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分层异构网络中基于缓存的内容传输机制研究及仿真平台搭建

分层异构网络中基于缓存的内容传输机制研究及仿真平台搭建

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作者：齐一帆北京邮电大学

学位级别：硕士

移动无线通信技术的发展日新月异,移动用户设备爆炸性增长,数据流量的需求呈现指数型增加。传统的蜂窝网络已经不能满足高速增长的无线通信需求。通过在传统蜂窝系统中部署小小区和用户直连通信(Device to Device,D2D)设备形成分层异构... 详细信息

移动无线通信技术的发展日新月异,移动用户设备爆炸性增长,数据流量的需求呈现指数型增加。传统的蜂窝网络已经不能满足高速增长的无线通信需求。通过在传统蜂窝系统中部署小小区和用户直连通信(Device to Device,D2D)设备形成分层异构网络,可以提高系统容量、增强覆盖范围,具有广阔的研究前景,引起了人们的关注。在分层异构网络之中,引入具有缓存能力的D2D节点和小小区基站,可以通过缓存流行内容为本地用户提供服务,减少回程链路数据。与此同时会带来小小区基站的优化部署、干扰管理、用户接入选择、资源分配等一系列的问题。其中,用户如何选择合理有效的内容传输机制与资源分配策略是亟待解决的研究热点之一。此外,该场景下的仿真平台是验证相关算法性能的重要方法,还缺少现有成果,值得展开研究。针对以上问题,本文对分层异构网络中基于缓存的内容传输机制以及仿真平台搭建进行了研究。本文在分层异构网络场景下,提出了一种基于缓存的内容传输机制与频率分配算法。根据用户社交关系建立社交关系模型,主要考虑了用户的好友关系、内容请求相似度、联系频率等因素。根据社交关系模型将用户按照社交情况进行分组,并根据分组情况确定用户与基站的缓存。随后根据缓存情况在用户组内进行内容传输机制选择与频率资源分配,其中内容传输机制选择包括了 D2D通信与蜂窝通信。本文将该问题建模为一个非线性规划问题,并采用了粒子群算法对其进行求解。仿真结果证明基于缓存的内容传输机制与资源分配算法可以有效地降低用户下载时延,并且与现有算法相比可以更好地提升用户的数据速率。本文利用OMNeT++软件,搭建了基于缓存的内容传输机制仿真平台。由于OMNeT++没有现有的开源工程可以直接使用,还需要在设计研究的基础上搭建该仿真平台。本文提出了基于缓存的内容传输机制选择仿真平台的设计目标与整体架构,详细介绍了仿真平台的工作。主要实现了平台的基本节点模块和用户缓存功能,设计完成了内容传输选择机制,实现了用户D2D通信与蜂窝通信模式的切换功能。此外,实现了典型信道模型和移动模型。信道模型包括室外广场场景、商场场景和居民楼场景,移动模型适用于商场场景和室内办公室场景。利用该平台进行了仿真,并对端到端时延、吞吐量等性能参数进行了统计和分析。

关键词：分层异构网络缓存用户直连通信移动社交网络内容传输机制

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