CN110022547B - 一种d2d网络中缓存放置方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种D2D网络中缓存放置方法及装置，该方法包括：获取用户的接触时长和间隔接触时长，将文件平分为多个文件块，根据预设规则进行文件块传输，得到从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数；获取传输成本，根据传输成本、接触时长、间隔接触时长、从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数，得到网络平均消耗成本和文件平均传输时延；根据网络平均消耗成本和文件平均传输时延，进行资源分配，得到缓存放置集合。本发明实施例提供的D2D网络中缓存放置方法及装置，设计基于平均消耗成本最小化的文件缓存放置方案，解决了用户终端移动场景下的移动互联网视频业务激增问题。

Description

一种D2D网络中缓存放置方法及装置

技术领域

本发明涉及网络存储资源分配领域，尤其涉及一种D2D网络中缓存放置方法及装置。

背景技术

随着智能手机的普及和移动互联网的发展，近年来无线数据流量爆炸性增长。通信业务也由传统的语音、短信业务转变为视频直播、在线游戏、增强现实、虚拟现实等大容量低时延的新兴业务。

为应对移动数据流量爆炸式增长的压力，超密集小区网络架构可以通过缩小每个小区的覆盖半径，密集化部署多个基站，增加频率复用因子来提升网络容量。这种方案虽然可以提高无线网络空口的峰值速率，但是对网络的回程链路带来了很大的负载压力。除了直接优化通信系统的网络容量，流量占比最大的视频业务在网络传播中所呈现出的两大特性为无线网络的速率优化提升提供了新的思路。其一是异步内容重用，即大量用户会同时或者在时间差较小的范围内观看相同的最新、最热门的视频内容。其二是用户请求分布高度可预测，且服从齐普夫(Zipf)分布。通俗一点讲，就是80％的视频流量由少数20％的热门视频产生。

基于视频业务的这两大传播特征，无线边缘缓存技术利用人们对媒体访问行为的局部性，将有可能在未来一段时间内被多次重复访问的网络媒体存储在本地。具体而言，在业务速率低峰期提前将预测到的热门视频缓存到基站(或用户终端)的存储设备中，在业务高峰期，用户就可以直接从基站(用户终端)处获取请求的视频文件。这样可以避免热门视频文件在核心网的大量冗余重复传输，卸载基站的部分业务，减轻基站回程链路的负载，提高用户获取媒体资源的速度，提升用户的观看体验。与基站缓存相比，用户终端缓存可以进一步将基站流量卸载到终端直接通信(Device-to-Device,D2D)链路上。然而D2D网络中用户的移动性会增加用户之间通信的机会，从而影响用户终端的缓存放置策略。因此，如何合理设计考虑用户终端移动性的缓存放置策略是应对移动互联网视频业务激增的重要研究方向。

发明内容

本发明实施例为克服上述技术缺陷，提供一种D2D网络中缓存放置方法及装置。

第一方面，本发明实施例提供一种D2D网络中缓存放置方法，包括：

获取用户的接触时长和间隔接触时长，所述接触时长为两个用户运动到D2D通信范围内的时长，所述间隔接触时长为相邻两次接触时长的间隔时长；

将文件平分为多个文件块，根据预设规则进行文件块传输，得到从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数；

获取传输成本，根据所述传输成本、所述接触时长、所述间隔接触时长、所述从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数，得到网络平均消耗成本和文件平均传输时延；

根据所述网络平均消耗成本和所述文件平均传输时延，进行资源分配，得到缓存放置集合。

第二方面，本发明实施例提供一种D2D网络中缓存放置装置，包括：

用户移动性建模模块，用于获取用户的接触时长和间隔接触时长，所述接触时长为两个用户运动到D2D通信范围内的时长，所述间隔接触时长为相邻两次接触时长的间隔时长；

文件存储和传输方式模块，用于将文件平分为多个文件块，根据预设规则进行文件块传输，得到从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数；

网络性能分析模块，用于获取传输成本，根据所述传输成本、所述接触时长、所述间隔接触时长、所述从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数，得到网络平均消耗成本和文件平均传输时延；

存储资源分配模块，用于根据所述网络平均消耗成本和所述文件平均传输时延，进行资源分配，得到缓存放置集合。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如第一方面所述的一种D2D网络中缓存放置方法。

第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述一种D2D网络中缓存放置方法。

本发明实施例提供的一种D2D网络中缓存放置方法及装置，设计了D2D网络存储资源分配系统架构，根据D2D网络中的用户移动性建模模块以及文件缓存和传输方式模块中的信息，对网络性能进行分析，根据网络性能分析模块中的平均消耗成本和文件平均传输时延，在文件平均传输时延和存储空间限制下设计基于平均消耗成本最小化的文件缓存放置方案，更好的利用了网络中用户终端的缓存资源，解决了用户终端移动场景下的移动互联网视频业务激增问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种D2D网络中缓存放置方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的D2D缓存网络架构图；

图3为本发明实施例提供的用户移动性模型图；

图4为本发明实施例提供的一种D2D网络中缓存放置装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

图1为本发明实施例提供的一种D2D网络中缓存放置方法的流程示意图，如图1所示，包括：

步骤11，获取用户的接触时长和间隔接触时长，所述接触时长为两个用户运动到D2D通信范围内的时长，所述间隔接触时长为相邻两次接触时长的间隔时长；

步骤12，将文件平分为多个文件块，根据预设规则进行文件块传输，得到从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数；

步骤13，获取传输成本，根据所述传输成本、所述接触时长、所述间隔接触时长、所述从临近用户处获取的平均文件块个数和所述从基站处获取的平均文件块个数，得到网络平均消耗成本和文件平均传输时延；

步骤14，根据所述网络平均消耗成本和所述文件平均传输时延，进行资源分配，得到缓存放置集合。

本发明实施例为了更好的利用网络中用户终端的缓存资源，设计了D2D网络存储资源分配系统架构，图2为本发明实施例提供的D2D缓存网络架构图，如图2所示，网络架构包括一个基站和U个用户。每个用户i配置一个容量为C_i的存储空间用来缓存流行性文件。当任意两个移动用户处于相互的通信范围内时，如用户1和用户2、用户4和用户5，此时可以以D2D的方式进行文件传输。基站通过回程链路直接与核心网相连，可以获取全部的用户请求文件。

本发明实施例采用基于接触间隔的用户移动性模型，图3为本发明实施例提供的用户移动性模型图，如图3所示，每对用户的时间线可以分为接触时长和间隔接触时长，其中，接触时长是指两个用户运动到D2D通信范围内的时间，非接触时长是指相邻两次接触的间隔时间。在接触时长内，用户间可以通过D2D的方式相互传输文件。任意两个用户i和j的接触过程可以建模为强度为μ_ij的泊松过程，则用户的间隔接触时长服从参数为μ_ij的指数分布。

获取到用户的接触时长和间隔接触时长后，将文件平分为多个文件块，例如文件库里共有F个文件，每个文件f的大小为S。本发明实施例考虑移动用户会对整个文件进行缓存。X＝[x_if]^U×F表示文件缓存矩阵，其中x_if∈{0,1}是文件缓存指示因子，表示用户i是否缓存文件f。考虑到文件传输的有效性，本发明实施例进一步将每个文件分成N个文件块，每次用户接触可以成功传输N_c个文件块。每个文件块的大小为s＝S/N。

在D2D网络中，各个用户根据自身的兴趣随机且独立的对文件进行请求。p_if表示用户i请求文件f的概率，满足

用户i请求文件f时，根据预设规则进行文件块传输，例如，首先会搜索自己的缓存空间。如果没有找到该文件，则通过D2D的方式从所遇到的邻近用户处去获取文件块。为保障用户可以获取到其请求的文件，经过一段时间T_D后，还未成功的文件块可以从基站处去获取。

在D2D缓存网络中，D2D链路的传输成本远远低于基站的传输成本。为了将业务流量从基站卸载到D2D链路，网络运营商需要租用网络中移动用户的存储空间并支付一定的费用来激励移动用户进行边缘缓存。因此，本发明所提的网络消耗成本综合考虑了D2D缓存网络中的传输成本和缓存租赁成本。

获取传输成本，该传输成本包括移动用户从临近用户处和基站处获取一个文件块的传输成本，然后根据该传输成本、接触时长、间隔接触时长、从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数，得到用户i获得其请求文件f的传输成本，进而得到网络平均消耗成本。

根据接触时长和间隔接触时长，获取用户i请求文件f的平均传输时延，从而得到网络中文件平均传输时延。

最后，在平均文件传输时延和用户存储空间约束下最小化网络平均消耗成本，所形成的第一优化问题，通过迭代求解，得到存储资源分配方案，得到缓存放置集合。

本发明实施例提供的一种D2D网络中缓存放置方法，设计了D2D网络存储资源分配系统架构，根据D2D网络中的用户移动性建模模块以及文件缓存和传输方式模块中的信息，对网络性能进行分析，根据网络性能分析模块中的平均消耗成本和文件平均传输时延，在文件平均传输时延和存储空间限制下设计基于平均消耗成本最小化的文件缓存放置方案，更好的利用了网络中用户终端的缓存资源，解决了用户终端移动场景下的移动互联网视频业务激增问题。

在上述实施例的基础上，所述根据预设规则进行文件块传输，具体包括：

若所述用户请求所述文件，搜索所述用户的缓存空间；

若所述用户的缓存空间没有所述文件，通过D2D方式从所述用户的临近用户处获取所述文件的文件块；

若所述文件的文件块未获取完毕，在预设时间段后，从基站处获取剩余的文件块。

在D2D网络中，各个用户根据自身的兴趣随机且独立的对文件进行请求。p_if表示用户i请求文件f的概率，满足

用户i请求文件f时，根据预设规则进行文件块传输，本发明实施例中，用户发出请求文件后，首先搜索该用户自身的缓存空间，若该用户自身的缓存空间有该文件，则无需从其他处获取，若该用户自身的缓存空间没有该文件，此时需要从其他地方获取，获取的地方有两个，一个是该用户临近的其他用户，还有一个是基站。

需要获取的文件已经平分为多个文件块，该用户先通过D2D的方式从所遇到的邻近用户处去获取文件块，若在一定时间段内获取了所有的文件块，则无需从基站获取。同时，为保障用户可以获取到其请求的文件，经过一段时间T_D后，还未成功的文件块可以从基站处去获取。

本发明实施例提供的一种D2D网络中缓存放置方法，设计了D2D网络存储资源分配系统架构，根据D2D网络中的用户移动性建模模块以及文件缓存和传输方式模块中的信息，对网络性能进行分析，根据网络性能分析模块中的平均消耗成本和文件平均传输时延，在文件平均传输时延和存储空间限制下设计基于平均消耗成本最小化的文件缓存放置方案，更好的利用了网络中用户终端的缓存资源，解决了用户终端移动场景下的移动互联网视频业务激增问题。

在上述实施例的基础上，所述网络平均消耗成本具体为：

其中，Ψ为所述网络平均消耗成本，U为D2D网络架构中用户的个数，q_i为用户i单位存储空间的价格，F为文件库的文件个数，每个文件f的大小为S，x_if∈{0,1}为文件缓存指示因子，p_if表示用户i请求文件f的概率，

为用户i获得请求文件f的传输成本。

所述文件平均传输时延具体为：

其中，E(T)为所述文件平均传输时延，U为D2D网络架构中用户的个数，F为文件库的文件个数，p_if表示用户i请求文件f的概率，E(T_if)为用户i请求文件f的平均传输时延。

所述用户i请求文件f的平均传输时延，具体为：

其中，E(T_if)为用户i请求文件f的平均传输时延，N为文件f的文件块个数，P(K_if＝k)表示用户i以D2D方式获取文件f的平均块数，T_D为所述预设时间段，

表示下界不完全伽马函数，λ_if表示用户i与所有缓存了文件f的用户的接触强度，l_N表示用户i以D2D方式获取整个文件f所需的最小接触次数，Γ(l_N)＝(l_N-1)！表示伽马函数。

令δ_D和δ_B分别表示移动用户从邻近用户处和基站处获取一个文件块的传输成本，且δ_D＜δ_B，则用户i获得其请求文件f的传输成本可以表示为：

其中

分别表示用户i以D2D方式和BS方式获取文件f的平均文件块数。这两个平均文件块数表达式如下：

其中，P(K_if＝k)表示用户i以D2D方式获取文件f的平均块数，其表达式如下：

其中，

表示用户i与所有缓存了文件f的用户的接触强度，l_k＝k/N_c表示用户i以D2D方式获取k块文件的接触次数，l_N＝[N/N_c]表示用户i以D2D方式获取整个文件f所需的最小接触次数，

表示下界不完全伽马函数，Γ(l_N)＝(l_N-1)！表示伽马函数。

令q_i表示用户i单位存储空间的价格，网络平均消耗成本可以表示为：

其中，

表示网络运营商租赁用户i的存储空间大小。

用户i请求文件f的平均传输时延可以表示为

则网络中平均文件传输时延可以表示为

本发明实施例提供的一种D2D网络中缓存放置方法，设计了D2D网络存储资源分配系统架构，根据D2D网络中的用户移动性建模模块以及文件缓存和传输方式模块中的信息，对网络性能进行分析，根据网络性能分析模块中的平均消耗成本和文件平均传输时延，在文件平均传输时延和存储空间限制下设计基于平均消耗成本最小化的文件缓存放置方案，更好的利用了网络中用户终端的缓存资源，解决了用户终端移动场景下的移动互联网视频业务激增问题。

在上述实施例的基础上，根据所述网络平均消耗成本和所述文件平均传输时延，进行资源分配，具体包括：

根据所述文件平均传输时延和用户存储空间约束下最小化网络平均消耗成本，形成第一优化问题

其中

表示用户i归一化的可用存储空间，约束条件C1表示文件平均传输时延约束，C2表示用户的存储空间约束，C3表示缓存指示因子约束；

以约束条件C1作为惩罚，通过迭代求解第二优化问题

来优化所述第一优化问题，其中，σ⁽ⁿ⁾表示第n次迭代的惩罚因子；

获取所述第二优化问题的目标函数，根据所述目标函数进行资源分配，其中所述目标函数为U(X)＝Ψ(X)+σ⁽ⁿ⁾(E(T(X))-T_max)，x_if∈X表示用户i缓存了文件f。

本发明实施例中，资源分配主要分为2个部分，分别是资源分配问题转化和资源分配问题求解方法。

首先介绍资源分配问题的转化。本发明所提的存储资源分配方法是在平均文件传输时延和用户存储空间约束下最小化网络平均消耗成本，所形成的优化问题如下：

其中

表示用户i归一化的可用存储空间，约束条件C1表示文件平均传输时延约束，C2表示用户的存储空间约束，C3表示缓存指示因子约束。

为处理优化问题(8)，本发明实施例提出将约束条件C1作为惩罚加到目标函数上，通过迭代求解下述优化问题(9)来优化问题(8)：

其中，σ⁽ⁿ⁾表示第n次迭代的惩罚因子。

所述惩罚因子的更新准则具体为：

σ⁽ⁿ⁺¹⁾＝max{0,σ⁽ⁿ⁾+ξ(E(T)⁽ⁿ⁾-T_max)}， (10)

其中，ξ＞0表示更新步长，E(T)⁽ⁿ⁾表示第n次迭代时得出的文件平均传输时延。

定义

表示所有缓存状态的集合，

表示用户i所有缓存状态的集合。令X表示缓存放置集合，x_if∈X表示用户i缓存了文件f，令优化问题(9)的目标函数值表示为：

U(X)＝Ψ(X)+σ⁽ⁿ⁾(E(T(X))-T_max)。

则存储资源分配的具体方法如下：

步骤S1，初始化惩罚因子σ⁽ⁿ⁾和迭代步长ξ；

步骤S2，设置外循环迭代次数n:＝1；

步骤S3，令缓存集合

令剩余集合X^r＝S；

步骤S4，设置循环迭代次数l:＝1；

步骤S5，在剩余集合中寻找使目标函数U(X)最小的缓存因子

步骤S6，如果本次目标函数值小于上一次循环的目标函数值，即

将步骤S5中的最优缓存因子放入缓存集合中，同时，将其从剩余集合中删掉，即，

否则跳到步骤S10；

步骤S7，如果用户i的缓存空间已满，即

则将用户i的缓存状态集合从剩余集合中删除，即X^r＝X^r\S_i；

步骤S8，更新内循环迭代次数l:＝1；

步骤S9，重复步骤S5-S8，直到缓存集合的容量大于所有用户的存储空间

步骤S10，更新惩罚因子，即σ⁽ⁿ⁺¹⁾＝max{0,σ⁽ⁿ⁾+ξ(E(T)⁽ⁿ⁾-T_max)}；

步骤S11，更新外循环迭代次数n:＝n+1；

步骤S12，重复步骤S3-S11，直到满足截止条件；

步骤S13，输出缓存放置集合X。

本发明实施例提供的一种D2D网络中缓存放置方法，设计了D2D网络存储资源分配系统架构，根据D2D网络中的用户移动性建模模块以及文件缓存和传输方式模块中的信息，对网络性能进行分析，根据网络性能分析模块中的平均消耗成本和文件平均传输时延，在文件平均传输时延和存储空间限制下设计基于平均消耗成本最小化的文件缓存放置方案，更好的利用了网络中用户终端的缓存资源，解决了用户终端移动场景下的移动互联网视频业务激增问题。

图4为本发明实施例提供的一种D2D网络中缓存放置装置的结构示意图，如图4所示，包括用户移动性建模模块41、文件存储和传输方式模块42、网络性能分析模块43和存储资源分配模块44，其中：

用户移动性建模模块41用于获取用户的接触时长和间隔接触时长，所述接触时长为两个用户运动到D2D通信范围内的时长，所述间隔接触时长为相邻两次接触时长的间隔时长；

文件存储和传输方式模块42用于将文件平分为多个文件块，根据预设规则进行文件块传输，得到从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数；

网络性能分析模块43用于获取传输成本，根据所述传输成本、所述接触时长、所述间隔接触时长、所述从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数，得到网络平均消耗成本和文件平均传输时延；

存储资源分配模块44用于根据所述网络平均消耗成本和所述文件平均传输时延，进行资源分配，得到缓存放置集合。

本发明实施例采用基于接触间隔的用户移动性模型，首先用户移动性建模模块41用于获取用户的接触时长和间隔接触时长，其中，接触时长是指两个用户运动到D2D通信范围内的时间，非接触时长是指相邻两次接触的间隔时间。在接触时长内，用户间可以通过D2D的方式相互传输文件。任意两个用户i和j的接触过程可以建模为强度为μ_ij的泊松过程，则用户的间隔接触时长服从参数为μ_ij的指数分布。

获取到用户的接触时长和间隔接触时长后，文件存储和传输方式模块42将文件平分为多个文件块，例如文件库里共有F个文件，每个文件f的大小为S。本发明实施例考虑移动用户会对整个文件进行缓存。X＝[x_if]^U×F表示文件缓存矩阵，其中x_if∈{0,1}是文件缓存指示因子，表示用户i是否缓存文件f。考虑到文件传输的有效性，本发明实施例进一步将每个文件分成N个文件块，每次用户接触可以成功传输N_c个文件块。每个文件块的大小为s＝S/N。

在D2D网络中，各个用户根据自身的兴趣随机且独立的对文件进行请求。p_if表示用户i请求文件f的概率，满足

用户i请求文件f时，根据预设规则进行文件块传输，例如，首先会搜索自己的缓存空间。如果没有找到该文件，则通过D2D的方式从所遇到的邻近用户处去获取文件块。为保障用户可以获取到其请求的文件，经过一段时间T_D后，还未成功的文件块可以从基站处去获取。

在D2D缓存网络中，D2D链路的传输成本远远低于基站的传输成本。为了将业务流量从基站卸载到D2D链路，网络运营商需要租用网络中移动用户的存储空间并支付一定的费用来激励移动用户进行边缘缓存。因此，本发明所提的网络消耗成本综合考虑了D2D缓存网络中的传输成本和缓存租赁成本。

网络性能分析模块43获取传输成本，该传输成本包括移动用户从临近用户处和基站处获取一个文件块的传输成本，然后根据该传输成本、接触时长、间隔接触时长、从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数，得到用户i获得其请求文件f的传输成本，进而得到网络平均消耗成本。

网络性能分析模块43根据接触时长和间隔接触时长，获取用户i请求文件f的平均传输时延，从而得到网络中文件平均传输时延。

最后，存储资源分配模块44在平均文件传输时延和用户存储空间约束下最小化网络平均消耗成本，所形成的第一优化问题，通过迭代求解，得到存储资源分配方案，得到缓存放置集合。

本发明实施例提供的装置是用于执行上述各方法实施例的，具体的流程和详细介绍请参见上述各方法实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的一种D2D网络中缓存放置装置，设计了D2D网络存储资源分配系统架构，根据D2D网络中的用户移动性建模模块以及文件缓存和传输方式模块中的信息，对网络性能进行分析，根据网络性能分析模块中的平均消耗成本和文件平均传输时延，在文件平均传输时延和存储空间限制下设计基于平均消耗成本最小化的文件缓存放置方案，更好的利用了网络中用户终端的缓存资源，解决了用户终端移动场景下的移动互联网视频业务激增问题。

图5为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(Communications Interface)520、存储器(memory)530和总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过总线540完成相互间的通信。总线540可以用于电子设备与传感器之间的信息传输。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行如下方法：获取用户的接触时长和间隔接触时长，所述接触时长为两个用户运动到D2D通信范围内的时长，所述间隔接触时长为相邻两次接触时长的间隔时长；将文件平分为多个文件块，根据预设规则进行文件块传输，得到从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数；获取传输成本，根据所述传输成本、所述接触时长、所述间隔接触时长、所述从临近用户处获取的平均文件块个数和所述从基站处获取的平均文件块个数，得到网络平均消耗成本和文件平均传输时延；根据所述网络平均消耗成本和所述文件平均传输时延，进行资源分配，得到缓存放置集合。

此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令使计算机执行上述实施例所提供的一种D2D网络中缓存放置方法，例如包括：获取用户的接触时长和间隔接触时长，所述接触时长为两个用户运动到D2D通信范围内的时长，所述间隔接触时长为相邻两次接触时长的间隔时长；将文件平分为多个文件块，根据预设规则进行文件块传输，得到从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数；获取传输成本，根据所述传输成本、所述接触时长、所述间隔接触时长、所述从临近用户处获取的平均文件块个数和所述从基站处获取的平均文件块个数，得到网络平均消耗成本和文件平均传输时延；根据所述网络平均消耗成本和所述文件平均传输时延，进行资源分配，得到缓存放置集合。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书定义的范围。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种D2D网络中缓存放置方法，其特征在于，包括：

获取用户的接触时长和间隔接触时长，所述接触时长为两个用户运动到D2D通信范围内的时长，所述间隔接触时长为相邻两次接触时长的间隔时长；

将文件平分为多个文件块，根据预设规则进行文件块传输，得到从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数；

获取传输成本，根据所述传输成本、所述接触时长、所述间隔接触时长、所述从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数，得到网络平均消耗成本和文件平均传输时延；

根据所述网络平均消耗成本和所述文件平均传输时延，进行资源分配，得到缓存放置集合；

其中，所述根据预设规则进行文件块传输，具体包括：

若所述用户请求所述文件，搜索所述用户的缓存空间；

若所述用户的缓存空间没有所述文件，通过D2D方式从所述用户的临近用户处获取所述文件的文件块；

若所述文件的文件块未获取完毕，在预设时间段后，从基站处获取剩余的文件块；

根据所述网络平均消耗成本和所述文件平均传输时延，进行资源分配，具体包括：

根据所述文件平均传输时延和用户存储空间约束下最小化网络平均消耗成本，形成第一优化问题

其中

表示用户i归一化的可用存储空间，约束条件C1表示文件平均传输时延约束，C2表示用户的存储空间约束，C3表示缓存指示因子约束；

以约束条件C1作为惩罚，通过迭代求解第二优化问题

来优化所述第一优化问题，其中，σ⁽ⁿ⁾表示第n次迭代的惩罚因子；

获取所述第二优化问题的目标函数，根据所述目标函数进行资源分配，其中所述目标函数为U(X)＝Ψ(X)+σ⁽ⁿ⁾(E(T(X))-T_max)，x_if∈X表示用户i缓存了文件f。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络平均消耗成本具体为：

其中，Ψ为所述网络平均消耗成本，U为D2D网络架构中用户的个数，q_i为用户i单位存储空间的价格，F为文件库的文件个数，每个文件f的大小为S，x_if∈{0,1}为文件缓存指示因子，p_if表示用户i请求文件f的概率，

为用户i获得请求文件f的传输成本。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述文件平均传输时延具体为：

其中，E(T)为所述文件平均传输时延，U为D2D网络架构中用户的个数，F为文件库的文件个数，p_if表示用户i请求文件f的概率，E(T_if)为用户i请求文件f的平均传输时延。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述用户i请求文件f的平均传输时延，具体为：

其中，E(T_if)为用户i请求文件f的平均传输时延，N为文件f的文件块个数，P(K_if＝k)表示用户i以D2D方式获取文件f的平均块数，T_D为所述预设时间段，表示下界不完全伽马函数，λ_if表示用户i与所有缓存了文件f的用户的接触强度，l_N表示用户i以D2D方式获取整个文件f所需的最小接触次数，Γ(l_N)＝(l_N-1)！表示伽马函数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惩罚因子的更新准则具体为：

σ⁽ⁿ⁺¹⁾＝max{0,σ⁽ⁿ⁾+ξ(E(T)⁽ⁿ⁾-T_max)}，

其中，ξ＞0表示更新步长，E(T)⁽ⁿ⁾表示第n次迭代时得出的文件平均传输时延。

6.一种D2D网络中缓存放置装置，其特征在于，包括：

用户移动性建模模块，用于获取用户的接触时长和间隔接触时长，所述接触时长为两个用户运动到D2D通信范围内的时长，所述间隔接触时长为相邻两次接触时长的间隔时长；

文件存储和传输方式模块，用于将文件平分为多个文件块，根据预设规则进行文件块传输，得到从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数；

网络性能分析模块，用于获取传输成本，根据所述传输成本、所述接触时长、所述间隔接触时长、所述从临近用户处获取的平均文件块个数和从基站处获取的平均文件块个数，得到网络平均消耗成本和文件平均传输时延；

存储资源分配模块，用于根据所述网络平均消耗成本和所述文件平均传输时延，进行资源分配，得到缓存放置集合；

其中，所述根据预设规则进行文件块传输，具体包括：

若所述用户请求所述文件，搜索所述用户的缓存空间；

若所述用户的缓存空间没有所述文件，通过D2D方式从所述用户的临近用户处获取所述文件的文件块；

若所述文件的文件块未获取完毕，在预设时间段后，从基站处获取剩余的文件块；

根据所述网络平均消耗成本和所述文件平均传输时延，进行资源分配，具体包括：

根据所述文件平均传输时延和用户存储空间约束下最小化网络平均消耗成本，形成第一优化问题

其中

表示用户i归一化的可用存储空间，约束条件C1表示文件平均传输时延约束，C2表示用户的存储空间约束，C3表示缓存指示因子约束；

以约束条件C1作为惩罚，通过迭代求解第二优化问题

来优化所述第一优化问题，其中，σ⁽ⁿ⁾表示第n次迭代的惩罚因子；

获取所述第二优化问题的目标函数，根据所述目标函数进行资源分配，其中所述目标函数为U(X)＝Ψ(X)+σ⁽ⁿ⁾(E(T(X))-T_max)，x_if∈X表示用户i缓存了文件f。

7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至5任一所述的一种D2D网络中缓存放置方法。

8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述一种D2D网络中缓存放置方法。

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