一种基于电量感知的边缘缓存网络用户间内容分享激励方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电量感知的边缘缓存网络用户间内容分享激励方法，包括以下步骤：建立边缘缓存网络场景；在边缘缓存网络中建立内容分享管理系统；基于电量感知来实现用户间内容分享的激励，包括：计算B型用户对内容的估值和S型用户传输内容的能耗成本；B型用户向小基站提交其请求信息，S型用户向小基站提交其状态信息；通过用户匹配算法求出匹配成功集合；使用定价方案确定B型用户的最终积分扣除量、S型用户的最终积分奖励量；匹配成功的用户根据小基站公布的信息进行内容分享。与现有技术相比，本发明专利技术能够有效地激励用户间内容的分享，兼顾买卖双方的利益，并且尽可能实现社会福利最大化。会福利最大化。会福利最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电量感知的边缘缓存网络用户间内容分享激励方法


[0001]本专利技术属于边缘缓存
，主要涉及一种基于电量感知的边缘缓存网络用户间内容分享激励方法。

技术介绍

[0002]随着近年来智能手机、平板电脑等移动智能设备的持续普及，它们的存储、计算和通信能力都有了长足的进步。同时由于娱乐、社交、工作等多媒体应用的不断涌现，以视频为代表的内容分发业务已占到这些用户设备(User Devices,UDs)所有数据流量的69％，而且这种主导趋势预计到明年会增加到79％。在传统移动蜂窝网络架构下，这些内容的分发业务都采用以基础设施为中心的方式，即每个UD从附近的小基站下载他们感兴趣的源内容。然而，这种集中式的架构在当前移动业务持续增长的态势下面临着两个巨大的挑战：回程链路愈加拥堵和昂贵的流量成本。
[0003]为了弥补传统架构的难题，移动边缘缓存(Mobile Edge Caching,MEC)网络被视为一种有前途的解决方案，它通过移动边缘节点(如UDs和小基站)对流行的视频文件等内容进行缓存，并允许邻近的UDs之间通过设备间的直连(Device to Device,D2D)通信进行分享，如图1所示的校园应用典型场景。MEC网络的优势一方面是通过UDs的缓存能力来取代回程链路实现，另一方面MEC系统的性能仍然依赖于参与者的合作水平。不幸的是，由于担忧内容共享操作造成的资源消耗(如UDs的电量消耗)，用户倾向于从邻居那里下载内容，同时试图避免与邻居共享。显然，如果不加以干预，这种用户的贪婪而又理性的行为将严重削弱MEC网络的整体性能。
[0004]因此，设计一种激励方法，鼓励用户间内容分享，是一项具有重要意义和广泛适用性的工作。在本专利技术中，通过对积分的扣除与奖励，来激励用户间分享行为。内容请求用户需要向内容提供用户支付一定数量的积分，作为对其分享行为的奖励。当内容请求用户接收到内容后，将按照确定好的积分数量向内容提供者提供积分，从而完成一次内容分享。用户通过参与内容分享获取积分，利用自身获得的积分从别的用户处获取到所需要的内容。如果一个自私的用户，很长一段时间没有参与到用户间内容分享，就无法获取到更多的积分，当该用户积分耗尽，将不能继续从网络中获取到内容，只能选择进行内容分享来获取积分。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种基于电量感知的边缘缓存网络用户间内容分享激励方法，建立一个内容分享管理系统进行MEC网络中用户间内容分享，实现用户的内容共享机制和MEC网络的激励策略，并实现社会福利最大化的目标。
[0006]技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于电量感知的边缘缓存网络用户间内容分享激励方法，包括以下步骤：
[0007]建立边缘缓存网络场景；所述边缘缓存网络由一个配备了边缘服务器的小基站和
随机分布在小基站周围的N个移动用户设备组成；
[0008]在边缘缓存网络中建立内容分享管理系统；小基站作为系统管理者，根据用户的请求将用户分为B型和S型，B型用户是发起内容缓存请求的用户，S型用户是接受内容缓存请求并提供内容数据块的用户；
[0009]基于电量感知即考虑S型用户传输数据的能量消耗，边缘缓存网络内用户进行内容分享，B型用户获取到S型用户分享的内容后，小基站扣除B型用户一定数量的积分，并将这些积分发放给S型用户，作为对S型用户分享行为的奖励；
[0010]积分数量基于B型用户估值和S型用户的能耗成本，并通过用户匹配算法和定价方案确定；小基站以实现社会福利最大化为目标，所述的社会福利是指B型用户与S型用户的效用之和。
[0011]进一步的，建立一个允许D2D通信的边缘缓存网络，包括以下内容：
[0012](1.1)每个用户设备具有有限的设备电量Q和缓存容量D，并具备两种通信接口，即直接进行D2D通信的Wi
‑
Fi或蓝牙接口，以及直接与小基站连接的蜂窝通信接口；
[0013](1.2)用户请求内容受到内容流行度的影响，其分布满足Zipf分布；在内容库M
lib
的第h个位置的内容被请求的概率为
[0014][0015]其中，ε为Zipf分布的指数常数，h
‑
ε
表示第h个位置的内容被请求次数，M表示内容库M
lib
存储的内容总数，表示所有内容被请求次数的总和；
[0016](1.3)在用户周围d距离内存在l个邻居用户的概率为
[0017][0018]其中，λ表示用户周围的邻居用户服从密度为λ的泊松分布。
[0019]进一步的，h型内容对应于内容库M
lib
中第h个位置的内容数据块；内容分享管理系统使用了一种由小基站发放给用户的积分，用户通过在系统中完成内容分享可以获得积分奖励，从其他用户处获取内容需要扣除部分积分，该积分存在使用有效期，过期后被系统回收。
[0020]进一步的，每一轮内容分享的具体步骤如下：
[0021](2.1)计算B型用户对内容的估值和S型用户传输内容的能耗成本；
[0022](2.2)B型用户向小基站提交其请求信息，S型用户向小基站提交其状态信息；
[0023](2.3)小基站收集各个用户的信息，通过用户匹配算法求出匹配成功集合；
[0024](2.4)基于步骤(2.3)得到的匹配成功集合，使用定价方案确定B型用户的最终积分扣除量、S型用户的最终积分奖励量；
[0025](2.5)B型用户和S型用户根据小基站公布的信息进行内容分享。
[0026]进一步的，步骤(2.1)中计算B型用户对内容的估值和S型用户传输内容的能耗成本，具体包括：
[0027]记一场内容分享中，存在m个B型用户和n个S型用户，m+n≤N，以及一个由小基站担当的系统管理者；
[0028]B型用户集合定义为B＝{B1,B2,
…
B
m
}，S型用户集合定义为S＝{S1,S2,
…
S
n
}；任意用户的设备当前电量和空余缓存容量分别记作Q和D；
[0029]对于根据内容被请求的概率、用户对内容的需求度以及内容获取难易程度来计算B
i
对h型内容的估值V
i
，表示为
[0030]V
i
＝f
h
·
(α
·
u
h
+(1
‑
β)
·
F
M
·
Z)
·
100，且0<V
i
<100；
[0031]其中，f
h
为内容库的第h个位置的内容被请求的概率；Z表示网络内用户平均缓存数据块数量，其计算方式为Z＝M/N，M是内容库存储的内容数量，N是移动用户设备数量；u
h
代表B...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电量感知的边缘缓存网络用户间内容分享激励方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：建立边缘缓存网络场景；所述边缘缓存网络由一个配备了边缘服务器的小基站和随机分布在小基站周围的N个移动用户设备组成；在边缘缓存网络中建立内容分享管理系统；小基站作为系统管理者，根据用户的请求将用户分为B型和S型，B型用户是发起内容缓存请求的用户，S型用户是接受内容缓存请求并提供内容数据块的用户；基于电量感知即考虑S型用户传输数据的能量消耗，边缘缓存网络内用户进行内容分享时，B型用户获取到S型用户分享的内容后，小基站扣除B型用户一定数量的积分，并将这些积分发放给S型用户，作为对S型用户分享行为的奖励；积分数量基于B型用户估值和S型用户的能耗成本，并通过用户匹配算法和定价方案确定；小基站以实现社会福利最大化为目标，所述的社会福利是指B型用户与S型用户的效用之和。2.如权利要求1所述的一种基于电量感知的边缘缓存网络用户间内容分享激励方法，其特征在于：建立一个允许D2D通信的边缘缓存网络，包括以下内容：(1.1)每个用户设备具有有限的设备电量Q和缓存容量D，并具备两种通信接口，即直接进行D2D通信的Wi
‑
Fi或蓝牙接口，以及直接与小基站连接的蜂窝通信接口；(1.2)用户请求内容受到内容流行度的影响，其分布满足Zipf分布；在内容库M
lib
的第h个位置的内容被请求的概率为其中，ε为Zipf分布的指数常数，h
‑
ε
表示第h个位置的内容被请求次数，M表示内容库M
lib
存储的内容总数，表示所有内容被请求次数的总和；(1.3)在用户周围d距离内存在l个邻居用户的概率为其中，λ表示用户周围的邻居用户服从密度为λ的泊松分布。3.如权利要求2所述的一种基于电量感知的边缘缓存网络用户间内容分享激励方法，其特征在于：h型内容对应于内容库M
lib
中第h个位置的内容数据块；内容分享管理系统使用了一种由小基站发放给用户的积分，用户通过在系统中完成内容分享获得积分奖励，从其他用户处获取内容需要扣除一定积分，该积分存在使用有效期，过期后被系统回收。4.如权利要求1
‑
3任一所述的一种基于电量感知的边缘缓存网络用户间内容分享激励方法，其特征在于：每一轮内容分享的具体步骤如下：(2.1)计算B型用户对内容的估值和S型用户传输内容的能耗成本；(2.2)B型用户向小基站提交其请求信息，S型用户向小基站提交其状态信息；(2.3)小基站收集各个用户的信息，通过用户匹配算法求出匹配成功集合；(2.4)基于步骤(2.3)得到的匹配成功集合，使用定价方案确定B型用户的最终积分扣除量、S型用户的最终积分奖励量；
(2.5)B型用户和S型用户根据小基站公布的信息进行内容分享。5.如权利要求4所述的一种基于电量感知的边缘缓存网络用户间内容分享激励方法，其特征在于：步骤(2.1)中计算B型用户对内容的估值和S型用户传输内容的能耗成本，具体包括：记一场内容分享中，存在m个B型用户和n个S型用户，m+n≤N，以及一个由小基站担当的系统管理者；B型用户集合定义为B＝{B1,B2,
…
B
m
}，S型用户集合定义为S＝{S1,S2,
…
S
n
}；任意用户的设备当前电量和空余缓存容量分别记作Q和D；对于根据内容被请求的概率、用户对内容的需求度以及内容获取难易程度来计算B
i
对h型内容的估值V
i
，表示为V
i
＝f
h
·
(α
·
u
h
+(1
‑
β)
·
F
M
·
Z)
·
100，且0<V
i
<100；其中，f
h
为内容库的第h个位置的内容被请求的概率；Z表示网络内用户平均缓存数据块数量，其计算方式为Z＝M/N，M是内容库存储的内容数量，N是移动用户设备数量；u
h
代表B
i
对于h型内容的需求度；F
M
是B
i
的d距离内存在l个邻居用户的概率；F
M
·
Z表示B
i
周围邻居可提供内容的数据块数量；α和β分别表示用户对内容需求紧急度偏好和内容获取难易度偏好，其值由系统设定；对于根据传输大小为p的内容数据块所消耗的电量来计算S
j
的能耗成本C
j
，表示为C
j
＝(η
·
q
j
·
p)/Q
j
，且0<C
j
<100；其中，q
j
表示S
j
传输单位大小的内容数据块的电量消耗，Q
j
表示S
j
的设备当前电量，且需要满足条件q
j
·
p≤Q
j
，即传输所需的电量消耗要小于S
j
的设备当前电量；η表示系统设定的参数系数。6.如权利要求5所述的一种基于电量感知的边缘缓存网络用户间内容分享激励方法，其特征在于：步骤(2.2)中B型用户向小基站提交其请求信息，S型用户向小基站提交其状态信息，各个用户在一个离散有限时间{0,1，
…
,T}上采用密封形式进行提交各自的信息，具体包括：在开始时刻，B型用户和S型用户在规定时间内向小基站提交各自的信息，该信息只有小基站能够查看；B
i
的请求信息表示为b
i
＝{w
i
,γ
i
,P
ib
}，其中，w
i
为B
i
需求的内容类型，γ
i
为B
i
对于w
i
型内容数据块的需求量；γ
i
的计算方式为内容数据块的大小除以单位大小p，数据块大小为W的w
i
型内容，B
i
对它的需求量γ
i
＝W/p；P
ib
为单位数量的内容数据块的积分扣除量，即B
i
获得内容时扣取的积分；P
ib
与估值V
i
相关联，表示为P
ib
＝V
i
·
x，V
i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷俊，钱心志，凌仙，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：