基于能量收集的D2D缓存策略研究.pdf

摘要

摘要

随着第五代移动通信技术的发展，大量移动终端接入网络，导致对数据业务的

需求急剧增加，如何快速有效获取内容是用户非常关心问题。为了满足用户对移动

数据爆炸性的需求，同时最大程度地降低能源消耗，通信系统需要在能耗、吞吐量

和用户的延迟方面来提高网络性能，因此为了更好地利用网络资源，D2D通信和

缓存是支持无线网络上大量内容传输有前途的方法。此外电池供电的移动设备之

间频繁发送数据会很快耗尽其能量，而能量收集是为通信网络提供可持续和持久

的电力供应的一种有前途的方式。在能量收集通信系统中，节点能够从周围环境中

获取能量，能量收集减少了对电网或电池能源供应的依赖，实现5G的绿色通信。

在这样的背景下，本文基于能量收集技术的D2D缓存策略研究为课题，主要

研究内容包含以下几个部分：

本文将能量感知引入到D2D通信缓存策略当中，不仅考虑了用户节点的社会

性和物理性的一些特性，而且将能量感知考虑进去，使得自私性与用户本身能量的

储备和用户的社会性关联，进一步完善对传统用户自私性问题建模，建立3D的感

知量化自私性的权重因子。为了最小化传输时延，使用分支定界算法，去求解系统

中节点的缓存矩阵，最后和不缓存、热门+随机缓存的方案进行比较，同时也比较

了系统在不同参数下的传输时延，进一步验证系统的高效性和真实性。

D2D缓存节点可以收获可再生能源以减少其能量的消耗，在此模型当中，本

文提出将收集到的绿色能源用于文件放置阶段的模型，节点能够利用收集到的能

量从基站去下载相对应的内容放置到缓存容量中，减小D2D节点自身能量的消耗。

由于缓存容量会受到收集到的能量和物理容量的大小的限制，提出了一个最小化

内容传输阶段的能量消耗的问题，利用贪心算法来求解缓存策略，通过仿真验证了

缓存策略的有效性。

在内容分发阶段，考虑混合基站的D2D通信传输系统，配有能量获取接收功

能的D2D发射机通过接收混合基站HAP传输的能量，D2D发射机将接收到的能

量用于D2D内容的数据传输，为了最大化系统D2D的吞吐量，用户的本地缓存无

法满足其自己的请求时，用户可以考虑与邻近用户建立D2D链接以实现内容交付。

为了决定选择哪个用户来建立D2D链接，提出基于KM算法的迭代方案，以实现

内容交付问题的动态决策和优化。仿真结果显示，该算法的具有一定的优越性。

关键词：D2D通信，能量感知，缓存，能量收集技术，D2D链路匹配，时隙分配

I

ABSTRACT

ABSTRACT

Withthedevelopmentofthefifth-generationmobilecommunicationtechnology,a

largenumberofmobileterminalsareconnectedtothenetwork,leadingtoasharpincrease

inthedemandfordataservices.Howtoquicklyandeffectivelyobtaincontentisamatter

ofgreatconcerntousers.Inordertomeettheexplosiveneedsofusersformobiledata

whileminimizingenergyconsumption,communicationsystemsneedtoimprovenetwork

performanceintermsofenergyconsumption,throughput,anduserdelay.Therefore,in

ordertomakebetteruseofnetworkresources,D2DcommunicationandcachingItisa

promisingmethodtosup