一种基于社交感知的D2D通信模式选择方法与流程

本发明涉及蜂窝网络通信技术领域，具体涉及一种基于社交感知的d2d通信模式选择方法。

背景技术：

随着无线通信技术的快速发展，蜂窝系统的业务量出现了爆炸式增长，日益增长的用户需求与频谱资源稀缺之间的矛盾日趋激烈。因此，提高可用频谱资源的利用率至关重要。第三代合作伙伴计划(3gpp)提出了在高级长期演进(lte-a)系统中开发设备到设备(d2d)通信的建议。d2d通信允许两个接近的用户设备在基站的协助下执行直接数据传输。这不仅可以提高整个系统的频谱效率，还可以降低核心网数据负载，显著提高整体系统的性能和容量。

d2d通信归根到底是人类用户之间的通信行为，因此，有必要将用户的社会属性作为研究因素。但是，目前蜂窝网络中d2d通信还存在多个内容提供用户和内容需求提供用户之间的用户配对和模式选择的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能有效解决多个内容提供用户和内容需求提供用户之间的用户配对和模式选择问题的基于社交感知的d2d通信模式选择方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：所述的一种基于社交感知的d2d通信模式选择方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：先计算内容提供用户与内容需求用户之间的社交连接强度；

步骤二：再计算内容提供用户与内容需求用户之间的理论传输速率；

步骤三：根据步骤一得到的内容提供用户与内容需求用户之间的社交连接强度、以及步骤二得到的内容提供用户与内容需求用户之间的理论传输速率计算用户效用矩阵；

步骤四：根据步骤三得到的用户效用矩阵，以最大化用户总效用为目标进行用户配对，如果内容需求用户与基站配对，则该内容需求用户使用蜂窝模式从基站处获取内容；如果内容需求用户与内容提供用户配对，则该内容需求用户使用d2d模式从内容提供用户处获取内容。

进一步地，前述的一种基于社交感知的d2d通信模式选择方法，其中：在步骤一中，内容提供用户与内容需求用户之间的社交连接强度的具体计算方法，包括以下步骤：

步骤(1)：通过设计关键词标识用户偏好，得到内容提供用户的偏好向量与内容需求用户的偏好向量，通过内容提供用户的偏好向量与内容需求用户的偏好向量之间的余弦相似度得到内容提供用户与内容需求用户之间的余弦相似度；

步骤(2)：根据内容提供用户与内容需求用户各自的好友关系，通过计算内容提供用户与内容需求用户之间的共同好友占全部好友的比例得到内容提供用户与内容需求用户之间的关系紧密度；

步骤(3)：根据内容提供用户与内容需求用户之间的余弦相似度、关系紧密度和调整因子得到内容提供用户与内容需求用户之间的社交连接强度。

进一步地，前述的一种基于社交感知的d2d通信模式选择方法，其中：在步骤二中，根据小区内的信道状态信息和香农定理计算出内容提供用户与内容需求用户之间的理论传输速率。

进一步地，前述的一种基于社交感知的d2d通信模式选择方法，其中：在步骤三中，用户效用矩阵的具体计算方法，包括以下步骤：

步骤(1)：通过内容提供用户与内容需求用户之间的理论传输速率、社交连接强度和调整因子计算内容提供用户与内容需求用户之间的用户效用；

步骤(2)：通过每对内容提供用户与内容需求用户之间的用户效用计算得到用户效用矩阵。

进一步地，前述的一种基于社交感知的d2d通信模式选择方法，其中：在步骤四中，用户配对的具体方法，包括以下步骤：

步骤(1)：初始状态时所有用户默认与基站配对，并设置最大迭代次数；

步骤(2)：每次迭代时选中一个内容需求用户，并随机选择一个内容提供用户，计算内容提供用户与内容需求用户之间的用户效用；

步骤(3)：若计算得到的用户效用大于该内容需求用户的当前效用，则改变其配对方案，随后进入下一次迭代，当达到最大迭代次数时配对结束。

通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：(1)将蜂窝基站、蜂窝用户和d2d用户组成一个体系结构，小区基站根据信道状态信息和用户社交连接强度为用户选择最佳的通信模式，有效减少蜂窝小区系统的用户间干扰，提高了频谱利用率，节省载波资源提升用户数据传输速率，能有效解决多个内容提供用户和内容需求提供用户之间的用户配对和模式选择问题；(2)在蜂窝网络中引入d2d通信技术，使距离接近的用户设备可以在基站的协助下直接通信，d2d用户可以使用专用资源或者在不影响蜂窝用户的情况下复用蜂窝用户的资源进行通信，该方法能够有效提高用户效用；(3)通过引入余弦相速度引导具有相似偏好的用户之间提供数据传输，该激励方式的有效性在于为与自身具有相似偏好的用户服务更容易等到回报；(4)通过引入关系紧密度引导社交关系密切的用户之间提供数据传输，该激励方式的有效性在于用户往往愿意为与自己关系密切的用户服务。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于社交感知的d2d通信模式选择方法的流程框图。

图2是本发明中模式选择过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，所述的一种基于社交感知的d2d通信模式选择方法，包括以下步骤：

步骤一：先计算内容提供用户与内容需求用户之间的社交连接强度；

其中，内容提供用户与内容需求用户之间的社交连接强度的具体计算方法，包括以下步骤：

步骤(1)：根据关键词标记用户偏好，例如：体育、科技、娱乐等，通过设计关键词标识用户偏好，得到内容提供用户的偏好向量与内容需求用户的偏好向量，通过内容提供用户的偏好向量与内容需求用户的偏好向量之间的余弦相似度得到内容提供用户与内容需求用户之间的余弦相似度；

其中，内容提供用户与内容需求用户之间的余弦相似度可以表示为：

其中，i为内容需求用户，j为内容提供用户，pi为内容需求用户的偏好向量，pj为内容提供用户的偏好向量，simi,j为内容需求用户与内容提供用户之间的余弦相似度；

步骤(2)：根据内容提供用户与内容需求用户各自的好友关系，通过计算内容提供用户与内容需求用户之间的共同好友占全部好友的比例得到内容提供用户与内容需求用户之间的关系紧密度；

其中，内容提供用户与内容需求用户之间的关系紧密度可以表示为：

其中，i为内容需求用户，j为内容提供用户，fi为内容需求用户的好友集合，fj为内容提供用户的好友集合，fi,j为内容需求用户与内容提供用户之间的关系紧密度；

步骤(3)：根据内容提供用户与内容需求用户之间的余弦相似度、关系紧密度和调整因子得到内容提供用户与内容需求用户之间的社交连接强度；

其中，内容提供用户与内容需求用户之间的社交连接强度可以表示为：

soi，j＝β·fi，j+(1-β)·simi，j

其中，fi,j为内容需求用户与内容提供用户的关系紧密度，simi,j为内容需求用户与内容提供用户之间的余弦相似度，β为调整因子，soi,j为内容提供用户与内容需求用户之间的社交连接强度；

步骤二：根据小区内的信道状态信息和香农定理计算出内容提供用户与内容需求用户之间的理论传输速率；

其中，内容需求用户与基站之间的传输速率可以表示为：

其中，i为内容需求用户，bs为基站，w为带宽，pbs为基站发射功率，dbs为用户与基站距离，α为衰落因子，ri,bs内容需求用户与基站之间的传输速率；

其中，内容需求用户与内容提供用户之间的传输速率可以表示为：

其中，i为内容需求用户，j为内容提供用户，w为带宽，pi,j为内容需求用户对内容提供用户的发射功率，di,j为内容需求用户与内容提供用户之间的距离，ri,j为内容需求用户与内容提供用户之间的传输速率；

标准化后内容需求用户与内容提供用户之间的理论传输速率(物理连接质量)可以表示为：

其中，min{rj}表示所有内容提供用户所达到的最低速率，max{rj}则表示所有内容提供用户所达到的最高速率，为内容需求用户与内容提供用户之间的理论传输速率；

步骤三：根据步骤一得到的内容提供用户与内容需求用户之间的社交连接强度、以及步骤二得到的内容提供用户与内容需求用户之间的理论传输速率计算用户效用矩阵；

其中，用户效用矩阵的具体计算方法，包括以下步骤：

步骤(1)：通过内容提供用户与内容需求用户之间的理论传输速率、社交连接强度和调整因子计算内容提供用户与内容需求用户之间的用户效用；

其中，内容需求用户与内容提供用户之间的效用可以表示为：

其中，soi,j为内容提供用户与内容需求用户之间的社交连接强度，为内容需求用户与内容提供用户之间的理论传输速率γ为调整因子，ui,j为内容需求用户与内容提供用户之间的效用；

步骤(2)：通过每对内容提供用户与内容需求用户之间的用户效用计算得到用户效用矩阵；

步骤四：根据步骤三得到的用户效用矩阵，以最大化用户总效用为目标进行用户配对，如果内容需求用户与基站配对，则该内容需求用户使用蜂窝模式从基站处获取内容；如果内容需求用户与内容提供用户配对，则该内容需求用户使用d2d模式从内容提供用户处获取内容；

其中，用户配对的具体方法，包括以下步骤：

步骤(1)：初始状态时所有用户默认与基站配对，并设置最大迭代次数；

步骤(2)：每次迭代时选中一个内容需求用户，并随机选择一个内容提供用户，计算内容提供用户与内容需求用户之间的用户效用；

步骤(3)：若计算得到的用户效用大于该内容需求用户的当前效用，则改变其配对方案，随后进入下一次迭代，当达到最大迭代次数时配对结束。

本发明的优点是：(1)将蜂窝基站、蜂窝用户和d2d用户组成一个体系结构，小区基站根据信道状态信息和用户社交连接强度为用户选择最佳的通信模式，有效减少蜂窝小区系统的用户间干扰，提高了频谱利用率，节省载波资源提升用户数据传输速率，能有效解决多个内容提供用户和内容需求提供用户之间的用户配对和模式选择问题；(2)在蜂窝网络中引入d2d通信技术，使距离接近的用户设备可以在基站的协助下直接通信，d2d用户可以使用专用资源或者在不影响蜂窝用户的情况下复用蜂窝用户的资源进行通信，该方法能够有效提高用户效用；(3)通过引入余弦相速度引导具有相似偏好的用户之间提供数据传输，该激励方式的有效性在于为与自身具有相似偏好的用户服务更容易等到回报；(4)通过引入关系紧密度引导社交关系密切的用户之间提供数据传输，该激励方式的有效性在于用户往往愿意为与自己关系密切的用户服务。