【摘要】：隨著全球移動數(shù)據(jù)量的迅猛增長,移動通信的頻譜資源以及基站的負(fù)載面臨著極大的壓力和挑戰(zhàn)。終端直通技術(shù)(Device-to-device communication,D2D)允許用戶終端復(fù)用蜂窩系統(tǒng)的頻譜資源,移動設(shè)備不需要經(jīng)過基站的轉(zhuǎn)發(fā)而直接進(jìn)行相互通信,緩解了基站的負(fù)載并提高了蜂窩系統(tǒng)的頻譜效率。與此同時(shí),針對海量數(shù)據(jù)的可靠存儲問題,利用現(xiàn)有移動設(shè)備強(qiáng)大的存儲、計(jì)算的能力,將文件內(nèi)容緩存到多個(gè)移動設(shè)備中,可以滿足網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)的頻繁下載,實(shí)現(xiàn)了快速獲取重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的目標(biāo),提升了數(shù)據(jù)傳輸效率。在D2D網(wǎng)絡(luò)中,當(dāng)存儲數(shù)據(jù)的移動設(shè)備不可用時(shí),需要及時(shí)對丟失的數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù),以保證存儲系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此,分布式存儲系統(tǒng)的冗余容錯(cuò)技術(shù)在D2D存儲網(wǎng)絡(luò)中具有潛在的實(shí)用價(jià)值。傳統(tǒng)冗余容錯(cuò)技術(shù),例如復(fù)制策略、糾刪碼策略、再生碼策略等,雖然在一定程度上保證了系統(tǒng)的可靠性,但仍然無法避免存儲資源浪費(fèi)、帶寬開銷過大和幫助節(jié)點(diǎn)數(shù)目較大的問題。此外,D2D網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性已成為未來5G通信網(wǎng)絡(luò)的必然發(fā)展趨勢,由于實(shí)際應(yīng)用中不同區(qū)域的設(shè)備傳輸能力迥異,將給D2D分布式存儲網(wǎng)絡(luò)帶來通信開銷不均衡以及能源浪費(fèi)等問題,亟待解決。針對上述D2D分布式存儲網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用問題,本論文以降低數(shù)據(jù)下載和修復(fù)的通信開銷為目標(biāo),將可修復(fù)噴泉碼(Repairable Fountain Codes,RFC)技術(shù)引入D2D分布式存儲網(wǎng)絡(luò),以解決異構(gòu)D2D網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)可靠存儲和及時(shí)修復(fù)問題。主要的研究內(nèi)容及貢獻(xiàn)如下:可修復(fù)噴泉碼是在傳統(tǒng)信道編碼的基礎(chǔ)上,近幾年提出的一種具有分布式存儲性質(zhì)的新型噴泉碼。論文詳細(xì)闡述了可修復(fù)噴泉碼的編碼和譯碼過程,分析了可修復(fù)噴泉碼的特點(diǎn)。對可修復(fù)噴泉碼的分布式存儲性能進(jìn)行了詳細(xì)分析,并與傳統(tǒng)的復(fù)制、糾刪碼和再生碼方案進(jìn)行對比仿真,為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的D2D分布式存儲技術(shù)的研究做鋪墊。針對在一個(gè)基站覆蓋范圍下,兩組具有不同傳輸能力的移動設(shè)備組成的異構(gòu)D2D數(shù)據(jù)存儲場景。根據(jù)可修復(fù)噴泉碼的無碼率性質(zhì)和O(logk)的修復(fù)局部性,設(shè)計(jì)了具有非等局部性的可修復(fù)噴泉碼(Unequal Repair locality Based on RFC,URL-RFC)。闡述了編碼、譯碼、修復(fù)等過程,對等局部性和非等局部性可修復(fù)噴泉碼在該系統(tǒng)模型下的通信開銷進(jìn)行了性能分析和對比。通過仿真驗(yàn)證了URL-RFC方案在異構(gòu)D2D數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)絡(luò)中通信開銷的優(yōu)越性。針對未來基站小型化的特點(diǎn),提出了一種在分層異構(gòu)D2D分布式存儲網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用可修復(fù)噴泉碼的系統(tǒng)模型。通過對該模型工作過程的假設(shè)與分析,推導(dǎo)了在有一定的修復(fù)間隔的情況的數(shù)據(jù)下載和修復(fù)開銷的性能公式,并設(shè)計(jì)了分層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型下的非等局部性噴泉碼及其修復(fù)策略。比較了URL-RFC方案與其他編碼方案的通信開銷,并通過仿真驗(yàn)證了在移動設(shè)備和小基站均具有通信能力差異時(shí),URL-RFC可以更好地適應(yīng)分層異構(gòu)D2D分布式存儲網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)低能耗的數(shù)據(jù)下載和修復(fù)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5

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