移动社交网络中基于用户属性的D2D视频分发研究

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随着无线通信技术的迅速发展以及移动设备例如手机、平板等在全球范围内广受欢迎。移动设备产生的指数增长的视频流量使得稀缺的频谱资源负载巨大,其中大量用户要求类似或同一视频将导致本地视频冗余传输。重复多媒体视频传输不仅消耗大量网络资源影响延迟性能和传输效率而且视频的冗余传输给基站带来了巨大的负载和能量损耗。为了解决这一问题,设备与设备间直接通信技术(Device-to-Device,D2D)被第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partner Project,3GPP)提出。D2D技术区别于传统蜂窝通信技术不再经过基站中转而是在一定范围内相邻的设备间直接进行视频分发,该技术有效地降低基站重复视频的传输并且能够尽可能地降低基站能耗、提高网络资源利用率。但是用户参与视频分发会造成自身能源消耗,很多研究理想地设定用户愿意无条件参与视频的分发,然而这并不符合实际。相关研究忽略了用户属性会影响视频分发的效率,这将无法实际降低基站重复视频的传输。因此,本文重点考虑了用户属性并提出了一种D2D视频分发机制,有效降低了基站冗余视频的传输。之后,本文提出了在D2D视频分发过程中带有用户属性的组播激励机制,鼓励用户参与视频分发,提升用户视频分发意愿。本文的主要研究内容分为以下两方面:(1)本文提出了移动社交网络中基于用户属性的D2D视频分发机制。为了避免组播需求用户接收到重复视频,基站根据用户位置采用了基于网格的分簇方法,利用用户间构建的临时通信链路进行视频分发。同时本文根据用户属性选出合适的簇头用户,从而有效平衡自身能源消耗与分发意愿。此外,本文将用户属性和视频码流特性相匹配,通过结合可伸缩视频编码技术和齐普夫分布,使视频分发相对可靠与灵活。由于移动社交网络中用户具有移动性的特征,从而实现边缘用户之间视频共享。仿真结果表明,本文提出的D2D视频分发机制可以减少冗余传输并有效降低基站能耗。(2)本文考虑用户具有自私行为不愿消耗自身能源来组播视频,即使考虑了社会属性仍然不能构建稳定的分发意愿,因此本文提出了移动社交网络中基于组播激励机制的D2D视频分发机制。合作用户帮助基站组播视频给需求用户。基于PageRank的算法本文推导出用户之间的社会关系并把需求用户的社会关系纳入激励机制设计中,以实现更高的系统社会福利。通过获胜者选择规则和移动网络运营商(Mobile Network Operator,MNO)付款规则,本文有效地激励了用户进行视频分发并提高了合作用户视频分发意愿。仿真结果表明,本文提出的激励机制提高了系统社会福利。
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