D2D无线数据缓存网络的容量理论与关键技术研究

The emerging cache-enabled device-to-device (D2D) communication paradigm is considered to be an effective approach to tackle the mobile data tsunami induced by the massive demands on multimedia delivery. In this project, by exploiting the asynchronous content reuse property of video streaming, we study the fundamental capacity limits of cache-enabled D2D networks and investigate the key enabling technologies of content caching. Firstly, by effectively utilizing the cache packets as the side information to cancel the incoming interference at the receiver side, we characterize the capacity limits and thereby the scaling laws of cache-enabled D2D networks. Secondly, with the techniques of interference cancellation and power control, the content caching strategy and content delivery strategy are jointly designed and optimized to maximize the spatial throughput. Finally, by applying tools from stochastic geometry, we evaluate the performance of cache-enabled D2D networks in terms of key network parameters. It is hoped that the achievements of our research will be of great benefits to the practical design of next generation wireless networks.

基于D2D通信的无线数据缓存技术被认为是解决未来移动通信网络海量视频数据业务需求的重要手段之一。在本项目的研究中，基于视频数据业务的异步内容复用特性，并利用干扰消除技术和功率控制技术，我们将探寻D2D无线数据缓存网络的容量极限，并对节点的内容缓存策略和内容传输策略进行深入研究。首先，通过有效利用节点的缓存信息作为数据译码的边信息，我们将对D2D无线数据缓存网络的信息容量及其伸缩率进行度量和刻画。其次，基于干扰消除技术和功率控制技术，通过联合优化设计节点的内容缓存策略和内容传输策略，我们将实现D2D无线数据缓存网络的信息容量的有效逼近。最后，基于随机几何理论，我们将对D2D无线数据缓存网络的传输性能进行分析和评估，并刻画网络重要参数对网络传输性能的影响。本课题的研究工作将为下一代移动通信网络的设计与部署提供坚实的理论基础。

基于D2D通信的无线数据缓存技术被认为是解决未来移动通信网络海量视频数据业务需求的重要手段之一。本课题主要研究了D2D无线数据缓存网络中基于干扰消除技术和功率控制技术的内容缓存策略和内容传输策略，并利用随机几何等数学工具对D2D无线数据缓存网络的吞吐量进行了定量分析。首先，在D2D认知无线数据缓存网络的场景下，本课题提出了一种基于干扰消除技术的频谱接入协议，基于随机几何理论，对网络的中断概率及吞吐量进行了度量，并刻画了干扰消除技术的理论性能增益；在此基础上，在D2D无线数据缓存网络的场景下，本课题创新性的提出了基于载波监听的内容分发机制，并度量了系统重要参数对于中断概率及吞吐量的影响；进一步，本课题考虑了通过利用非正交多址技术提升网络性能，并分析比较了两种不同的解码策略，即无缓存辅助的串行干扰消除策略和具有缓存辅助的串行干扰消除策略；最后，本课题研究了毫米波无线数据缓存网络的网络容量，并提出基于功率控制的干扰管理策略以提升网络的总体性能。