社交特征感知的D2D协作传输机制研究

来源 :重庆邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:longzhi2009
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随着移动用户数量和无线数据业务的急剧增长,有限的频谱资源和人们日益增长的数据业务需求的矛盾已经成为移动通信中的主要矛盾。为了满足未来用户、业务、网络的新需求,诸多关键技术在5G中被提出以提高系统频谱效率,增加链路传输带宽,增强基站的覆盖范围和提升用户的业务体验。作为5G关键技术之一的D2D通信技术,是一种允许用户终端间直接通信的新型通信技术。该技术在一定程度上缓解了蜂窝网络接入和传输的压力,并且能够有效地提高频谱利用率、增加网络吞吐量、降低终端能耗和传输时延,已成为业内关注的焦点。此外,受移动社交网络的影响,移动用户携带的终端设备被间接地赋予了社交属性,呈现出一定的社交特征,例如社交关系、社区、信任和自私行为等。移动用户之间的社交特征是驱动用户之间内容共享和协作的重要因素之一,也是保障D2D用户之间高效、可靠传输的一个关键因素。因此,挖掘并利用社交网络中的社交特征来辅助解决D2D协作传输中的问题引起研究人员的广泛关注和研究。对此,本文考虑了社区结构、社交信任和自私行为等社交特征,对D2D协作传输机制展开研究,具体内容主要包括:(1)针对用户内容缓存以及用户差异化服务需求问题,研究了社区结构感知的D2D协作缓存策略和多对D2D多点协作传输机制。D2D用户可以作为移动的服务提供者,通过D2D协作传输帮助基站减轻负载,增强网络性能。然而,当用户间D2D链路质量较低时,使得目前一对一或一对多的D2D单播或多播传输机制并不是总能满足D2D需求用户的服务质量。对此,提出一种多对一的D2D多点协作传输机制。首先,基于社区结构感知的D2D协作缓存策略被提出以提高D2D协作缓存的效率。此外,为满足不同D2D需求用户的服务质量,设计了以需求用户为中心多D2D多点协作传输机制,并通过需求用户之间的非合作博弈,在保证需求用户服务质量的同时,使得需求用户的效益函数最大化。仿真结果表明,相较于对比的基于位置缓存的D2D传输机制,本文提出的多D2D多点协作传输机制的内容点击率和卸载率分别提高了37.5%和28.5%。因此,所提的机制不仅可以提高D2D用户协作缓存的效率,还提高了D2D协作传输的效率。(2)针对用户由于主观因素而导致的非协作传输问题,研究了面向信任的D2D协作传输机制。为了提高D2D协作传输的可靠性,本文从协作用户的主观原因出发,提出了一种面向信任的协作传输机制。其中,在信任计算部分,从多个角度出发,通过评估D2D用户之间在交互过程中的认知、情感以及行为,构建出两者之间的多维信任关系。此外,针对D2D发送用户与协作用户之间的多维信任关系,结合基于朴素贝叶斯公式的决策粗糙集理论,将D2D协作用户分成三类,即可信用户、待观察用户、不可信用户。最后,综合考虑用户之间的信任关系和传输速率,选择出最优的协作用户。实测社交网络统计数据的仿真表明,相较于本文所对比的基于社会关系强度的协作传输机制,本文提出的协作传输机制的协作成功率提高了36.4%。由此可见,所提机制不仅可以提高D2D用户协作传输的效率,还提高了D2D协作传输的可靠性。(3)针对用户由于客观因素而导致的非协作传输问题,研究了竞争关系感知的D2D协作传输机制。为激励D2D用户协作的积极性,本文从协作用户的客观原因出发,提出竞争关系感知的D2D激励协作传输机制。特别地,根据服务提供方式的不同,服务提供者间会呈现出多种竞争关系,即基站与D2D协作用户之间的不对等竞争关系,以及多D2D协作用户之间的对等竞争关系。为了最大化不同竞争关系下服务提供者的效用函数,提出基于Stackelberg和Nash博弈的D2D激励定价机制,并利用逆推归纳法和分步循环迭代算法对其进行优化求解。仿真表明,相较于本文所对比的单考虑用户利益的激励协作机制,本文提出的基于Nash和Stackelberg博弈的D2D激励协作机制协作用户和基站的效益分别提高了12.4%和32.8%。因此,所提机制可以有效地激励D2D协作用户的积极性,进而提高D2D协作传输的可靠性。
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