一種內容拓撲構建方法技術

本發明專利技術屬于無線通信技術領域，公開了一種內容拓撲構建方法，包括：基站統計每個移動節點的內容存儲情況，并建立內容存儲表；基站定位每個節點的位置并計算所有節點之間的距離，根據距離及路徑損耗模型計算節點之間能否建立通信鏈路；基站根據內容流行分布及節點內容存儲情況計算和移動節點相關的節點權重；定義節點之間的內容勢，根據內容勢計算節點之間的鏈路的權重；根據基站覆蓋下的所有節點，節點中存儲的內容，以及節點之間的鏈路構成內容拓撲。本發明專利技術能夠很清晰地展現移動節點、內容和存儲內容的節點三者之間的拓撲關系，并且能夠明確揭示內容存儲與內容傳輸之間的耦合關系，利于通過對內容拓撲的控制來保證內容傳輸成功率，提高存儲效率。

Method for constructing content topology

The invention belongs to the technical field of wireless communication and discloses a method, the content of topology construction includes: a content storage base station statistics of each mobile node, and a content storage table; the base station positioning the position of each node and calculate all the distances between nodes according to the distance between the node and path loss model can establish a communication link; the base station node and mobile node weight related according to the epidemic distribution and node content storage; the content of potential between nodes is defined according to the weight, content of potential calculation of links between nodes; according to all node base station coverage, the content stored in the node, link and node between the contents of topology. The invention can topological relationship between nodes clearly show the mobile node, content and store the contents of the three, and can clearly reveal the coupling relationship between content storage and transmission of content, to the content by controlling the topology to ensure the content transmission success rate, improve storage efficiency.

【技術實現步驟摘要】
一種內容拓撲構建方法
本專利技術屬于無線通信
，尤其涉及一種內容拓撲構建方法。
技術介紹
在移動網絡邊緣處緩存內容是一個充滿發展潛力的無線通信技術，在網絡邊緣處緩存內容可以拉近內容與用戶的距離，從而減少網絡中的負載，緩解服務器的瓶頸效應。設備到設備(D2D)的通信技術近年來已經收到很大關注，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。在設備節點中緩存用戶需要的內容并且通過D2D技術來共享彼此存儲的內容，可以在緩解網絡負載的同時提高無線資源的利用率。在設備中存儲內容時，本專利技術希望在不同的設備中存儲不同的內容來提高內容在設備中的多樣性，從而提高設備在本地獲取內容的概率，減少流向網絡的負載。但是內容的多樣性必然導致用戶之間更多的通信，所以需要激活更多的鏈路來支撐內容的共享帶來的通信開銷。這就可能導致同時激活多個通信鏈路，從而加重設備之間通信的干擾情況。為了應對這種情況，需要同時控制內容在設備中存儲分布以及設備之間的激活鏈路，進而充分利用存儲資源和鏈路資源。為了控制內容在設備中的存儲與共享，研究者已經提出了一些方法，如LinZhang等作者在IEEETCOMM2016上發表的文章“EfficientSchedulingandPowerAllocationforD2D-assistedWirelessCachingNetworks”，以及JingjieJiang等作者在IEEEJSAC2016上發表的文章“MaximizedCellularTrafficOffloadingviaDevice-to-DeviceContentSharing”。LinZhang等的算法保證內容共享的高效性，但是沒有考慮移動設備節點存儲容量的差異性以及節點對內容需求的差異性，因此無法應用到實際的無線網絡節點中去，因為實際節點的存儲容量和對內容的需求都是不同的。JingjieJiang等的算法首先根據流行度進行內容存儲，然后為節點匹配傳輸速率最大的節點進行內容傳輸，但是沒有考慮內容存儲與內容傳輸相互影響相互耦合的特點，也沒有考慮同時激活傳輸鏈路時可能帶來的干擾問題，這就會導致存儲的內容沒有合適的鏈路來傳輸，能夠激活的鏈路因為兩端節點沒有內容的差異性而進行無效傳輸，從而影響內容共享的成功率。綜上所述，現有技術存在的問題是：節點間內容共享的概率較低，網絡中業務負載較大。主要原因是在進行內容存儲的時候，沒有考慮存儲對無線鏈路的影響，沒有有效解決內容存儲與內容傳輸相互耦合的問題。
技術實現思路
針對現有技術存在的問題，本專利技術提供了一種內容拓撲構建方法。本專利技術是這樣實現的，一種內容拓撲構建方法，所述內容拓撲構建方法包括以下步驟：步驟一，基站統計每個移動節點的內容存儲情況，并建立內容存儲表；步驟二，基站定位每個節點的位置并計算所有節點之間的距離，根據距離及路徑損耗模型計算節點之間能否建立通信鏈路；步驟三，基站根據內容流行分布及節點內容存儲情況計算和移動節點相關的節點權重；定義節點之間的內容勢，根據內容勢計算節點之間的鏈路的權重；步驟四，根據基站覆蓋下的所有節點，節點中存儲的內容，以及節點之間的鏈路構成內容拓撲。進一步，所述內容拓撲構建方法具體包括以下步驟：第一步，移動節點獲取內容并存儲后向基站發送存儲內容的信息，基站根據收到的信息統計每個移動節點的內容存儲情況，并為每一個節點建立內容存儲表，該表中包含設備的ID序列號和每個節點存儲內容的名稱；第二步，基站收集每個節點的位置并計算任意兩個節點u和i之間的歐式距離du,i，根據距離及路徑損耗模型計算節點之間能否建立鏈路，能夠建立鏈路的條件是其中，Pmax表示節點的最大發射功率，表示信道增益，α為路徑損耗因子，N表示節點i處的噪聲功率，Γ為接受信噪比門限值，根據接收機的靈敏度和誤碼率要求確定；第三步，基站根據內容流行分布及設備存儲的內容計算和移動設備相關的節點權重；第四步，定義節點之間的內容勢，根據內容勢計算節點之間的鏈路的權重；第五步，根據基站覆蓋下的所有節點，節點中存儲的內容，以及節點之間的鏈路構成內容拓撲G＝(U,E,WU,WE).其中，U表示節點的集合，E表示鏈路的集合，WU表示節點權重的集合，WE表示鏈路權重的集合。進一步，所述第三步具體包括：(1)基站通過內容服務商獲取內容流行分布,流行分布表示節點對內容的喜好程度，代表節點請求內容的概率分布；節點u請求內容c的概率表示為Du,c，并可以用Zipf分布來刻畫：其中Δu表示不同的用戶對內容喜好的偏移度，根據不同用戶喜歡的具體內容確定；σu表示用戶對內容的喜好是集中還是分散，σu值較大表示用戶請求集中在比較流行的少數內容上，反之請求比較分散；C表示用戶集合。(2)節點的權重可以表示為wu＝∑c∈Cxu,cDu,cSc；其中，xu,c表示節點u是否存儲內容c，如果存儲，則xu,c＝1，否則xu,c＝0；Sc表示內容的大小；節點的權重表示當節點有內容需求時從自己的存儲中獲取內容，從而節省流向基站的負載流量，這些節省的負載流量即為節點權重。進一步，所述第四步具體包括：(1)內容勢：關于內容c從節點u到節點i的內容勢可以表示為xu,c-xi,c；表示兩個節點之間因為存儲內容差異而產生的彼此分享內容的傾向，節點u到節點i的勢大表示節點u有更強的能力為節點i分享內容，反之亦然；(2)根據內容勢可以得到兩個節點u和i之間鏈路的權重為：表示節點u到節點i分享內容傾向能夠帶來的流量節省，是對兩個節點之間鏈路價值的評估。本專利技術的另一目的在于提供一種應用所述內容拓撲構建方法的設備到設備通信系統。本專利技術的優點及積極效果為：通過定義節點間存儲內容的勢，節點權重和鏈路權重來構建內容拓撲，清晰地表達內容存儲，節點位置，以及節點間鏈路的分布三者之間的拓撲關系。構建的內容拓撲能夠明確揭示內容存儲與內容傳輸之間的耦合關系，即節點存儲內容決定節點間鏈路傳輸內容的有效性，鏈路激活狀態決定內容在節點上的存儲分布。本專利技術中內容拓撲的構建能為聯合內容存儲與內容共享傳輸提供一種明確的優化建模方案，從而可以通過控制內容拓撲來解決內容存儲與內容傳輸之間的耦合問題，達到充分利用存儲資源和無線資源的目的。附圖說明圖1是本專利技術實施例提供的內容拓撲構建方法流程圖。圖2是本專利技術實施例提供的適用的網絡場景示意圖。圖3是本專利技術實施例提供的實施例的流程圖。圖4是本專利技術實施例提供的拓撲構建示例圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。下面結合附圖對本專利技術的應用原理作詳細的描述。如圖1所示，本專利技術實施例提供的內容拓撲構建方法包括以下步驟：S101：基站統計每個移動節點的內容存儲情況，并建立內容存儲表；S102：基站定位每個節點的位置并計算所有節點之間的距離，根據距離及路徑損耗模型計算節點之間能否建立通信鏈路；S103：基站根據內容流行分布及節點內容存儲情況計算和移動節點相關的節點權重；定義節點之間的內容勢，根據內容勢計算節點之間的鏈路的權重；S104：根據基站覆蓋下的所有節點，節點中存儲的內容，以及節點之間的鏈路構成內容拓撲。下面結合附圖對本發本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種內容拓撲構建方法，其特征在于，所述內容拓撲構建方法包括以下步驟：步驟一，基站統計每個移動節點的內容存儲情況，并建立內容存儲表；步驟二，基站定位每個節點的位置并計算所有節點之間的距離，根據距離及路徑損耗模型計算節點之間能否建立通信鏈路；步驟三，基站根據內容流行分布及節點內容存儲情況計算和移動節點相關的節點權重；定義節點之間的內容勢，根據內容勢計算節點之間的鏈路的權重；步驟四，根據基站覆蓋下的所有節點，節點中存儲的內容，以及節點之間的鏈路構成內容拓撲。

【技術特征摘要】
1.一種內容拓撲構建方法，其特征在于，所述內容拓撲構建方法包括以下步驟：步驟一，基站統計每個移動節點的內容存儲情況，并建立內容存儲表；步驟二，基站定位每個節點的位置并計算所有節點之間的距離，根據距離及路徑損耗模型計算節點之間能否建立通信鏈路；步驟三，基站根據內容流行分布及節點內容存儲情況計算和移動節點相關的節點權重；定義節點之間的內容勢，根據內容勢計算節點之間的鏈路的權重；步驟四，根據基站覆蓋下的所有節點，節點中存儲的內容，以及節點之間的鏈路構成內容拓撲。2.如權利要求1所述的內容拓撲構建方法，其特征在于，所述內容拓撲構建方法具體包括以下步驟：第一步，移動節點獲取內容并存儲后向基站發送存儲內容的信息，基站根據收到的信息統計每個移動節點的內容存儲情況，并為每一個節點建立內容存儲表，該表中包含設備的ID序列號和每個節點存儲內容的名稱；第二步，基站收集每個節點的位置并計算任意兩個節點u和i之間的歐式距離du,i，根據距離及路徑損耗模型計算節點之間能否建立鏈路，能夠建立鏈路的條件是：其中，Pmax表示節點的最大發射功率，表示信道增益，α為路徑損耗因子，N表示節點i處的噪聲功率，Γ為接受信噪比門限值，根據接收機的靈敏度和誤碼率要求確定；第三步，基站根據內容流行分布及設備存儲的內容計算和移動設備相關的節點權重；第四步，定義節點之間的內容勢，根據內容勢計算節點之間的鏈路的權重；第五步，根據基站覆蓋下的所有節點，節點中存儲的內容，以及節點之間的鏈路構成內容拓撲G＝(U,E,WU,WE).其中，U表示節點的集合，E表示...

【專利技術屬性】
技術研發人員：盛敏，宋炯炯，徐超，王璽鈞，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61