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申请/专利权人：南京邮电大学

摘要：本发明公开了D2D辅助无线缓存网络中的内容推荐及路径选择方法，在用户缓存容量受限和推荐数量受限的情况下，以用户获取文件费用最小为优化目标构建优化函数，用ADMM算法得出每个用户的缓存和路径选择方案，然后采用退火算法得出给每个用户的推荐方案，再将缓存和路径选择方案与推荐方案进行迭代优化，获取推荐方案、缓存方案和路径选择方案的最优解，实现用户平均费用最小化。本发明将推荐、缓存和路径选择相结合，降低了用户的喜好不同对缓存的影响，同时使用户以较低的花费获取内容，提出的推荐、缓存和路径选择方案能降低用户的平均花费，减轻网络压力。

主权项：1.D2D辅助无线缓存网络中的内容推荐及路径选择方法，其特征在于，包括步骤：S1、计算每个用户对不同内容的请求概率a；包括如下步骤S1.1至步骤S1.3；步骤S1.1:网络根据用户对内容偏好程度向用户推荐的内容R,按如下公式计算每个用户对被推荐的内容的请求概率： 其中，表示被推荐内容被用户k接受的概率；为用户接受被推荐内容后，选择任意一个被推荐内容的概率，为用户k对内容i的初始化请求概率；步骤S1.2:按如下公式计算每个用户对未被推荐的内容的请求概率： 其中，表示被推荐内容被用户k接受的概率，为用户k对内容i的初始化请求概率；步骤S1.3:按如下公式计算每个用户对不同内容的请求概率a： 其中，xk,i∈{0,1}为推荐策略的指示变量，若xk,i为1则表示向用k推荐内容i，若xk,i为0则表示不向用k推荐内容i；S2、基于请求概率、网络向用户推荐的内容、缓存单元缓存内容、用户发出的请求与对应内容的传输路径，构建以平均代价最小为目标的第一优化目标函数f1；构建用户发出内容请求获得相对应内容的平均代价最小为目标的优化目标函数f1具体为： 约束条件为s.t. 其中Bk,j表示用户k向缓存单元j获取内容i的代价，当j＝0时用户向后台服务器获取内容，yj,i∈{0,1}为缓存策略的指示变量，若yj,i为1则缓存单元j在自己的缓存空间中缓存内容i，若yj,i为0则缓存单元j不在自己的缓存空间中缓存内容i；L为内容的大小，Cj表示缓存单元j的缓存容量；当用户对该内容的偏好程度大于时，用户接受该内容的推荐；rk,j,i∈{0,1}为路径选择策略的指示变量，若rk,j,i∈{0,1}为1则用户k从缓存单元j获取内容i，若rk,j,i∈{0,1}为0则用户k不从缓存单元j获取内容i，4a式是优化问题的目标函数f1，4b式为用户的缓存容量限制，4c式表示网络向用户推荐的内容数为R，4d式表示网络向用户推荐的内容是用户感兴趣的内容，4e式和4f式表示一个用户只能向一个缓存单元请求文件，4g式表示缓存单元只能提供已经缓存的文件，4h式、4i式、以及4j式表示推荐策略、缓存策略和路径选择策略的指示向量都为0或1；S3、根据第一优化目标函数f1，构建缓存单元缓存内容、用户发出的请求与对应内容的传输路径相结合的第二优化目标函数f2；按如下公式： 并根据第一优化目标函数f1，构建缓存单元缓存内容、用户发出的请求与对应内容的传输路径相结合的第二优化目标函数f2，其中，约束条件为s.t.4b，4f， 其中，akji为辅助变量，表示缓存单元j中的内容i是否被用户k请求；若akji＝1表示缓存单元j缓存了内容i但是用户k不向缓存单元j请求内容i；若akji＝0表示缓存单元j没有缓存了内容i或者缓存单元j缓存了内容i并且用户k向缓存单元j请求了内容i；yj,i与rk,j,i为0到1之间的任意数，用于表示各个缓存单元的缓存内容的权重值和缓存内容传输路径的权重值；S4、根据第一优化目标函数f1，构建网络向用户推荐的内容的第三优化目标函数f3；具体是按如下公式： 约束条件为s.t.4c，4d，4h.根据第一优化目标函数f1，构建网络向用户推荐的内容的第三优化目标函数f3；S5、根据第三优化目标函数f3，计算每个用户发出的请求所对应的目标内容的请求概率b；并基于该请求概率b,计算求解第二优化目标函数f2,获得各个缓存单元的缓存内容的权重值、缓存内容传输路径的权重值；计算求解第二目标函数f2,包括如下步骤S5.1至步骤S5.6；步骤S5.1：获得优化目标函数f2： 的增广拉格朗日方程： 其中λkji是拉格朗日对偶乘子，ρ是惩罚参数；步骤S5.2：根据ADMM的迭代更新算法，在第t次迭代中的更新策略如下：对和通过求解子问题A1更新, 步骤S5.3：对和通过求解子问题A2更新, 步骤S5.4：对和通过求解子问题A3更新, 步骤S5.5：对和通过如下： 等式更新；其中，λkji是拉格朗日对偶乘子，通过次梯度法更新，ρ是惩罚参数，用于更新步长；其中A1，A2和A3为凸优化问题，利用标准凸优化工具求解；步骤S5.6:循环步骤S5.2至步骤S5.5，当时停止迭代；∈为小于10-6的正数；S6、基于各个缓存单元的缓存内容权重值、缓存内容传输路径的权重值、网络向用户推荐的内容，计算各个用户在被推荐这些内容时的获取所有内容的平均代价Ck，并求解第三优化目标函数f3,获得每个用户平均代价最小的被推荐内容；具体包括如下步骤S6.1至步骤S6.4；步骤S6.1:基于各个用户的缓存内容和缓存内容传输路径的最优值、网络向用户推荐的内容，按如下公式： 计算各个用户在被推荐这些内容时的获取所有内容的平均代价Ck；步骤S6.2:网络从之前推荐给用户的R项内容中选取R-1项内容，把该R-1项内容和该网络中未被推荐内容的任意一项一起推荐给用户，计算各个用户在被推荐这些内容时的获取所有内容的平均代价C'k；步骤S6.3:判断C'k是否小于Ck，是则取平均代价C'k时的未被推荐的内容推荐给用户，并缓存至用户缓存单元；否则执行步骤S6.4；步骤S6.4:按照如下公式： 计算在平均代价C'k时的未被推荐的内容推荐给用户且缓存至用户缓存单元的概率，并返回执行步骤S6.2至步骤S6.3；在预设循环次数tmax时，停止迭代，并获得各个用户对内容缓存和该缓存内容路径最小平均代价的推荐内容；其中，Bc为玻尔兹曼常数，是tmax次循环中用户k的对内容缓存和该缓存内容路径最小平均代价；S7、返回执行步骤S5至步骤S6,直到达到预设循环次数,获得每个用户最终平均代价最小的缓存内容；S8、针对用户平均代价最小的缓存内容对应的权重值，将该权重值转化为二进制数，获得目标缓存单元的缓存内容、以及用户与该目标缓存单元的缓存内容之间的传输路径。

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