接收到的资源分配策略传输内容时带来的吞吐量增益值，与该D2D对所预估的当使用接收到的资源分配策略传输内容时对蜂窝网络造成的吞吐量下降的惩罚值的差值；其中，每一D2D对所预估的吞吐量增益值为，该D2D对根据所接收到的社交轨迹相似度修正过的吞吐量增益值；

判断所有D2D对当前的效用值是否均相等，如果是，根据当前为每一D2D对选择的资源分配策略，向所有D2D对分配资源；

否则，向每一第一类D2D对发送第一效用值更新通知，以使每一第一类D2D对从所述资源分配策略集中，重新选择一种资源分配策略并重新计算自身的效用值上报至所述基站；并向每一第二类D2D对发送第二效用值更新通知，以使每一第二类D2D对根据当前的资源分配策略，计算自身的效用值上报至所述基站；其中，所述第一类D2D对包括：当前效用值低于所有D2D对所对应当前平均效用值的D2D对，以及，当前效用值高于所述当前平均效用值的D2D对中满足避免局部最优策略的D2D对；所述第二类D2D对为所述至少一个D2D对中除所述第一类D2D对以外的D2D对；

获得所有D2D对重新上报的效用值，并返回执行所述判断所有D2D对当前的效用值是否均相等的步骤。

可选地，所述方法还包括：

判断执行所述判断所有D2D对当前的效用值是否均相等的步骤的次数是否大于阈值；

如果是，根据每一D2D对最后一次选择的资源分配策略，向所有D2D对分配资源。

可选地，所述根据每一D2D对中的两个移动终端的持有用户对应的预设社交网络拓扑，确定每一D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度的步骤，包括：

根据每一D2D对中的两个移动终端的持有用户对应的预设社交网络拓扑和第一预设模型，确定每一D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度；

其中，所述第一预设模型为：

S_ij为属于一D2D对中的移动终端i与移动终端j之间的社交轨迹相似度，Γ(i)为移动终端i的邻居节点的数量，Γ(j)为移动终端j的邻居节点的数量，

为移动终端i与移动终端j的杰卡德jaccard相似度指标。

可选地，所述资源分配策略集为：A＝{a₁,a₂,…a_i,..,a_C}，其中，a_i＝(n,l)表示子信道n和发送功率等级l的组合为一种资源分配策略，C＝N×L表示资源分配策略的总数量，N为所述基站下可用的子信道数目，L为发送功率的等级数。

可选地，每一D2D对计算自身的效用值的方式为：

每一D2D对根据接收到的社交轨迹相似度、资源分配策略和进化博弈效用函数，计算自身的效用值；

其中，所述进化博弈效用函数为：

其中，

表示第d对D2D对的效用值，为第d对D2D对所预估的当使用资源分配策略(n,l)传输内容时带来的吞吐量增益值，w₁为第d对D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度，

为第d对D2D对所预估的当使用资源分配策略(n,l)传输内容时的信干噪比；

为第d对D2D对所预估的当使用资源分配策略(n,l)传输内容时对蜂窝网络造成吞吐量下降的惩罚值，w₂为预设的惩罚因子，

为第d对D2D对所预估的所述基站在子信道n上受到的聚合干扰，I_th为预设的对所述基站的干扰阈值。

本发明实施例还提供了一种资源分配装置，应用于基站，所述基站与若干移动终端无线连接，所述装置包括：第一确定模块、第二确定模块、选择模块、第一发送模块、第一判断模块、第一资源分配模块、第二发送模块和获取模块，

所述第一确定模块，用于在接收到至少一个移动终端发送的设备到设备D2D对建立通知和资源分配请求时，根据所接收到的D2D对建立通知，确定参与内容分发的至少一个D2D对；

所述第二确定模块，用于根据每一D2D对中的两个移动终端的持有用户对应的预设社交网络拓扑，确定每一D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度；

所述选择模块，用于从预先建立的资源分配策略集中，分别为每一D2D对选择一种资源分配策略；

所述第一发送模块，用于将所确定的社交轨迹相似度和所选择的资源分配策略，发送至对应的D2D对，以使每一D2D对计算自身的效用值并上报至所述基站；其中，每一D2D对的效用值为：该D2D对所预估的当使用接收到的资源分配策略传输内容时带来的吞吐量增益值，与该D2D对所预估的当使用接收到的资源分配策略传输内容时对蜂窝网络造成的吞吐量下降的惩罚值的差值；其中，每一D2D对所预估的吞吐量增益值为，该D2D对根据所接收到的社交轨迹相似度修正过的吞吐量增益值；

所述第一判断模块，用于判断所有D2D对当前的效用值是否均相等；

所述第一资源分配模块，用于在所述第一判断模块获得的判断结果为是的情况下，根据当前为每一D2D对选择的资源分配策略，向所有D2D对分配资源；

所述第二发送模块，用于在所述第一判断模块获得的判断结果为否的情况下，向每一第一类D2D对发送第一效用值更新通知，以使每一第一类D2D对从所述资源分配策略集中，重新选择一种资源分配策略并重新计算自身的效用值上报至所述基站；并向每一第二类D2D对发送第二效用值更新通知，以使每一第二类D2D对根据当前的资源分配策略，计算自身的效用值上报至所述基站；其中，所述第一类D2D对包括：当前效用值低于所有D2D对所对应当前平均效用值的D2D对，以及，当前效用值高于所述当前平均效用值的D2D对中满足避免局部最优策略的D2D对；所述第二类D2D对为所述至少一个D2D对中除所述第一类D2D对以外的D2D对；

所述获取模块，用于获得所有D2D对重新上报的效用值，并触发所述第一判断模块。

可选地，所述装置还包括：

第二判断模块，用于判断触发所述第一判断模块的次数是否大于阈值；

第二资源分配模块，用于根据每一D2D对最后一次选择的资源分配策略，向所有D2D对分配资源。

可选地，所述第二确定模块，具体用于根据每一D2D对中的两个移动终端的持有用户对应的预设社交网络拓扑和第一预设模型，确定每一D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度；

其中，所述第一预设模型为：

为移动终端i与移动终端j的杰卡德jaccard相似度指标。

可选地，每一D2D对计算自身的效用值的方式为：

其中，所述进化博弈效用函数为：

其中，表示第d对D2D对的效用值，为第d对D2D对所预估的当使用资源分配策略(n,l)传输内容时带来的吞吐量增益值，w₁为第d对D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度，

为第d对D2D对所预估的当使用资源分配策略(n,l)传输内容时的信干噪比；为第d对D2D对所预估的当使用资源分配策略(n,l)传输内容时对蜂窝网络造成的吞吐量下降的惩罚值，w₂为预设的惩罚因子，

由于本发明实施例提供的资源分配方法及装置，一方面，采用与D2D通信链路持续时间成正相关的社交轨迹相似度，对D2D对所预估的吞吐量增益值进行修正，使得每一D2D对所预估的吞吐量增益值更为准确，进而使得根据该更准确的吞吐量增益值确定的资源分配策略更为合理；另一方面，通过进化博弈，在所有D2D对的效用值均相等时，根据当前为每一D2D对选择的资源分配策略，向所有D2D对分配资源，可以大大提升所有D2D链路的公平性，使得所有D2D对传输成功的概率均较高；另外，在选择资源分配策略时还考虑了对蜂窝网络造成的干扰。因此，应用本发明实施例提供的资源分配方法及装置，可以在保证对蜂窝用户产生的干扰较小的前提下，提高每轮内容分发的传输成功率，减少内容分发至全网的传输轮次，进而降低内容分发至全网的传输时延。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为D2D通信网络架构及D2D内容分发场景示意图；

图2为本发明实施例提供的资源分配方法的一种流程图；

图3为社交网络拓扑的一种示意图；

图4为本发明实施例提供的资源分配方法的另一种流程图；

图5为应用本发明图3所示的实施例提供的资源分配方法的收敛曲线；

图6为应用本发明图2所示的实施例提供的资源分配方法与应用现有技术中的资源分配方法进行内容分发时的总传输时延对比图；

图7为应用本发明图2所示的实施例提供的资源分配方法与应用现有技术中的资源分配方法进行内容分发时所产生的无效吞吐量的对比文图；

图8为应用本发明图2所示的实施例提供的资源分配方法与应用现有技术中的资源分配方法进行内容分发时的公平性对比曲线；

图9为本发明实施例提供的资源分配装置的一种结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种资源分配方法及装置，应用于基站，该基站与若干移动终端无线连接。下面进行详细说明。

需要说明的是，本发明实施例提供的资源分配方法及装置，应用于蜂窝网络中的基站，当然也可以应用于其他无线通信网络中的基站，本发明对此不做限定，为了方便说明，本发明实施例主要以蜂窝网络中的基站为例进行说明。

为了便于理解本发明实施例提供的资源分配方法，下面参考图1对利用D2D通信技术进行内容分发的过程进行简要的说明，图1示出了D2D通信网络架构及D2D内容分发场景示意图。

具体的，如图1所示，利用D2D通信技术进行内容分发的过程如下：首先由基站随机选择若干种子终端(例如图1中的种子终端1、种子终端2和种子终端3)，并将需要分发的内容发送给种子终端，使种子终端率先构成初始的内容拥有者集合，其余终端构成内容请求者集合；随后，网络中的内容请求者和内容拥有者进行D2D通信，建立D2D对(例如图中的D2D对-1、D2D对-2和D2D对-3)并通知基站，基站为每一D2D对分配资源；然后，每一D2D中的内容拥有者利用基站所分配的资源将内容传输给内容请求者，若传输成功，将该内容请求者从内容请求者集合中剔除并加入内容拥有者集合，参与下一轮的D2D通信，直至内容扩散至全网，即内容请求者集合为空。

在实际应用中，对图1所示的网络的一种具体部署方式如下：基站(eNB)部署服从二维泊松点过程(2D-PPP)φ_m，且密度为λ_m；蜂窝用户分布服从(2D-PPP)φ_C，且密度为λ_C；D2D链路分布服从(2D-PPP)φ_D，且密度为λ_D。在本发明实施例中，假设蜂窝网络中的每个基站下可用的子信道数目为N，每个用户的发送功率等级为L。

需要说明的是，对网络的部署属于现有技术，上文中所提供的仅仅是一种示例，并不构成对本发明的应用场景的限制。

下面对本发明实施例提供的一种资源分配方法进行说明。

请参考图2，图2示出了本发明实施例提供的资源分配方法的一种流程示意图。如图2所示，本发明实施例提供的一种资源分配方法，应用于基站，该基站与若干移动终端无线连接，该方法包括如下步骤：

S201、在接收到至少一个移动终端发送的设备到设备D2D对建立通知和资源分配请求时，根据所接收到的D2D对建立通知，确定参与内容分发的至少一个D2D对；

可以理解的是，移动终端间建立D2D对的发起者可以是内容拥有移动终端(以下简称内容拥有者)，也可以是内容请求移动终端(以下简称内容请求者)，因此，基站所接收到的D2D对建立通知可以是内容拥有移动终端所发送的，也可以是内容请求移动终端所发送的。

当一移动终端与另一移动终端建立D2D对后，由其中的任一终端向基站发送已建立D2D对的通知和资源分配请求。

具体的，D2D对建立通知中可以包含该D2D对的唯一标识，基站在接收到至少一个移动终端发送的D2D对建立通知后，可以根据D2D对的唯一标识，确定参与内容分发的至少一个D2D对。

可以理解的是，假设与基站无线连接的移动终端的数目为M。当基站选择的种子终端只有一个时，在第一轮D2D内容分发过程中，内容拥有者只有1个，如果内容请求者也只有1个，那么建立的D2D对只有一个；如果第一轮传输成功，在第二轮的内容分发过程中，内容拥有者有2个，如果有2个内容请求者分别向2个内容拥有者请求内容，那么建立的D2D对就有2个。因此，在本发明实施例中，基站所确定的参与内容分发D2D对可以是1个也可以是多个。

S202、根据每一D2D对中的两个移动终端的持有用户对应的预设社交网络拓扑，确定每一D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度；

在本发明实施例提供的一种实施方式中，每一D2D对中的两个移动终端的持有用户对应的预设社交网络拓扑，是基站根据预先获取的每一D2D对中的两个移动终端持有用户的社交信息，构建的社交网络拓扑。

具体的，基站本身可以作为一个网络服务器，获取每一D2D对中的两个移动终端的持有用户在某一社交网站中的社交信息，并根据这些社交信息构建社交网络拓扑。其中，社交网站可以微信、QQ、YouTube和Facebook等社交网站，本发明实施例对此不做限定；社交信息主要包括：每一D2D对中的两个移动终端的持有用户的朋友的数量，以及其朋友的朋友的数量。

在本发明实施例提供的另一种实施方式中，基站可以从其他网络服务器中直接获取已经由其他网络服务器构建好的，针对每一D2D对中的两个移动终端的持有用户的社交网络拓扑，具体的构建过程与上一实施方式中所述的方式一致，此处不再赘述。

图3示出了社交网络拓扑的一种示意图，从图3中可以看出，社交网拓扑所反映的信息是，用户之间的连接关系，在社交网络拓扑中，用户被称为节点。

还需要说明的是，社交网络拓扑的构建属于现有技术，因此，本发明实施例对社交网络拓扑的构建过程描述的较为简单。

在本发明实施例提供的一种具体实施方式中，根据每一D2D对中的两个移动终端的持有用户对应的预设社交网络拓扑，确定每一D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度的步骤，具体可以包括：

其中，所述第一预设模型为：

为移动终端i与移动终端j的杰卡德jaccard相似度指标。

在本发明实施例中，

被称为表征移动终端i与移动终端j综合活跃度的活跃度指标。

需要说明的是，上述确定每一D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度的方式仅是举例，可以理解的是，现有技术中存在的其他确定每一D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度的方式均适用于本发明。

S203、从预先建立的资源分配策略集中，分别为每一D2D对选择一种资源分配策略；

在本发明实施例中，假设基站可用的子信道数目为N，移动终端的发送功率等级数为L，基站向D2D分配的资源具体为：子信道和发送功率等级，那么基站所拥有的资源分配策略总共有N×L种。

具体的，在本发明实施例中，将基站所拥有的资源分配策略组成一个集合构成资源分配策略集：A＝{a₁,a₂,…a_i,..,a_C}，其中，a_i＝(n,l)表示子信道n和发送功率等级l的组合为一种资源分配策略，C＝N×L表示资源分配策略的总数量，N为所述基站下可用的子信道数目，L为发送功率的等级数。

具体的，可以从资源分配策略集中，随机为每一D2D对选择一种资源分配策略；也可以按一定的顺序从资源分配策略集中为每一D2D对选择一种资源分配策略。本发明对为每一D2D对选择资源分配策略的方式不做限定。

S204、将所确定的社交轨迹相似度和所选择的资源分配策略，发送至对应的D2D对，以使每一D2D对计算自身的效用值并上报至所述基站；

其中，每一D2D对的效用值为：该D2D对所预估的当使用接收到的资源分配策略传输内容时带来的吞吐量增益值，与该D2D对所预估的当使用接收到的资源分配策略传输内容时对蜂窝网络造成的吞吐量下降的惩罚值的差值；每一D2D对所预估的吞吐量增益值为，该D2D对根据所接收到的社交轨迹相似度修正过的吞吐量增益值；

由于本发明实施例的目的是提高每轮内容分发的传输成功率，因此，在分配资源时是应尽可能的合理，使每一D2D对的内容传输都能够成功，而不仅仅是像现有技术那样，只保证传输距离较近的D2D对的传输成功率，而忽略了传输距离较远的D2D传输成功率。

也就是说，本发明实施例的目的是，使每轮内容分发的传输成功率最大化，具体可以用下式表示：

其中，

Ψ_d为本轮分发的传输成功率，D为本轮的D2D对的个数，ψ_d为第d对D2D对传输是否成功的指示因子，r_d为第d对D2D对的传输速率，t_d为第d对D2D对的通信链路持续时间。

假设待传输的内容的大小为q，若r_dt_d<q，则表明传输失败，指示因子ψ_d＝0；若r_dt_d≥q，则表明传输成功，指示因子ψ_d＝1。

为了实现上述目的，本发明实施例在分配资源时，不仅考虑了传输速率r_d对传输成功率的影响，还考虑了D2D的通信链路持续时间t_d对传输成功率的影响。具体如下：

一方面，发明人经过计算和实验验证表明，D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度与D2D对的通信链路持续时间成正相关，因此，在本发明实施例中引入社交轨迹相似度对每一D2D对所预估的吞吐量增益值进行修正，使得每一D2D对所预估的吞吐量增益值更为准确，进而使得根据该更准确的吞吐量增益值确定的资源分配策略更为合理。

具体的，现有技术中通常利用随机位点移动模型估计D2D对通信链路的持续时间。在随机位点移动模型中，假设移动终端的移动速度为V，D2D通信的最大距离为R，移动终端进行D2D通信的持续时间服从下列分布：

假设第d对D2D对的通信链路持续时间t_d的期望为也即假设社交轨迹相似度S_ij与D2D对的通信链路持续时间t_d正相关。

由于移动终端的真实历史轨迹能够反映D2D对的通信链路的真实持续时间，因此，发明人利用基站收集的移动终端的真实历史轨迹，计算了移动终端间的真实历史轨迹的重叠度与社交轨迹相似度的关系，计算结果表明，真实历史轨迹的重叠度与社交轨迹相似度相关性较强，这说明上述假设较为可信，可以认为社交轨迹相似度S_ij与D2D对的通信链路持续时间t_d正相关。

另一方面，本领域技术人员能够理解的是，第d对D2D对应的传输速率r_d通常可以通过下式计算获得：

其中，

为第d对D2D对所预估的当使用资源分配策略(n,l)传输内容时的信干噪比，W为子信道n的带宽。

不难看出，

与传输速率r_d成正相关，因此，在本发明实施例中可以借用

来表征每一D2D对所预估的吞吐量增益值。

基于上述原理，在本发明实施例中，每一D2D对计算自身的效用值的方式为：

其中，所述进化博弈效用函数为：

其中，

表示第d对D2D对的效用值，

为第d对D2D对所预估的当使用资源分配策略(n,l)传输内容时带来的吞吐量增益值，w₁为第d对D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度，为第d对D2D对所预估的当使用资源分配策略(n,l)传输内容时的信干噪比；

为第d对D2D对所预估的当使用资源分配策略(n,l)传输内容时对蜂窝网络造成的吞吐量下降的惩罚值，w₂为预设的惩罚因子，

Figure DEST_PATH_GDA00012259901400001310

其中，算子[*]⁺被定义为：

Figure DEST_PATH_GDA00012259901400001311

其中，

具体的，

其中，d^t为第d对D2D对中的内容拥有者，d^r为第d对D2D对中的内容请求者，

为第d对D2D对采用子信道n时的信道增益，

为第d对D2D对在子信道n上的发送功率；m^* _(n)表示采用子信道n的蜂窝用户，

为蜂窝用户m^* _(n)在子信道n上的发送功率，

为蜂窝用户m^* _(n)到第d对D2D对中的内容请求者的信道增益，

为蜂窝用户m^* _(n)对第d对D2D对的干扰。

同理，为所有其他使用子信道n的D2D对

第D个D2D对的聚合干扰。N₀为高斯白噪声。其中

Figure DEST_PATH_GDA00012259901400001410

为指示D2D对

Figure DEST_PATH_GDA00012259901400001411

是否再次采用子信道n传输内容的指示因子。

具体的，

Figure DEST_PATH_GDA00012259901400001412

可以表示如下：

Figure DEST_PATH_GDA00012259901400001413

具体的，

Figure DEST_PATH_GDA00012259901400001414

可以表示为：

Figure DEST_PATH_GDA00012259901400001415

需要说明的是，上述计算的方式仅是举例，现有技术中能够计算信干噪比

Figure DEST_PATH_GDA00012259901400001417

的方式均适用于本发明实施例。

S205、判断所有D2D对当前的效用值是否均相等；如果是，执行步骤S206；否则，执行步骤S207；

S206、根据当前为每一D2D对选择的资源分配策略，向所有D2D对分配资源；

S207、向每一第一类D2D对发送第一效用值更新通知，以使每一第一类D2D 对从所述资源分配策略集中，重新选择一种资源分配策略并重新计算自身的效用值上报至所述基站；并向每一第二类D2D对发送第二效用值更新通知，以使每一第二类D2D对根据当前的资源分配策略，计算自身的效用值上报至所述基站；

其中，所述第一类D2D对包括：当前效用值低于所有D2D对所对应当前平均效用值的D2D对，以及，当前效用值高于所述当前平均效用值的D2D对中满足避免局部最优策略的D2D对；所述第二类D2D对为所述至少一个D2D对中除所述第一类D2D对以外的D2D对。

需要说明的是，资源分配策略集可以由基站事先通过广播的方式发送给每一D2D对，也可以携带在第一效用更新通知中，以供每一第一类D2D对从所述资源分配策略集中，重新选择一种资源分配策略。

由于：

可见，计算每一D2D对的效用值时，不仅考虑了使用当前所选择的资源分配策略(n,l)传输内容时对蜂窝用户造成的干扰，还考虑了对其他D2D对的干扰，因此，当某一D2D对的资源分配策略发生改变时，该D2D对其他D2D对的干扰也发生了改变，进而使得其他D2D对的效用值也发生了改变。所以，在使每一第一类D2D对重新选择资源分配策略后，重新计算自身的效用值上报至基站的同时，还应使其他D2D对根据自身当前的资源分配策略重新计算自身的效用值并上报至基站。

在本发明实施例中，是否满足避免局部最优策略的判断方式为：从[0,1]范围内随机选取一个数，判断所选取的数是否小于预设的接受概率；如果是，则满足；否则，不满足。

其中，预设的接受概率可以是根据D2D对自身的效用值和所有D2D对所对应当前平均效用值确定的，也可以是任意设定的一个概率，这都是合理的。

S208、获得所有D2D对重新上报的效用值，并返回执行步骤S205。

需要说明的是，在本发明实施例中，步骤S205至S208被称为进化博弈过程(也称为迭代进化过程)，为了使每轮内容分发的传输成功率最大化，通过进化博弈使每一D2D对的效用值均相等，这表明在该轮内容传输过程中，所有D2D对都取得了最佳的资源分配策略，使用这些策略传输内容时，所有D2D对传输成功的概率均较高。

在本发明实施例中，当所有D2D对的效用值均相等时，认为进化博弈过程达到了收敛。

不难发现，本发明实施例提供的一种资源分配方法，一方面，采用与D2D通信链路持续时间成正相关的社交轨迹相似度，对D2D对所预估的吞吐量增益值进行修正，使得每一D2D对所预估的吞吐量增益值更为准确，进而使得根据该更准确的吞吐量增益值确定的资源分配策略更为合理；另一方面，通过进化博弈，在所有D2D对的效用值均相等时，根据当前为每一D2D对选择的资源分配策略，向所有D2D对分配资源，可以大大提升所有D2D链路的公平性，使得所有D2D对传输成功的概率均较高；另外，在选择资源分配策略时还考虑了对蜂窝网络造成的干扰。因此，应用本发明实施例提供的资源分配方法，可以在保证对蜂窝用户产生的干扰较小的前提下，提高每轮内容分发的传输成功率，减少内容分发至全网的传输轮次，进而降低内容分发至全网的传输时延。

如图4所示，本发明实施例提供的一种资源分配方法，除了包括步骤S401至S408，在执行步骤S407前，还包括：步骤S409至S410。

需要说明的是，步骤S401至S408与图2所示的实施例中的步骤S201至S208对应一致，本实施例中不再重复描述。

对于S409和S410的介绍如下：

S409、判断执行判断所有D2D对当前的效用值是否均相等的步骤(步骤S405)的次数是否大于阈值；如果是，执行步骤S410；否则，再返回执行步骤S407。

其中，阈值可以由人工设定。

发明人通过大量实验证明，内容请求者与基站密度的比值越大，此阈值越大。具体参考图5，图5示出了应用本发明图3所示的实施例提供的资源分配方法的收敛曲线。

在图5中，对比了内容请求者与基站密度的比值分别为10和20的收敛曲线，其中，曲线1为内容请求者与基站密度的比值分别为20时的收敛曲线，曲线2为内容请求者与基站密度的比值分别为10时的收敛曲线。从图5中可以看出，当内容请求者与基站密度的比值为10时，在执行步骤S405的次数约为60时，曲线达到收敛，此时可以将所述阈值设置为60；当内容请求者与基站密度的比值为20时，在执行步骤S405的次数约为140时，曲线达到收敛，此时可以将所述阈值设置为140。

S410、根据每一D2D对最后一次选择的资源分配策略，向所有D2D对分配资源。

在本发明实施例中，当所有D2D对的效用值均相等时，或者当执行步骤S405的次数大于所述阈值时，认为进化博弈过程达到了收敛。

由于在实际应用过程中，会存在执行步骤S405的次数已经很多，但是所有D2D的效用值依然不能全部相等的情况，此时，就需要通过另外的方式结束进化博弈过程。图4所示的实施例在执行步骤S405的次数大于阈值时，结束进化博弈过程，提高了向所有D2D对分配资源的效率。

为了进一步说明本发明实施例提供的资源分配方法的有益效果，本发明通过仿真实验，对应用本发明实施例提供的资源分配方法所取得的技术效果，与应用现有技术中的资源分配所取得的技术效果进行了对比。具体如下：

参与对比的现有技术为：联盟博弈资源分配方法和随机资源分配方法。

为了方便说明，在仿真实验中，将本发明图2所示的实施例提供的资源分配方法用方案1表示，将联盟博弈资源分配方法用方案2进行表示，将随机资源分配方法用方案3进行表示。

仿真实验中所设定的参数见下表。

参数	值
		基站密度	25eNB/km<sup>2</sup>
蜂窝小区半径	100m
		子信道个数	10
功率等级	5
		噪声谱密度	-174dBm/Hz
用户的最大发送功率	23dBm
		D2D通信最大距离	10m
D2D通信最小距离	3m
		基站和用户最小距离	10m
用户的移动速度	1m/s

具体的，图6示出了应用本发明图2所示的实施例提供的资源分配方法，与应用现有技术中的资源分配方法进行内容分发时的总传输时延对比图。

在图6中，需要分发至全网的内容为一个20Mbits大小的文件，内容请求者与基站的密度比在10-50之间，总传输时延指的是，从基站选择种子移动终端开始至内容分发至全网的总传输时延。从图6中可以看出，采用方案1所需要的总传输时延明显低于方案2和方案3，也就是说，应用本发明实施例提供的资源分配方法可以大大缩短内容分发至全网的时延。

具体的，图7示出了应用本发明图2所示的实施例提供的资源分配方法，与应用现有技术中的资源分配方法进行内容分发时所产生的无效吞吐量的对比图。

在图7中，需要分发至全网的内容为一个20Mbits大小的文件，内容请求者与基站的密度比在10-50之间，总无效吞吐量指的是，从基站选择种子移动终端开始至内容分发至全网的总无效吞吐量。从图7中可以看出，采用方案1所产生的总无效吞吐量明显低于方案2和方案3，也就是说，应用本发明实施例提供的资源分配方法可以大大降低内容分发至全网的无效吞吐量。

具体的，图8示出了应用本发明图2所示的实施例提供的资源分配方法，与应用现有技术中的资源分配方法进行内容分发时的公平性对比曲线。

在图8中，需要分发至全网的内容为一个20Mbits大小的文件，内容请求者与基站的密度比在10-50之间；公平性指的是，从基站选择种子移动终端开始至内容分发至全网期间，所有D2D对的公平性对比，公平性指标采用杰恩公平性指标(Jains fairness index，简称jain’s公平性指标)。从图8中可以看出，采用方案1时的公平性明显高于方案2和方案3，也就是说，应用本发明实施例提供的资源分配方法可以大大提升所有D2D链路的公平性，更好的保证了链路传输的成功率。

相应于上述方法实施例，本发明实施例提供了一种资源分配装置，下面对本发明实施例提供的一种资源分配装置进行说明。

如图9所示，本发明实施例提供的一种资源分配装置，应用于基站，所述基站与若干移动终端无线连接，所述装置包括：第一确定模块901、第二确定模块902、选择模块903、第一发送模块904、第一判断模块905、第一资源分配模块906、第二发送模块907和获取模块908。

第一确定模块901，用于在接收到至少一个移动终端发送的设备到设备D2D对建立通知和资源分配请求时，根据所接收到的D2D对建立通知，确定参与内容分发的至少一个D2D对；

第二确定模块902，用于根据每一D2D对中的两个移动终端的持有用户对应的预设社交网络拓扑，确定每一D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度；

在本发明实施例提供的一种实施方式中，每一D2D对中的两个移动终端的持有用户对应的预设社交网络拓扑，是基站根据预先获取的每一D2D对中的两个移动终端的持有用户的社交信息，构建的社交网络拓扑。

具体的，基站本身可以作为一个网络服务器，获取每一D2D对中的两个移动终端的持有用户在某一社交网站中的社交信息，并根据这些社交信息构建社交网络拓扑。

选择模块903，用于从预先建立的资源分配策略集中，分别为每一D2D对选择一种资源分配策略；

其中，资源分配策略集为：A＝{a₁,a₂,…a_i,..,a_C}，其中，a_i＝(n,l)表示子信道n和发送功率等级l的组合为一种资源分配策略，C＝N×L表示资源分配策略的总数量，N为所述基站下可用的子信道数目，L为发送功率的等级数。

第一发送模块904，用于将所确定的社交轨迹相似度和所选择的资源分配策略，发送至对应的D2D对，以使每一D2D对计算自身的效用值并上报至所述基站；

其中，每一D2D对的效用值为：该D2D对所预估的当使用接收到的资源分配策略传输内容时带来的吞吐量增益值，与该D2D对所预估的当使用接收到的资源分配策略传输内容时对蜂窝网络造成的吞吐量下降的惩罚值的差值；其中，每一D2D对所预估的吞吐量增益值为，该D2D对根据所接收到的社交轨迹相似度修正过的吞吐量增益值；

第一判断模块905，用于判断所有D2D对当前的效用值是否均相等；

第一资源分配模块906，用于在所述第一判断模块获得的判断结果为是的情况下，根据当前为每一D2D对选择的资源分配策略，向所有D2D对分配资源；

第二发送模块907，用于在所述第一判断模块获得的判断结果为否的情况下，向每一第一类D2D对发送第一效用值更新通知，以使每一第一类D2D对从所述资源分配策略集中，重新选择一种资源分配策略并重新计算自身的效用值上报至所述基站；并向每一第二类D2D对发送第二效用值更新通知，以使每一第二类D2D对根据当前的资源分配策略，计算自身的效用值上报至所述基站；

获取模块908，用于获得所有D2D对重新上报的效用值，并触发所述第一判断模块。

需要说明的是，在本发明实施例中，模块905至模块908所执行的过程被称为进化博弈过程(也称为迭代进化过程)，为了使每轮内容分发的传输成功率最大化，通过进化博弈使每一D2D对的效用值均相等，这表明在该轮内容传输过程中，所有D2D对的都取得了最佳的资源分配策略，使用这些策略传输内容时，所有D2D对传输成功的概率均较高。

不难发现，本发明实施例提供的一种资源分配装置，一方面，采用与D2D通信链路持续时间成正相关的社交轨迹相似度，对D2D对所预估的吞吐量增益值进行修正，使得每一D2D对所预估的吞吐量增益值更为准确，进而使得根据该更准确的吞吐量增益值确定的资源分配策略更为合理；另一方面，通过进化博弈，在所有D2D对的效用值均相等时，根据当前为每一D2D对选择的资源分配策略，向所有D2D对分配资源，可以大大提升所有D2D链路的公平性，使得所有D2D对传输成功的概率均较高；另外，在选择资源分配策略时还考虑了对蜂窝网络造成的干扰。因此，应用本发明实施例提供的资源分配装置，可以在保证对蜂窝用户产生的干扰较小的前提下，提高每轮内容分发的传输成功率，减少内容分发至全网的传输轮次，进而降低内容分发至全网的传输时延。

可选地，第二确定模块902，具体用于根据每一D2D对中的两个移动终端的持有用户对应的预设社交网络拓扑和第一预设模型，确定每一D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度；

其中，所述第一预设模型为：

为移动终端i与移动终端j的杰卡德jaccard相似度指标。

在本发明实施例中，被称为表征移动终端i与移动终端j综合活跃度的活跃度指标。

可选地，在本发明实施例中，每一D2D对计算自身的效用值的方式为：

其中，所述进化博弈效用函数为：

其中，

表示第d对D2D对的效用值，

为第d对D2D对所预估的当使用资源分配策略(n,l)传输内容时带来的吞吐量增益值，w₁为第d对D2D对中的两个移动终端间的社交轨迹相似度，

为第d 对D2D对所预估的当使用资源分配策略(n,l)传输内容时的信干噪比；

可选地，本发明实施例提供的一种资源分配装置，除了包括模块901至908外，还包括：第二判断模块和第二资源分配模块。

第二判断模块，用于判断触发所述第一判断模块905的次数是否大于阈值；如果是，触发第二资源分配模块，否则触发第二发送模块907。

其中，阈值可以由人工设定。发明人通过大量实验证明，内容请求者与基站密度的比值越大，此阈值越大。

在本发明实施例中，当所有D2D对的效用值均相等时，或者触发所述第一判断模块905的次数的次数大于所述阈值时，认为进化博弈过程达到了收敛。

由于在实际应用过程中，会存在触发第一判断模块905的次数已经很多，但是所有D2D的效用值依然不能全部相等的情况，此时，就需要通过另外的方式结束进化博弈过程。图9所示的实施例在触发所述第一判断模块905的次数大于阈值时，结束进化博弈过程，提高了向所有D2D对分配资源的效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。