CN107484105A - 一种基于社交网络的文件多对多分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种无线通信系统中结合社交网络与D2D传输的多对多文件分配方法。该文件多对多分配方法具体可以分为D2D用户选择方法和多对多分配方法进行讨论。本发明通过社交网络中进行用户选择，在文件分配前进行预处理，利用多对多匹配算法进行文件分配，从而降低文件请求的传输延迟，提高用户满意度，使普通用户可以通过直接访问D2D用户获取请求的文件而不是必须从蜂窝网络中获取，从而降低了系统延迟。实践表明该方法具有实用性、可靠性等特点。

Description

一种基于社交网络的文件多对多分配方法
技术领域
本发明涉及的是一种无线通信系统中结合社交网络与D2D传输的多对多文件分配方法，属于无线通信技术领域。
背景技术
社交网络(Social Network，简称SN)，是指人与人之间交往关系的网络化迁移。随着网络检索技术的迅速发展，社交网络基于复杂的网络理论和系统为人们提供了多种高效的信息在线共享平台。与人为的复杂网络所不同，社交网络的动机是实现一些全球代理商的协调。在社交网络中根据某些规则的不同可以将节点归于不同的类别。这些规则可以是兴趣爱好或者是地理位置。例如：公司或者学校这样的固定社区，线上网络相联系的社会关系在线下往往有着相近的地理位置。对于大多数人来说，社交网络代表线上的服务，如推特，微博。然而，社交网络的研究可以追溯到互联网产生的时期。直到计算机技术的快速发展，社交网络技术才日益成熟。
社交网络是由社会用户和社会连接构成。社交网络用户之间的连接是通过建立社会连接来完成的。社交网络的框架可以通过建立邻近矩阵来建立。若两个节点之间有社会连接则社会关系为1，若无社会连接则社会关系为0。为了更好地利用社交网络的节点特征，我们需要对社交网络系统中的节点特性进行分析，找出特殊节点作为标记。社会节点的特殊性分析一直是国内外研究的热点。目前常见的社会特性分析方法有：特征向量分析法，中介性分析法，度分析法。然而目前存在的方法都只代表了社会节点的某个特性，无法综合考虑节点特征，特殊节点搜索方法的多样化为我们进行社会节点分析带来了挑战。
在蜂窝网络中用户数据是通过中心基站来实现数据传输的，当通信设备彼此相对接近时，通信设备之间直接通信(device to device，简称D2D)而不是通过基站传送数据是明智的，以便节省用户设备和基站的传输功率。与蜂窝通信相比，设备直接通信只需要消耗其一般的资源，而且如果直接通信模式的设备彼此接近，传输功率电平可能会低于蜂窝模式，然后可以将其转换为设备的电池节省并降低系统中的干扰电平。重要的一点是，利用D2D直接通信可以缓解蜂窝网络的流量负载，例如在流量高峰期，对蜂窝网络的请求数据量较大，对用户造成的延迟会比较大，造成网络拥堵的问题，用户满意度下降。通过D2D直接通信就可以不用经过蜂窝网络的请求，直接从与自己有连接的用户设备获得数据。但是目前D2D也存在许多限制条件。如：(1)本地连接的可能性很低。(2)设备之间的传输信道比基站与设备之间的传输信道差。(3)蜂窝内的用户之间存在干扰。
因此本发明提出了一种结合社交网络与D2D传输的多对多文件分配办法，通过对节点的社会特性进行分析，选择重要的用户节点作为D2D节点。然后在节点选择之后，利用多对多分配算法将文件进行分配，从而降低系统内容请求的传输延迟。
发明内容
发明目的：针对蜂窝网络通信，对社会节点进行社会特性分析，在第一阶段找出重要节点作为D2D节点，在第二阶段进行文件的多对多分配以实现降低系统时延目的，并且降低算法的复杂度，设计一种结合社交网络与D2D传输的多对多文件分配办法。
技术方案：
第一阶段：首先设计社交网络中的重要节点选择算法，得到重要的节点信息。节点n与m之间的传输速率为：
其中，W是传输信道的带宽，hn,m是通道系数。σ2是传输噪声。众所周知，理想的传输速率是提高社会用户满意度的关键因素，因为文件是否可以成功传送取决于传输速率和连接的稳定性。因为一般的基站在设计的过程中会离用户较远，而终端用户的D2D直接连接的传输速率大于基站的传输速率。然而重要节点与终端用户的连接质量不仅由传输速率决定，而且由连接时间决定。连接持续时间被定义为从D2D对中的双方的初始接触开始到结束的时间段。因此假设连接时间服从指数分布，系数为λ，Tc连接时间的分布为
文件传输成功的概率是：
本发明在此结合社交层与物理层。结合社交层与物理层的目的在于同时考虑社会特性与物理特性，用an,m代表联合连接矩阵，an,m＝1代表节点之间的连接同时满足社会连接和物理连接，an,m＝1则代表不符合连接，节点之间的通信保证连接。
根据上述模型，接下来我们将根据节点的社会特征来选择重要用户。本发明采用了一种综合特性的办法来选择重要用户，涉及到的特性包括：中介性，相似性和相对电量。中介行是描述两个节点之间经过最短路径的方法。相似性是判断两个节点之间共同连接节点的方法。相对电量描述了各节点的硬件条件。
第一阶段的算法描述如下：
(1)计算每对节点之间的中介性：dn,m(e)是节点之间经过路径e的最短路径的数量。dn,m是节点之间的最短路径的数量。
(2)计算每对节点之间的相似性：若节点之间的连接存在，则k(z)是指节点之间共同连接节点的个数。
(3)计算每对节点之间的相对电量，相对电量是由终端设备的物理特性所决定的，用cn,m表示。
(4)综合考虑三个特性，计算
wn,m＝μbn,m+νsn,m+υcn,m
其中μ，ν，υ是可调参数并且μ+ν+υ＝1。
(5)最终计算根据最终的计算结果进行排序，选择重要节点作为D2D存储节点与直接传输节点。
在第一阶段的选择了D2D节点之后，根据该算法，综合考虑了节点的三个主要的社会特性，节点的选择更具有代表性。
第二阶段将进行多对多的文件分配，在目前的分配策略中，随机分配很大程度上会造成存储资源的浪费。因此本发明中涉及到一种多对多的文件分配策略。进行文件分配的主要目的在于将用户喜好的文件存储在第一阶段选择出的D2D节点中，根据节点的连接，终端设备可以从与自己有连接的终端获取文件而不是通过宏基站获得，这种方式将会大大降低终端请求文件的时延，缓解宏基站流量负载。
首先，定义文件的流行度，请求文件的概率分配为齐夫分布。
其中l代表文件，L代表总得文件个数，γ代表齐夫分布的系数。齐夫分布表明排名越靠前，文件流行度越大。对于每个用户的喜好，可以进行随机打乱，生成对不同文件喜好pn,l。
终端节点请求文件的时延为：
第二阶段的多对多文件分配算法：
(1)计算文件的平均流行度，其中H代表与节点n相连的所有D2D节点，按照流行度进行降序排序。
(2)计算文件对D2D节点的喜好程度，按照计算结果进行升序排序。
(3)每个终端节点对排名靠前的文件进行请求，当文件接收到终端节点的请求时，计算对D2D节点的喜好，并且选择最排名最靠前的节点进行缓存。
(4)根据终端节点的存储空间直至所有的重要的节点都缓存了文件。且一个文件可以被多次缓存。
附图说明
图1示出了系统流程图。
图2示出了传输时延随着重要用户数目增长的变化图。
图3示出了传输时延随着终端用户数目增长的变化图。
图4示出了传输时延随着重要用户选择方法不同的变化图。
具体实施方式
第一阶段：首先设计社交网络中的重要节点选择算法，得到重要的节点信息。第一阶段的算法步骤为：计算每对节点之间的中介性；计算每对节点之间的相似性；计算每对节点之间的相对电量；综合考虑三个特性，选择重要节点作为D2D存储节点与直接传输节点。
在第一阶段的选择了D2D节点之后，根据该算法，综合考虑了节点的三个主要的社会特性，节点的选择更具有代表性。
第二阶段将进行多对多的文件分配，本发明中涉及到一种多对多的文件分配策略。进行文件分配的主要目的在于将用户喜好的文件存储在第一阶段选择出的D2D节点中，根据节点的连接，终端设备可以从与自己有连接的终端获取文件而不是通过宏基站获得，这种方式将会大大降低终端请求文件的时延，缓解宏基站流量负载。首先，定义文件的流行度，请求文件的概率分配为齐夫分布。然后，进行多对多文件分配算法。算法步骤为：计算文件平均流行度；计算文件对D2D节点的喜好程度；每个终端节点对排名靠前的文件进行请求，当文件接收到终端节点的请求时，计算对D2D节点的喜好，并且选择最排名最靠前的节点进行缓存；根据终端节点的存储空间直至所有的重要的节点都缓存了文件。
图2的仿真结果表明，本发明提出的结合社交网络与D2D传输的多对多文件分配办法，可以有效降低系统时延，与传统的随机分配算法相比提高了系统的性能，与多对一文件分配方法相比，下载时延下降了31％，与随机分配方法相比，下载时延下降了38％。
图3的仿真结果表明，在重要用户的数目一定的情况下，结合社交网络与D2D传输的多对多文件分配办法在用户终端数目增加的情况下与多对一分配方式相比，展示了良好的时延特性。
图4的仿真结果表明，综合考虑社会特性的方法产生与随机选择重要用户相比，有良好的性能，下载延迟当数目重要用户数目为6时，下载延迟降低了20％。

Claims (2)

1.一种基于一种结合社交网络与D2D传输的多对多文件分配方法，其特征在于：在文件分配之前进行D2D缓存用户选择，将文件集中分配给选定的D2D用户，使得在D2D用户缓存了请求文件的情况下，普通用户可以通过直接访问D2D用户获取所需文件，从而降低了文件下载延迟，缓解了核心网络拥堵，提高了用户满意度。
2.如权利要求1所述的结合社交网络与D2D传输的多对多文件分配方法，其特征在于：在选择D2D用户的过程中，使用多对一的匹配改进算法，提高用户满意度；文件件分配的过程中，使用多对多的匹配改进算法，降低系统的下载延迟特性。
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