【摘 要】
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无线通信网络中移动用户呈指数增长的数据流量给网络运营商有限的无线网络资源带来了极大的挑战。为了应对这一挑战,本文主要从移动用户数据卸载技术角度为网络运营商设计高效的数据卸载方案来缓解流量增长和有限资源之间的矛盾。首先,我们研究了在移动用户的终端设备上缓存流行的文件并通过用户间的设备到设备(Device-to-device,D2D)通信来减少网络回程链路负担的数据卸载方案。考虑到用户设备的能量有限性
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无线通信网络中移动用户呈指数增长的数据流量给网络运营商有限的无线网络资源带来了极大的挑战。为了应对这一挑战,本文主要从移动用户数据卸载技术角度为网络运营商设计高效的数据卸载方案来缓解流量增长和有限资源之间的矛盾。首先,我们研究了在移动用户的终端设备上缓存流行的文件并通过用户间的设备到设备(Device-to-device,D2D)通信来减少网络回程链路负担的数据卸载方案。考虑到用户设备的能量有限性,我们提出了一个基于连续时间马尔可夫链的能量消耗模型来评估用户设备的功耗。为了让用户能够自主地调节用于D2D数据卸载的能量,我们提出了一个基于门限的能量保护策略。同时,考虑到用户的自私性,我们采用了基于VCG(Vickrey-Clarke-Groves)的反向拍卖技术来补偿用户参与D2D数据卸载的开销。我们给出了最大化系统性能的用户资源购买和缓存策略联合设计模型,并提出了高效的算法来获得模型的最优解。仿真结果不仅验证了我们的方案能够应对用户的自私性,而且与其他基准方案相比,我们的方案在保护用户设备能量的同时能最大化系统性能。在第一个工作的基础上,我们进一步研究为用户添加隐私保护策略对系统性能的影响。用户对文件的偏好信息是影响缓存策略性能的关键因素。由于用户越来越重视自身的隐私保护,网络运营商难以直接获取用户对文件的偏好信息。针对用户文件偏好隐私的保护,我们给出了基于K匿名技术和局部差分隐私(Local differential privacy,LDP)技术的隐私保护方案。根据隐私保护方案的设计,网络运营商可以获取带隐私保护的用户文件偏好信息。根据统计模型,网络运营商通过收集到的用户信息来估测用户的文件请求概率分布,并根据估测得到的分布来最优化联合设计缓存策略和资源规划策略。仿真结果表明,我们提出的隐私保护方案不仅能够保护用户的隐私信息,而且能够提升网络的整体性能。最后,我们研究了网络运营商通过租赁第三方Wi-Fi接入点(Access point,AP)的资源来为用户提供服务的数据卸载方案。网络运营商通过花费一定的预算来购买不同的第三方AP的资源为自身场景中的移动用户提供服务。以往的工作都以最大化网络的效益/性能来决定网络资源的分配策略,从而忽略了用户的公平性。为了保护用户的公平性,我们采用了参与式预算(Participatorybudgeting,PB)的方法来决策网络运营商的预算分配方案。同时,基于此预算分配方案,我们设计了最大化期望数据卸载量的第三方AP资源的分配策略。仿真表明,该方案不仅可以保证所有用户的公平性,并且比其他保护公平性的方案在数据卸载上的性能更优。
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