一种多中继无线网络下编码缓存与信道编码的联合优化方法   0    0

本发明涉及一种多中继无线网络编码缓存与信道编码联合优化方法，包括以下步骤：步骤一、用户缓存文件数据：采用去中心化编码缓存，用户独立随机缓存文件的一部分数据，以改进的分组缓存方法，存储在用户终端，不缓存剩余部分文件，来获得传输阶段编码多播增益；步骤二、用户向中继服务器发送请求索引数据：用户将索引数据，经编码、调制等处理后，得到发送信号，经天线发送到中继服务器；然后，同一簇中的中继服务器协同检测接收信号，经解调、译码处理后，得到用户文件请求的索引，协作传输给用户；该发明方法将编码缓存用于多中继干扰应用，提高了信道吞吐量和传输效率，减少了链路负载，保证了系统误码率，可有效提高传输有效性和可靠性。

1.一种多中继无线网络编码缓存与信道编码联合优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1.1，将文件库中所有文件作为输入参数，执行用户缓存文件数据方法，每个用户得到缓存的部分文件；
步骤1.2，用户向中继服务器发送请求文件的索引数据，即用户将该请求文件索引数据，经编码、调制处理后，经发射天线发到中继服务器；
步骤1.3，中继服务器处理步骤1.2得到数据，按以下子步骤完成：
步骤1.3.1，按中继服务器缓存的内容，将中继服务器划分为若干簇；相同簇中的中继服务器缓存相同的文件数据，同一簇中的中继服务器协同处理数据；
步骤1.3.2，同一簇中的中继服务器协同检测已编码、调制的请求文件索引数据，经译码、解调处理后，得到用户请求文件的索引数据；
步骤1.4，中继服务器或源服务器处理用户请求，按以下子步骤完成：
步骤1.4.1，将步骤1.3得到的请求文件索引数据，不同簇中的中继服务器将其按请求概率分到不同文件组中；
步骤1.4.2，在簇中任一中继服务器中检索该请求文件，若所有请求文件存在于本簇中，则同一簇中的中继服务器协作传输所有文件请求，依次对不同组中的请求文件执行去中心化编码缓存，再将其经编码、调制处理后发送给用户；否则，执行步骤1.4.3；
步骤1.4.3，若步骤1.4.2中的中继服务器没有检索到所有用户的文件请求，则在源节点中执行1.4.1和1.4.2的操作，将用户请求的文件数据，经编码、调制处理后发给用户；
步骤1.5，用户接处理步骤1.4发送的已编码、调制的文件数据，按以下子步骤完成：
步骤1.5.1：用户接收到文件数据后，经译码、解调处理得到文件数据；
步骤1.5.2：用户将该文件数据与自身缓存的子文件，经异或处理，得到请求文件的所有子文件，将其组合得到请求文件；
所述步骤1.1中，用户缓存文件数据方法，采用以下步骤完成：
步骤1.1.1，系统包括1个服务器，且与K个用户有连接关系；其中，K为自然数；另外，存在N个文件，且N为正整数；用户请求文件的索引范围为1,2,...,N，每个文件F比特，且F为整数；
每个用户有MF比特的缓存空间，其中，M为自然数，每个用户缓存M个文件；
定义：流行度指数为对所有文件分配访问指数p，且p为实数，范围为：0≤p≤1，表示为被访问的概率；
第i个文件的流行度指数为：pi，则所有文件的流行度指数{pn}n∈N，且满足关系式：p1≥p2≥...≥pN＞0；其服从Zipf分布，即有：
其中，s为Zipf分布参数，1/2≤s≤2，表示流行度指数的集中程度；
步骤1.1.2，将流行度分布不同的文件，划分为不同组；即将N个文件划分为L个组，V1,V2,...,VL，Vk表示第k组，Nl表示Vl组中的文件数量，满足：
根据步骤1.1.1得到的{pn}n∈N，组V1中的文件为{1,2,...,N1}，且其满足pN≥p1/2.5及pN+1＜p1/2.5；在同组中，文件流行度指数最高和最低相差不超过2.5倍；设n为组Vl中最小序号，则需满足：
因同组中文件的流行度相差t倍范围之内，且t为实数，取值范围为：2≤t≤3，故总组数L范围，表示为：
步骤1.1.3，为每一组Vl分配不同的缓存空间；用MlF表示分配Vl的缓存空间，能缓存Ml个文件，使其满足：
N
以积分的比值划分缓存空间，因∫1 p(i)di＝1，假设n为组Vl中最小序号，根据步骤
1.1.1中文件的流行度分布，有：
步骤1.1.4，对于组Vl，用户随机缓存每个文件的MlF/Nl个比特，逐次进行直到所有组缓存完成，每个用户缓存文件时是独立的。

2.根据权利要求1所述的一种多中继无线网络编码缓存与信道编码联合优化方法，其特征在于：所述步骤1.3.1采用以下步骤完成：
步骤1.3.1.1：设有q个中继服务器，每个中继服务器缓存空间为QF比特，每个能缓存Q个文件；其中，q、Q为自然数，分别表示中继服务器的数量和中继服务器可缓存文件的数量；
根据中继服务器缓存的文件，缓存有相同文件的中继服务器，划分到同一簇；将所有中继服务器划分为L个簇，Z1,Z2,...,ZL，Zj表示第j个簇，设Zj中有Wj个中继服务器，有：
步骤1.3.1.2：设每个用户请求一个文件，用户u访问的文件索引为du，所有用户的请求文件索引为：d＝{d1,d2,...,dK}；其中，d为长K的实向量；Zj中的中继服务器协同检测已编码、调制的请求文件索引：每个中继服务器处理相同大小的部分K/Wj，经解调、译码后得到所有用户的请求索引。

3.根据权利要求2所述的一种多中继无线网络编码缓存与信道编码联合优化方法，其特征在于：所述步骤1.4中，服务器处理用户请求方法，采用以下步骤完成：
步骤1.4.1：根据步骤1.5.1.2得到的请求文件索引d，对所有用户请求的文件d根据步骤1.1.3进行分组，Jl表示请求文件组Vl的用户集合，Kl表示组Jl中访问的文件数量，满足：
步骤1.4.2：根据步骤1.5.1.1，用户访问的文件在中继服务器中的概率为：
若d存在于中继服务器，则同一簇中的中继服务器对所有用户的请求索引协作传输，不同的中继服务器对不同组中的请求文件，依次去中心化编码缓存，然后，经编码、调制处理后得到用户请求的文件数据，发送给用户；
去中心化编码缓存，分为放置阶段和交付阶段，放置阶段在链路负载较低时进行，根据步骤1.1.3完成，每个用户对文件组Vl，随机缓存MlF比特；在交付阶段，中继服务器通过编码多播方式，一次传输多个用户请求文件的子文件；
每次为Jl组中的用户服务，服务器使用去中心化编码缓存交付L次，完成交付过程；设服务器在交付阶段满足所有用户需求总共传输RF比特，称RF为链路负载，R为链路速率；所实现的中继服务器的链路速率为
其中，
其中，r1为实数，表示去中心化编码缓存在0＜M≤N下的链路速率；
步骤1.4.3：若d不存在于中继服务器中，则源节点执行步骤1.5.13.1的操作，对d分组，对不同组中的请求文件，依次执行去中心化编码缓存方案，然后，经编码、调制处理后发送给用户；而且，所实现的源节点链路速率为
实现的最小链路速率定义为：
*
R(M,V,K,{pi})＝inf{R:{R,M}}        (14)
实现的最小存储速率为
其中，c取正整数值。