本發(fā)明屬于數(shù)能一體化通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于數(shù)能協(xié)同技術(shù)的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)延敏感性內(nèi)容擴(kuò)散算法。

背景技術(shù)：

對(duì)于一些高密度用戶集群的移動(dòng)機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)用戶們分布在一個(gè)狹小的區(qū)域，但通常會(huì)對(duì)一些特定的時(shí)延敏感性內(nèi)容都產(chǎn)生共同的興趣。例如，在擁擠的足球體育館內(nèi)，所有人手持的手持設(shè)備可以組建成為一個(gè)特殊的移動(dòng)機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的用戶希望能夠迅速在自己的移動(dòng)設(shè)備上比賽的精彩鏡頭的各角度回放。針對(duì)此場(chǎng)景，基站多播方式是一種可行方式，在擴(kuò)散用戶共同感興趣的內(nèi)容上能夠獲得較高的吞吐量，然而，由于基站必須一直多播內(nèi)容直到所有的移動(dòng)用戶都收到內(nèi)容，這使得基站多播在這種用戶高密度場(chǎng)景展現(xiàn)出其低效性。研究者們更希望通過(guò)激活用戶之間直接通信的方式引入多內(nèi)容傳輸源的分集增益改善內(nèi)容擴(kuò)散的性能。因此，已有一些文獻(xiàn)研究了多跳多播和協(xié)作多播方式用于時(shí)延敏感性內(nèi)容擴(kuò)散的場(chǎng)景。然而，這些研究對(duì)多跳多播以及協(xié)作多播的過(guò)程中，并沒(méi)有考慮多播源的轉(zhuǎn)發(fā)行為，忽略了來(lái)自社會(huì)屬性的考量，即當(dāng)多播源為用戶自身時(shí)，出于隱私性和安全性考慮，多播源通常只會(huì)將內(nèi)容多播給其社會(huì)好友。并且，作為多播源的用戶也會(huì)自行決定是否轉(zhuǎn)發(fā)所接受到的內(nèi)容。同時(shí)，當(dāng)前文獻(xiàn)往往側(cè)重于對(duì)兩階段協(xié)作多播的中斷概率進(jìn)行分析。對(duì)基于協(xié)作多播的內(nèi)容擴(kuò)散時(shí)延及能耗分析尚無(wú)文獻(xiàn)設(shè)計(jì)。并且，在針對(duì)協(xié)作多播的資源分配研究中，也往往以最小化中斷概率為目標(biāo)，忽視了對(duì)以最小化內(nèi)容擴(kuò)散時(shí)延及能耗為目標(biāo)的資源分配策略研究。另外，對(duì)于這種能量受限網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有考慮用戶的能量使用策略以及基于能量狀態(tài)的轉(zhuǎn)發(fā)行為等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種充分考慮了多播源的轉(zhuǎn)發(fā)行為，來(lái)自社會(huì)屬性的考量等多方面因素，能夠達(dá)到最小化內(nèi)容擴(kuò)散時(shí)延，以最低的能量消耗達(dá)到最優(yōu)的內(nèi)容擴(kuò)散效果的基于數(shù)能協(xié)同的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)延敏感性內(nèi)容擴(kuò)散算法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：基于數(shù)能協(xié)同的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)延敏感性內(nèi)容擴(kuò)散算法，包括以下步驟：

s1、建立基于協(xié)作多播的內(nèi)容擴(kuò)散模型；

s2、將數(shù)能協(xié)同技術(shù)應(yīng)用于步驟s1建立的內(nèi)容擴(kuò)散模型中；

s3、確定能量使用策略；

s4、確定基于協(xié)作多播的tdma協(xié)議；

s5、計(jì)算出基于地理位置的社會(huì)關(guān)系強(qiáng)度；

s6、計(jì)算出無(wú)線鏈路的成功傳輸概率；

s7、對(duì)目標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行建模；

s8、設(shè)計(jì)目標(biāo)定向搜索求解算法求解目標(biāo)問(wèn)題。

進(jìn)一步地，所述步驟s1包括以下子步驟：

s11、令區(qū)域內(nèi)成功接收內(nèi)容的用戶為內(nèi)容擁有者，記為co；等待接收內(nèi)容的用戶為內(nèi)容尋求者，記為cs；

協(xié)作多播分為基站多播和用戶協(xié)作多播兩個(gè)階段：

在基站多播階段成功接收到共享內(nèi)容的用戶成為原始的內(nèi)容擁有者；

在用戶協(xié)作多播階段的第一個(gè)傳輸幀里，原始的內(nèi)容擁有者向其它所有的內(nèi)容尋求者多播共享內(nèi)容；接收到共享內(nèi)容的內(nèi)容尋求者成為新的內(nèi)容擁有者，并在下一個(gè)傳輸幀里，與原始的內(nèi)容擁有者協(xié)作地一起向剩余的內(nèi)容尋求者多播共享內(nèi)容；以此類推，直至所有的共享內(nèi)容成功擴(kuò)散至所有用戶，多播過(guò)程結(jié)束；

假設(shè)co1在基站多播階段成功接收到共享內(nèi)容。那么，在用戶協(xié)作多播階段的第一個(gè)傳輸幀里，co1成為內(nèi)容擁有者并向其它所有的內(nèi)容尋求者多播共享內(nèi)容。在第一幀結(jié)束后，只有cs1成功接收到信息并加入到內(nèi)容尋求者的行列，成為co2。因此，在第二個(gè)傳輸幀里，co1和co2將協(xié)作地一起向剩余的內(nèi)容尋求者多播；cs3在成功接收到共享內(nèi)容后也成為內(nèi)容擁有者co3與co1，co2一起向cs2協(xié)作多播內(nèi)容，直到內(nèi)容成功擴(kuò)散至所有用戶，第二個(gè)階段的多播過(guò)程結(jié)束。

s12、確定內(nèi)容成功擴(kuò)散的三個(gè)事件：出于隱私性和安全性考慮，內(nèi)容擁有者不會(huì)無(wú)差別的將內(nèi)容通過(guò)多播的方式分享給其他內(nèi)容尋求者，相反，內(nèi)容的分享通常只會(huì)發(fā)生在社會(huì)好友之間。因此，考慮到機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中用戶的社會(huì)屬性，定義內(nèi)容擁有者向其具有“社會(huì)聯(lián)系”的用戶多播內(nèi)容，而不是向所有的內(nèi)容尋求者多播。并且，基于用戶的能量損耗和自私性行為，多播行為也需要考慮用戶的能量狀態(tài)，采取合適的能量使用策略。因此，每個(gè)co與cs之間的內(nèi)容是否成功擴(kuò)散取決于以下三個(gè)事件：

a、內(nèi)容擁有者必須大于可多播行為的能量門(mén)限，此事件看作是服從概率ρ的貝努力過(guò)程；

b、內(nèi)容尋求者與內(nèi)容擁有者之間存在“社會(huì)聯(lián)系”，此事件定義為概率

c、內(nèi)容尋求者的接收信噪比必須大于預(yù)設(shè)的門(mén)限，此事件定義為概率μ。

進(jìn)一步地，所述步驟s2具體實(shí)現(xiàn)方法為：

第i個(gè)內(nèi)容擁有者coi每隔一個(gè)傳輸幀，嘗試從外界環(huán)境采集能量；能量采集過(guò)程是一個(gè)貝努力過(guò)程，即在一個(gè)傳輸幀中，內(nèi)容擁有者coi有的概率成功采集到一份值為eh的能量，并將該能量存儲(chǔ)在內(nèi)容擁有者coi的電池中；

內(nèi)容擁有者coi的移動(dòng)設(shè)備常規(guī)使用功率為設(shè)一個(gè)傳輸幀的時(shí)間長(zhǎng)度為tf，在一個(gè)傳輸幀內(nèi)，coi的常規(guī)能量使用為：將該常規(guī)能量使用進(jìn)一步歸一化為：常規(guī)能量的使用過(guò)程是一個(gè)貝努力過(guò)程，即在一個(gè)傳輸幀內(nèi)，內(nèi)容擁有者coi有的概率使用電池中存儲(chǔ)的能量來(lái)支持其移動(dòng)設(shè)備在一個(gè)傳輸幀內(nèi)的常規(guī)使用；

內(nèi)容擁有者coi的移動(dòng)設(shè)備使用信息發(fā)送功率進(jìn)行內(nèi)容的多播轉(zhuǎn)發(fā)，在一個(gè)傳輸幀內(nèi)，coi的信息發(fā)送能量為：將該信息發(fā)送能量進(jìn)一步歸一化為：用貝努力過(guò)程來(lái)建模用于內(nèi)容多播轉(zhuǎn)發(fā)的信息發(fā)送能量，即在一個(gè)傳輸幀內(nèi)，內(nèi)容擁有者coi有的概率使用電池中存儲(chǔ)的能量來(lái)支持其移動(dòng)設(shè)備在一個(gè)傳輸幀內(nèi)通過(guò)多播的方式進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)；概率定義為內(nèi)容擁有者的無(wú)私因子，刻畫(huà)了用戶在內(nèi)容多播轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中的無(wú)私程度；無(wú)私因子會(huì)被其他一些因素影響，比如，內(nèi)容擁有者coi對(duì)內(nèi)容的興趣強(qiáng)度。coi對(duì)內(nèi)容的興趣愈強(qiáng)，那么該用戶在轉(zhuǎn)發(fā)內(nèi)容的過(guò)程中就愈無(wú)私。

進(jìn)一步地，所述步驟s3包括以下子步驟：

s31、確定電池使用策略；當(dāng)歸一化電池容量低于歸一化門(mén)限值時(shí)，只允許coi對(duì)移動(dòng)設(shè)備的常規(guī)使用，而不支持coi基于多播的內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)行為；當(dāng)歸一化電池容量不低于歸一化門(mén)限制時(shí)，同時(shí)允許coi對(duì)移動(dòng)設(shè)備的常規(guī)使用以及coi基于多播的內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)行為；設(shè)coi的歸一化電池容量最大值為其電池實(shí)時(shí)存儲(chǔ)的能量建模為離散時(shí)間的生滅馬爾科夫過(guò)程，用代表當(dāng)前電池存儲(chǔ)的能量的歸一化數(shù)值；

s32、表示出狀態(tài)出發(fā)的轉(zhuǎn)移概率；當(dāng)前電池存儲(chǔ)的能量滿足時(shí)，從狀態(tài)出發(fā)的轉(zhuǎn)移概率如下式所示：

當(dāng)前電池存儲(chǔ)的能量滿足時(shí)，從狀態(tài)出發(fā)的轉(zhuǎn)移概率如下式所示：

s33、計(jì)算內(nèi)容擁有者coi通過(guò)多播方式進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)的概率；

綜合考慮式(1)和式(2)，得到的電池能量狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率矩陣根據(jù)等式得到電池處于不同能量狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率矩陣，其中電池儲(chǔ)能大于門(mén)限制的概率表示為：

根據(jù)基于能量采集功能的電池使用限定額以及內(nèi)容請(qǐng)求者的無(wú)私因子在某一傳輸幀內(nèi)，內(nèi)容擁有者coi通過(guò)多播方式進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)的概率為：

定義為內(nèi)容擁有者coi在當(dāng)前傳輸幀t內(nèi)的內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)行為指數(shù)；當(dāng)時(shí)，coi將會(huì)在當(dāng)前傳輸幀通過(guò)多播的方式進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)；當(dāng)時(shí)，coi不會(huì)進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)；服從以為參數(shù)的貝努力過(guò)程。

進(jìn)一步地，所述步驟s4具體實(shí)現(xiàn)方法為：對(duì)于mac層而言，采用正交接入控制，即分配給內(nèi)容擁有者專用的正交信道，避免這些內(nèi)容擁有者在對(duì)內(nèi)容進(jìn)行多播轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)產(chǎn)生相互干擾；在該階段的內(nèi)容擴(kuò)散中，基本的傳輸時(shí)間單元是一個(gè)傳輸幀；在mac層中，每個(gè)傳輸幀都采用tdma協(xié)議，即每個(gè)幀被劃分為固定的時(shí)隙數(shù)目；

每個(gè)傳輸幀主要由兩部分組成：其中一部分用于內(nèi)容擴(kuò)散過(guò)程中的控制信令交換，另一部分用于用戶之間的協(xié)作多播；控制信令的交換通過(guò)基站分配的正交控制信道來(lái)完成；

控制信令的作用包括收集用戶的內(nèi)容請(qǐng)求、協(xié)調(diào)內(nèi)容擁有者之間的協(xié)作機(jī)會(huì)多播以及確認(rèn)內(nèi)容是否被成功接收。

進(jìn)一步地，所述步驟s5具體實(shí)現(xiàn)方法為：定義內(nèi)容擁有者只能向其有“社會(huì)聯(lián)系”的內(nèi)容尋求者多播進(jìn)行內(nèi)容擴(kuò)散，內(nèi)容擁有者與內(nèi)容尋求者之間存在“社會(huì)聯(lián)系”的概率定義為基于地理位置的社會(huì)關(guān)系強(qiáng)度，其大小由實(shí)際的地理距離決定；將“社會(huì)聯(lián)系”的概率大小定義為指數(shù)關(guān)系y^-α，其中y為內(nèi)容擁有者和內(nèi)容尋求者的實(shí)際距離，α為社會(huì)指數(shù)；

在傳輸幀t內(nèi)，當(dāng)用戶mui和用戶muj之間的實(shí)際地理距離為yi,j(t)，它們之間的基于地理位置的社會(huì)關(guān)系強(qiáng)度定義為：

其中r為“比鄰參考距離”。公式(5)也可以用于定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的社會(huì)聯(lián)系。

進(jìn)一步地，所述步驟s6具體實(shí)現(xiàn)方法為：假設(shè)作為內(nèi)容擁有者的用戶mui的共享內(nèi)容發(fā)送功率為pt,i，作為內(nèi)容尋求者的用戶muj與用戶mui之間的距離為yi,j(t)；共享內(nèi)容經(jīng)過(guò)單入單出(singleinputsingleoutput，siso)的無(wú)線鏈路到達(dá)用戶muj之前，會(huì)經(jīng)歷ω(yi,j(t))的路徑損耗，概率密度函數(shù)為fχ(χi,j(t))的隨機(jī)陰影衰落χi,j(t)，以及概率密度函數(shù)為fh(hi,j(t))的隨機(jī)多徑衰落hi,j(t)；陰影衰落χi,j(t)、多徑衰落hi,j(t)和距離yi,j(t)都是不相關(guān)的，且在一個(gè)傳輸幀內(nèi)(傳輸幀t)不變，但各個(gè)傳輸幀內(nèi)不同；同時(shí)，到達(dá)內(nèi)容尋求者的共享內(nèi)容，還會(huì)受到功率為的噪聲干擾；

如果用戶muj接收信噪比大于預(yù)設(shè)門(mén)限值γj，那么共享內(nèi)容所包含的信息能夠被內(nèi)容尋求者成功恢復(fù)；因此當(dāng)用戶mui和用戶muj之間的距離為yi,j(t)時(shí)，用戶mui發(fā)送的內(nèi)容能夠被用戶muj成功恢復(fù)的概率，即無(wú)線鏈路成功傳輸概率μi,j(t)表示為：

其中，fh(·)為多徑衰弱的累積分布函數(shù)。

進(jìn)一步地，所述步驟s7具體實(shí)現(xiàn)方法為：將目標(biāo)問(wèn)題表示為：

約束式子(7a)表明，找到合適的時(shí)隙資源分配方案來(lái)最小化逗留狀態(tài)概率需要滿足總的時(shí)隙分配數(shù)目小于n0，且每個(gè)內(nèi)容擁有者所分得的時(shí)隙數(shù)目都為整數(shù)；約束條件(7b)使各個(gè)內(nèi)容請(qǐng)求者獲得的資源數(shù)目的方差低于門(mén)限值σth，使正交信道資源在內(nèi)容請(qǐng)求者之間更加公平的分配，以避免少數(shù)內(nèi)容請(qǐng)求者獲得大部分的信道資源的極端情況出現(xiàn)；

另外，當(dāng)所有的用戶都有相同的發(fā)送功率時(shí)，最小化逗留狀態(tài)概率pn,n(t)也意味著最小化狀態(tài)n所消耗的能量，因此，目標(biāo)函數(shù)也代表最小化能量消耗。

進(jìn)一步地，所述步驟s8包括以下子步驟：

s81、在目標(biāo)函數(shù)(7)中，服從以為參數(shù)的貝努力過(guò)程，對(duì)于這樣的隨機(jī)過(guò)程，將其轉(zhuǎn)化為求其均值條件下的目標(biāo)函數(shù)；

基于貝努力過(guò)程，因此，將原目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為：

約束仍為式(7a)和(7b)；

觀察目標(biāo)函數(shù)，將最小化指數(shù)關(guān)系等價(jià)為對(duì)數(shù)關(guān)系，即目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)換為：

約束仍為式(7a)和(7b)；

采用基于最優(yōu)解的目標(biāo)定向搜索求解算法求解上述目標(biāo)函數(shù)：

目標(biāo)函數(shù)p2中，是一個(gè)大于或等于零且小于或等于1的實(shí)數(shù)值，為負(fù)值，那么，亦為負(fù)值的累加，而在每一個(gè)傳輸幀內(nèi)屬于常數(shù)定值且為正值，設(shè)則目標(biāo)問(wèn)題p2轉(zhuǎn)換為：

約束仍為式(7a)和(7b)；

ai為一個(gè)負(fù)值，為正整數(shù)值，為了目標(biāo)值使越小，則對(duì)于越小的ai，應(yīng)分配更大的因此，采取一種以最優(yōu)化目標(biāo)為定向的搜索方法，滿足每一次的動(dòng)態(tài)調(diào)整方案都大于以后的每一個(gè)方案所求的目標(biāo)函數(shù)值，再來(lái)判斷所求得的分配方案是否滿足函數(shù)的約束，如果滿足就解決問(wèn)題，如果不滿足，基于方案仍是最優(yōu)，調(diào)小各個(gè)分配序列之間的方差值，直到滿足方差限制；

s82、確定求解算法的詳細(xì)步驟：

輸入：內(nèi)容擁有者集合內(nèi)容需求者集合滿足能量門(mén)限的轉(zhuǎn)發(fā)行為均值方差門(mén)限值σth，時(shí)隙資源數(shù)目n0；

輸出：最佳時(shí)隙方案，即序列；

具體求解過(guò)程包括以下步驟：

s821、計(jì)算ai，將ai的值由小到大排列，設(shè)此時(shí)有n個(gè)內(nèi)容擁有者，即i＝1,...,n，排列為a1,a2,...,an，且a1≤a2≤...≤an，其對(duì)應(yīng)的表示為

s822、將總的資源數(shù)目分配給其余都為0，以滿足資源總數(shù)約束；

s823、令將所分配的取值帶入計(jì)算q；

s824、若滿足q≤σth，則執(zhí)行步驟s827，否則執(zhí)行步驟s825；

s825、將倒序排列，找出序列中第一個(gè)大于1的值將的值作為新的序列時(shí)隙分配值，然后執(zhí)行步驟s826；

s826、在序列中找出步驟s825中得到的值之后第一個(gè)小于新的序列時(shí)隙分配值的數(shù)；然后將該數(shù)加1，作為新的的取值，然后返回步驟s823；

s827、此時(shí)的序列滿足越小的ai有著越大的時(shí)隙分配數(shù)目，是最優(yōu)解，且滿足方差和資源限制約束，結(jié)束。

此搜索方法首先將最大的時(shí)隙分配數(shù)目分配給最小的ai，即滿足越小的ai有著越大的時(shí)隙分配數(shù)目，首先滿足所分配的方案是最優(yōu)解，再去判斷方案是否滿足方差限制。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明研究了基于數(shù)能協(xié)同技術(shù)的移動(dòng)機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)延敏感性內(nèi)容擴(kuò)散機(jī)理，建立了一種基于數(shù)能協(xié)同的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)延敏感性內(nèi)容擴(kuò)散算法；該算法充分考慮了多方面因素：多播源的轉(zhuǎn)發(fā)行為，來(lái)自社會(huì)屬性的考量(即當(dāng)多播源為用戶自身時(shí)，出于隱私性和安全性考慮，多播源通常只會(huì)將內(nèi)容多播給其社會(huì)好友)，作為多播源的用戶也會(huì)自行決定是否轉(zhuǎn)發(fā)所接受到的內(nèi)容等；采用本發(fā)明的算法，能夠達(dá)到最小化內(nèi)容擴(kuò)散時(shí)延，能夠以最低的能量消耗達(dá)到最優(yōu)的內(nèi)容擴(kuò)散效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于數(shù)能協(xié)同的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)延敏感性內(nèi)容擴(kuò)散算法流程圖；

圖2為本發(fā)明的目標(biāo)定向搜索求解算法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明的一種基于數(shù)能協(xié)同的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)延敏感性內(nèi)容擴(kuò)散算法，由系統(tǒng)模型建立、問(wèn)題建模和提出求解算法三個(gè)部分組成，其流程如圖1所示，包括以下步驟：

s1、建立基于協(xié)作多播的內(nèi)容擴(kuò)散模型；具體包括以下子步驟：

s11、令區(qū)域內(nèi)成功接收內(nèi)容的用戶為內(nèi)容擁有者，記為co；等待接收內(nèi)容的用戶為內(nèi)容尋求者，記為cs；

協(xié)作多播分為基站多播和用戶協(xié)作多播兩個(gè)階段：

在基站多播階段成功接收到共享內(nèi)容的用戶成為原始的內(nèi)容擁有者；

在用戶協(xié)作多播階段的第一個(gè)傳輸幀里，原始的內(nèi)容擁有者向其它所有的內(nèi)容尋求者多播共享內(nèi)容；接收到共享內(nèi)容的內(nèi)容尋求者成為新的內(nèi)容擁有者，并在下一個(gè)傳輸幀里，與原始的內(nèi)容擁有者協(xié)作地一起向剩余的內(nèi)容尋求者多播共享內(nèi)容；以此類推，直至所有的共享內(nèi)容成功擴(kuò)散至所有用戶，多播過(guò)程結(jié)束；

假設(shè)co1在基站多播階段成功接收到共享內(nèi)容。那么，在用戶協(xié)作多播階段的第一個(gè)傳輸幀里，co1成為內(nèi)容擁有者并向其它所有的內(nèi)容尋求者多播共享內(nèi)容。在第一幀結(jié)束后，只有cs1成功接收到信息并加入到內(nèi)容尋求者的行列，成為co2。因此，在第二個(gè)傳輸幀里，co1和co2將協(xié)作地一起向剩余的內(nèi)容尋求者多播；cs3在成功接收到共享內(nèi)容后也成為內(nèi)容擁有者co3與co1，co2一起向cs2協(xié)作多播內(nèi)容，直到內(nèi)容成功擴(kuò)散至所有用戶，第二個(gè)階段的多播過(guò)程結(jié)束。

s12、確定內(nèi)容成功擴(kuò)散的三個(gè)事件：出于隱私性和安全性考慮，內(nèi)容擁有者不會(huì)無(wú)差別的將內(nèi)容通過(guò)多播的方式分享給其他內(nèi)容尋求者，相反，內(nèi)容的分享通常只會(huì)發(fā)生在社會(huì)好友之間。因此，考慮到機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中用戶的社會(huì)屬性，定義內(nèi)容擁有者向其具有“社會(huì)聯(lián)系”的用戶多播內(nèi)容，而不是向所有的內(nèi)容尋求者多播。并且，基于用戶的能量損耗和自私性行為，多播行為也需要考慮用戶的能量狀態(tài)，采取合適的能量使用策略。因此，每個(gè)co與cs之間的內(nèi)容是否成功擴(kuò)散取決于以下三個(gè)事件：

a、內(nèi)容擁有者必須大于可多播行為的能量門(mén)限，此事件看作是服從概率ρ的貝努力過(guò)程；

b、內(nèi)容尋求者與內(nèi)容擁有者之間存在“社會(huì)聯(lián)系”，此事件定義為概率

c、內(nèi)容尋求者的接收信噪比必須大于預(yù)設(shè)的門(mén)限，此事件定義為概率μ。

s2、將數(shù)能協(xié)同技術(shù)應(yīng)用于步驟s1建立的內(nèi)容擴(kuò)散模型中；具體實(shí)現(xiàn)方法為：

第i個(gè)內(nèi)容擁有者coi每隔一個(gè)傳輸幀，嘗試從外界環(huán)境采集能量；能量采集過(guò)程是一個(gè)貝努力過(guò)程，即在一個(gè)傳輸幀中，內(nèi)容擁有者coi有的概率成功采集到一份值為eh的能量，并將該能量存儲(chǔ)在內(nèi)容擁有者coi的電池中；

內(nèi)容擁有者coi的移動(dòng)設(shè)備常規(guī)使用功率為設(shè)一個(gè)傳輸幀的時(shí)間長(zhǎng)度為tf，在一個(gè)傳輸幀內(nèi)，coi的常規(guī)能量使用為：將該常規(guī)能量使用進(jìn)一步歸一化為：常規(guī)能量的使用過(guò)程是一個(gè)貝努力過(guò)程，即在一個(gè)傳輸幀內(nèi)，內(nèi)容擁有者coi有的概率使用電池中存儲(chǔ)的能量來(lái)支持其移動(dòng)設(shè)備在一個(gè)傳輸幀內(nèi)的常規(guī)使用；

內(nèi)容擁有者coi的移動(dòng)設(shè)備使用信息發(fā)送功率進(jìn)行內(nèi)容的多播轉(zhuǎn)發(fā)，在一個(gè)傳輸幀內(nèi)，coi的信息發(fā)送能量為：將該信息發(fā)送能量進(jìn)一步歸一化為：用貝努力過(guò)程來(lái)建模用于內(nèi)容多播轉(zhuǎn)發(fā)的信息發(fā)送能量，即在一個(gè)傳輸幀內(nèi)，內(nèi)容擁有者coi有的概率使用電池中存儲(chǔ)的能量來(lái)支持其移動(dòng)設(shè)備在一個(gè)傳輸幀內(nèi)通過(guò)多播的方式進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)；概率定義為內(nèi)容擁有者的無(wú)私因子，刻畫(huà)了用戶在內(nèi)容多播轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中的無(wú)私程度；無(wú)私因子會(huì)被其他一些因素影響，比如，內(nèi)容擁有者coi對(duì)內(nèi)容的興趣強(qiáng)度。coi對(duì)內(nèi)容的興趣愈強(qiáng)，那么該用戶在轉(zhuǎn)發(fā)內(nèi)容的過(guò)程中就愈無(wú)私。

s3、確定能量使用策略；具體包括以下子步驟：

s31、確定電池使用策略；為了優(yōu)先保證內(nèi)容擁有者coi對(duì)其自身移動(dòng)設(shè)備的使用，本發(fā)明采用如下電池使用策略：當(dāng)歸一化電池容量低于歸一化門(mén)限值時(shí)，只允許coi對(duì)移動(dòng)設(shè)備的常規(guī)使用，而不支持coi基于多播的內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)行為；當(dāng)歸一化電池容量不低于歸一化門(mén)限制時(shí)，同時(shí)允許coi對(duì)移動(dòng)設(shè)備的常規(guī)使用以及coi基于多播的內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)行為；設(shè)coi的歸一化電池容量最大值為其電池實(shí)時(shí)存儲(chǔ)的能量建模為離散時(shí)間的生滅馬爾科夫過(guò)程，用代表當(dāng)前電池存儲(chǔ)的能量的歸一化數(shù)值；

s32、表示出狀態(tài)出發(fā)的轉(zhuǎn)移概率；當(dāng)前電池存儲(chǔ)的能量滿足時(shí)，從狀態(tài)出發(fā)的轉(zhuǎn)移概率如下式所示：

當(dāng)前電池存儲(chǔ)的能量滿足時(shí)，從狀態(tài)出發(fā)的轉(zhuǎn)移概率如下式所示：

s33、計(jì)算內(nèi)容擁有者coi通過(guò)多播方式進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)的概率；

綜合考慮式(1)和式(2)，得到的電池能量狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率矩陣根據(jù)等式得到電池處于不同能量狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率矩陣，其中電池儲(chǔ)能大于門(mén)限制的概率表示為：

根據(jù)基于能量采集功能的電池使用限定額以及內(nèi)容請(qǐng)求者的無(wú)私因子在某一傳輸幀內(nèi)，內(nèi)容擁有者coi通過(guò)多播方式進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)的概率為：

定義為內(nèi)容擁有者coi在當(dāng)前傳輸幀t內(nèi)的內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)行為指數(shù)；當(dāng)時(shí)，coi將會(huì)在當(dāng)前傳輸幀通過(guò)多播的方式進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)；當(dāng)時(shí)，coi不會(huì)進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)；服從以為參數(shù)的貝努力過(guò)程。

s4、確定基于協(xié)作多播的tdma協(xié)議；具體實(shí)現(xiàn)方法為：在mac層需要根據(jù)有限的無(wú)線資源合理調(diào)度內(nèi)容擁有者的多播轉(zhuǎn)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的有效擴(kuò)散；因此，對(duì)于mac層而言，采用正交接入控制，即分配給內(nèi)容擁有者專用的正交信道，避免這些內(nèi)容擁有者在對(duì)內(nèi)容進(jìn)行多播轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)產(chǎn)生相互干擾；在該階段的內(nèi)容擴(kuò)散中，基本的傳輸時(shí)間單元是一個(gè)傳輸幀；在mac層中，每個(gè)傳輸幀都采用tdma協(xié)議，即每個(gè)幀被劃分為固定的時(shí)隙數(shù)目；

每個(gè)傳輸幀主要由兩部分組成：其中一部分用于內(nèi)容擴(kuò)散過(guò)程中的控制信令交換，另一部分用于用戶之間的協(xié)作多播；控制信令的交換通過(guò)基站分配的正交控制信道來(lái)完成；

控制信令的作用包括收集用戶的內(nèi)容請(qǐng)求、協(xié)調(diào)內(nèi)容擁有者之間的協(xié)作機(jī)會(huì)多播以及確認(rèn)內(nèi)容是否被成功接收。

s5、計(jì)算出基于地理位置的社會(huì)關(guān)系強(qiáng)度；具體實(shí)現(xiàn)方法為：出于安全性的考慮，定義內(nèi)容擁有者只能向其有“社會(huì)聯(lián)系”的內(nèi)容尋求者多播進(jìn)行內(nèi)容擴(kuò)散，內(nèi)容擁有者與內(nèi)容尋求者之間存在“社會(huì)聯(lián)系”的概率定義為基于地理位置的社會(huì)關(guān)系強(qiáng)度，其大小由實(shí)際的地理距離決定；將“社會(huì)聯(lián)系”的概率大小定義為指數(shù)關(guān)系y^-α，其中y為內(nèi)容擁有者和內(nèi)容尋求者的實(shí)際距離，α為社會(huì)指數(shù)；

在傳輸幀t內(nèi)，當(dāng)用戶mui和用戶muj之間的實(shí)際地理距離為yi,j(t)，它們之間的基于地理位置的社會(huì)關(guān)系強(qiáng)度定義為：

其中r為“比鄰參考距離”。公式(5)也可以用于定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的社會(huì)聯(lián)系。

s6、計(jì)算出無(wú)線鏈路的成功傳輸概率；具體實(shí)現(xiàn)方法為：假設(shè)作為內(nèi)容擁有者的用戶mui的共享內(nèi)容發(fā)送功率為pt,i，作為內(nèi)容尋求者的用戶muj與用戶mui之間的距離為yi,j(t)；共享內(nèi)容經(jīng)過(guò)單入單出(singleinputsingleoutput，siso)的無(wú)線鏈路到達(dá)用戶muj之前，會(huì)經(jīng)歷ω(yi,j(t))的路徑損耗，概率密度函數(shù)為fχ(χi,j(t))的隨機(jī)陰影衰落χi,j(t)，以及概率密度函數(shù)為fh(hi,j(t))的隨機(jī)多徑衰落hi,j(t)；陰影衰落χi,j(t)、多徑衰落hi,j(t)和距離yi,j(t)都是不相關(guān)的，且在一個(gè)傳輸幀內(nèi)(傳輸幀t)不變，但各個(gè)傳輸幀內(nèi)不同；同時(shí)，到達(dá)內(nèi)容尋求者的共享內(nèi)容，還會(huì)受到功率為的噪聲干擾；

如果用戶muj接收信噪比大于預(yù)設(shè)門(mén)限值γj，那么共享內(nèi)容所包含的信息能夠被內(nèi)容尋求者成功恢復(fù)；因此當(dāng)用戶mui和用戶muj之間的距離為yi,j(t)時(shí)，用戶mui發(fā)送的內(nèi)容能夠被用戶muj成功恢復(fù)的概率，即無(wú)線鏈路成功傳輸概率μi,j(t)表示為：

其中，fh(·)為多徑衰弱的累積分布函數(shù)。

s7、對(duì)目標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行建模；具體實(shí)現(xiàn)方法為：將目標(biāo)問(wèn)題表示為：

約束式子(7a)表明，找到合適的時(shí)隙資源分配方案來(lái)最小化逗留狀態(tài)概率需要滿足總的時(shí)隙分配數(shù)目小于n0，且每個(gè)內(nèi)容擁有者所分得的時(shí)隙數(shù)目都為整數(shù)；約束條件(7b)使各個(gè)內(nèi)容請(qǐng)求者獲得的資源數(shù)目的方差低于門(mén)限值σth，使正交信道資源在內(nèi)容請(qǐng)求者之間更加公平的分配，以避免少數(shù)內(nèi)容請(qǐng)求者獲得大部分的信道資源的極端情況出現(xiàn)；

另外，當(dāng)所有的用戶都有相同的發(fā)送功率時(shí)，最小化逗留狀態(tài)概率pn,n(t)也意味著最小化狀態(tài)n所消耗的能量，因此，目標(biāo)函數(shù)也代表最小化能量消耗。

s8、設(shè)計(jì)目標(biāo)定向搜索求解算法求解目標(biāo)問(wèn)題；包括以下子步驟：

s81、為了更為精確地進(jìn)行時(shí)隙分配，本發(fā)明提出一種基于最優(yōu)解的目標(biāo)定向搜索求解算法；在目標(biāo)函數(shù)(7)中，服從以為參數(shù)的貝努力過(guò)程，對(duì)于這樣的隨機(jī)過(guò)程，為了求解和仿真，將其轉(zhuǎn)化為求其均值條件下的目標(biāo)函數(shù)；

基于貝努力過(guò)程，因此，將原目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為：

約束仍為式(7a)和(7b)；

觀察目標(biāo)函數(shù)，將最小化指數(shù)關(guān)系等價(jià)為對(duì)數(shù)關(guān)系，即目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)換為：

約束仍為式(7a)和(7b)；

傳統(tǒng)的分支定界法中，只要子問(wèn)題求出的解滿足所有都是整數(shù)，就將此解作為原問(wèn)題的解，因此，最后得出的解不一定是最優(yōu)解，有可能是次優(yōu)解。為了更為精確地進(jìn)行時(shí)隙分配，本發(fā)明采用基于最優(yōu)解的目標(biāo)定向搜索求解算法求解上述目標(biāo)函數(shù)：

目標(biāo)函數(shù)p2中，是一個(gè)大于或等于零且小于或等于1的實(shí)數(shù)值，為負(fù)值，那么，亦為負(fù)值的累加，而在每一個(gè)傳輸幀內(nèi)屬于常數(shù)定值且為正值，設(shè)則目標(biāo)問(wèn)題p2轉(zhuǎn)換為：

約束仍為式(7a)和(7b)；

ai為一個(gè)負(fù)值，為正整數(shù)值，為了目標(biāo)值使越小，則對(duì)于越小的ai，應(yīng)分配更大的因此，采取一種以最優(yōu)化目標(biāo)為定向的搜索方法，滿足每一次的動(dòng)態(tài)調(diào)整方案都大于以后的每一個(gè)方案所求的目標(biāo)函數(shù)值，再來(lái)判斷所求得的分配方案是否滿足函數(shù)的約束，如果滿足就解決問(wèn)題，如果不滿足，基于方案仍是最優(yōu)，調(diào)小各個(gè)分配序列之間的方差值，直到滿足方差限制；

s82、確定求解算法的詳細(xì)步驟：

輸入：內(nèi)容擁有者集合內(nèi)容需求者集合滿足能量門(mén)限的轉(zhuǎn)發(fā)行為均值方差門(mén)限值σth，時(shí)隙資源數(shù)目n0；

輸出：最佳時(shí)隙方案，即序列；

具體求解過(guò)程如圖2所示，包括以下步驟：

s821、計(jì)算ai，將ai的值由小到大排列，設(shè)此時(shí)有n個(gè)內(nèi)容擁有者，即i＝1,...,n，排列為a1,a2,...,an，且a1≤a2≤...≤an，其對(duì)應(yīng)的表示為

s822、將總的資源數(shù)目分配給其余都為0，以滿足資源總數(shù)約束；

s823、令將所分配的取值帶入計(jì)算q；

s824、若滿足q≤σth，則執(zhí)行步驟s827，否則執(zhí)行步驟s825；

s825、將倒序排列，找出序列中第一個(gè)大于1的值將減1，即的值作為新的序列時(shí)隙分配值，然后執(zhí)行步驟s826；

s826、在序列中找出步驟s825中得到的值之后第一個(gè)小于新的序列時(shí)隙分配值的數(shù)；即從序列中找出第一個(gè)小于新的序列時(shí)隙分配值的數(shù)，然后將該數(shù)加1，作為新的的取值，然后返回步驟s823；

s827、此時(shí)的序列滿足越小的ai有著越大的時(shí)隙分配數(shù)目，是最優(yōu)解，且滿足方差和資源限制約束，結(jié)束。

此搜索方法首先將最大的時(shí)隙分配數(shù)目分配給最小的ai，即滿足越小的ai有著越大的時(shí)隙分配數(shù)目，首先滿足所分配的方案是最優(yōu)解，再去判斷方案是否滿足方差限制。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。