基于能量收集的D2D缓存策略研究.pdf

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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

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