一种基于D2D的高能效内容分发方法与流程

技术特征：

1.一种基于D2D的高能效内容分发方法，其特征在于，所述方法将频谱复用问题建模为效用不可转移联盟形成博弈问题，描述如下：

设建立的博弈模型表示为(N,V,S)；

N表示全体博弈参与者的集合，包括上行用户和提出相同请求的新增用户；

S为联盟结构，S内元素S_k表示联盟k，1≤k≤K，K为正整数；若联盟内不存在簇则是单个用户，若联盟内存在簇则包含簇内的用户以及该簇所复用频谱的蜂窝用户；S内任意两个不同联盟S_k′和S_k的交集为空，k′≠k；

V为联盟形成博弈的特征函数，用来衡量联盟的效用，V中元素v(S_k)表示联盟S_k的效用集合：Φ(S_k)是一个向量，是Φ(S_k)的向量空间，向量中的元素Φ_l(S_k)代表参与者l在联盟S_k中的效用；

具体求解所述博弈问题的步骤如下：

第一步，设定D2D传输的距离极限，按照距离极限将新增的同需求用户分簇，使每个簇内的用户最多；未包含在任一个簇内的新用户直接从基站接收数据，不参与频谱复用；

第二步，将新增同需求用户与上行用户作为联盟形成博弈的参与者；初始时，每个簇作为一个联盟，每个上行用户作为一个联盟，每个未包含在任何簇内的新用户作为一个联盟，计算各联盟内用户的效用值；

第三步，将簇联盟和上行用户联盟进行试合并，过程如下：

(3.1)将簇联盟按照簇内用户个数降序排列，将上行用户联盟随机编号确定试合并顺序；依次对每个簇联盟，按照编号与上行用户联盟进行试合并；

(3.2)一个簇联盟试合并时，计算该簇联盟与一个上行用户联盟合并后簇联盟内用户的效用值，并与合并前的效用值比较，根据帕累托偏好关系判断合并是否成功；若成功则更新簇联盟结构与用户的效用值，继续对下一个簇联盟进行试合并操作，被合并的上行用户联盟不再参与试合并；若失败继续与下一个上行用户联盟进行试合并；当簇联盟与所有上行用户联盟的试合并均失败时，继续对下一个簇联盟进行试合并操作；

(3.3)将新形成的联盟按形成时间先后排序，继续依次尝试与上行用户联盟合并，形成时间早的联盟优先尝试合并；

(3.4)循环执行(3.3)，直到没有新联盟形成或者上行用户联盟不存在时，停止合并；

第四步，如果某个簇联盟未与任何一个上行用户联盟合并，解散该簇联盟，簇内每个用户形成一个联盟，直接从基站接收数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于D2D的高能效内容分发方法，其特征在于，所述的元素Φ_l(S_k)，分如下情况计算：

(1)当联盟S_k只有一个用户组成，该用户是上行用户时，Φ_l(S_k)＝EE_l，代入下式获得：

${\mathrm{EE}}_{C_j}=\frac{R_{C_j}^{thr}}{p_{C_j}^{total}}---\left(1\right)$

其中，是上行用户C_j的速率门限，是上行用户C_j上行传输数据时链路消耗的总功率；

(2)当联盟S_k只有一个用户组成，该用户为新用户，Φ_l(S_k)＝EE_l，代入公式(1)获得；

(3)当联盟S_k内至少有两个新用户时，并且复用至少一个上行用户的频谱时，当l为簇内新用户时，Φ_l(S_k)＝EE_l，公式(2)或(3)获得：

${\mathrm{EE}}_{D_i}=\frac{R_{D_i}^{thr}}{p_{D_i}^{total}}---\left(2\right)$

${\mathrm{EE}}_{D_{i-h}}=\frac{R_{D_{i-h}}^{thr}}{p_{D_{i-h}}^{total}}---\left(3\right)$

其中，为簇i内非簇头用户的能效，为满足簇i内所有用户需求的最小速率，为簇头向接收用户传送数据时链路消耗的总功率；为簇i的簇头的能效，为簇i的簇头接收数据要达到的最小速率门限值，为基站簇头发送数据时链路消耗的总功率；

当l为上行用户时，Φ_l(S_k)＝λ_l∑_m∈D[Φ_m(S_k)-Φ_m(S_k′)]+EE_l，此处EE_l根据公式(1)计算，D表示联盟S_k内的簇，Φ_m(S_k)表示簇D内用户m的效用，Φ_m(S_k′)表示上一时刻用户m在联盟k′中的效用，常量λ_l为正数。

3.根据权利要求1一种基于D2D的高能效内容分发方法，其特征在于，所述的第三步中，根据帕累托偏好关系判断合并是否成功，判断原则如下：

设集合N有两个不同的联盟结构，分别为A＝{A₁,...,A_M}和任选一个参与者l，其在这两个结构下分别隶属于联盟A_m∈A和联盟对应的效用值分别为Φ_l(A)＝Φ_l(A_m)，在帕累托偏好条件下结构A优于当且仅当至少有一个用户l严格满足下面不等式：

设第一种联盟结构该联盟结构中只有一个联盟，由A₁,...,A_M组成；第二种联盟结构A＝{A₁,...,A_M}，其中的每一个元素都是一个联盟；如果表示第一个联盟结构中每个元素的效用值都大于等于第二个联盟结构中对应元素的效用值，说明第一种联盟结构比第二种联盟结构好，则进行合并，判断为合并成功。