本發(fā)明屬于無線接入網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種聯(lián)合邊緣云計算和集中云計算的無線接入網(wǎng)絡(luò)的分布式用戶接入方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，移動用戶對于高速率數(shù)據(jù)的許多社交應(yīng)用和基于位置的通信應(yīng)用的需求呈指數(shù)增長；如無線高清視頻，社交即時通信和在線游戲等。

在現(xiàn)有的集中式云計算無線接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，這些數(shù)據(jù)流量均需要回傳到云計算服務(wù)器進行集中式處理，導(dǎo)致連接云計算服務(wù)器中的基帶處理單元(bbu)池和遠端射頻單元(rrh)間的前向鏈路(fronthaul)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量激增，大量冗余不需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)和控制信息導(dǎo)致fronthaul容量受限，也增加了云計算服務(wù)器中的bbu池的信號處理負(fù)擔(dān)。

另一方面，用戶所需的所有數(shù)據(jù)均存儲于集中式云計算服務(wù)器中，用戶每次下載都要與云計算服務(wù)器進行數(shù)據(jù)傳輸，大大增加了傳輸時延和系統(tǒng)處理時延，導(dǎo)致大規(guī)模集中協(xié)同信號處理增益受限，從而嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)性能。

為了應(yīng)對以上挑戰(zhàn)，邊緣云計算(edgecloudcomputing)作為一種新型分布式計算技術(shù)受到來自學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。與集中式云計算相比，邊緣云計算將數(shù)據(jù)緩存(cache)、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用程序集中在網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備中，比如智能直通終端d2d和邊緣計算接入點f-ap。用戶可以通過接入網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備直接進行數(shù)據(jù)傳輸，而不必與集中式云計算服務(wù)器進行冗余的數(shù)據(jù)傳輸，從而可以有效緩解fronthaul的傳輸壓力，降低網(wǎng)絡(luò)整體的傳輸時延和系統(tǒng)處理時延。同時，將邊緣云計算引入到集中云計算無線接入網(wǎng)中進行聯(lián)合部署，還可以有效利用集中式云計算服務(wù)器強大的計算能力彌補網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備計算能力上的不足，從而有效提升服務(wù)質(zhì)量qos(qualityofservice)。

但是，面對網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備的大規(guī)模部署，用戶面臨著如何選擇接入方式的問題。此外，對于不同用戶來說，無論是在所需文件的緩存位置信息、文件傳輸時延還是用戶業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量需求上，都存在著差異性，不同的接入方式會使不同用戶之間的性能產(chǎn)生相互影響，而傳統(tǒng)的用戶接入技術(shù)對多個用戶之間優(yōu)化接入的研究還很欠缺。

綜上所述，為了緩解fronthaul的容量受限，減少不必要的傳輸和處理時延，提升用戶服務(wù)體驗，需要對傳統(tǒng)的用戶接入技術(shù)進一步改進，研制新型的聯(lián)合邊緣云計算和集中云計算的無線接入網(wǎng)絡(luò)的分布式用戶接入方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種分布式用戶接入方法，綜合考慮了邊緣云計算和集中云計算無線接入網(wǎng)的技術(shù)特征，是一種具有通用性的用戶優(yōu)化接入選擇的解決方案。

待接入用戶基于各自所需文件的緩存位置信息、文件傳輸時延及用戶業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量需求，確定待接入用戶的優(yōu)化接入策略，從而在用戶本身和網(wǎng)絡(luò)整體性能優(yōu)化之間建立均衡。

具體步驟如下：

步驟一、當(dāng)有分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)起時，網(wǎng)絡(luò)中每個待接入用戶分別和各可接入節(jié)點之間進行非合作性能評估；

可接入節(jié)點包括f-ap節(jié)點和d2d節(jié)點；

第i個待接入用戶的評估內(nèi)容包括：用戶所需文件vi的緩存位置信息；用戶接收到的可接入節(jié)點的信號強度，干擾信號強度和噪聲水平；以及用戶與附近直通終端間的距離di；

步驟二、針對第i個待接入用戶，根據(jù)性能評估中所需文件vi的緩存位置信息和用戶與直通終端間距離di，確定用戶i屬于潛在d2d用戶或潛在f-ap用戶；

當(dāng)?shù)趇個用戶與某直通終端間距離di小于等于預(yù)定門限值d，且所需文件vi在該直通終端緩存內(nèi)，此時用戶i選擇接入該直通終端或接入附近的f-ap節(jié)點，用戶i被稱作潛在d2d(終端直通通信)用戶；

當(dāng)?shù)趇個用戶與附近直通終端間距離di均大于預(yù)定門限值d；或者雖然用戶i與某直通終端間距離di小于等于預(yù)定門限值d，但用戶i所需文件vi不在該直通終端緩存內(nèi)，此時用戶i只選擇接入鄰近的f-ap節(jié)點，用戶i被稱作潛在f-ap用戶；

步驟三、對第i個待接入用戶進行初始化接入，判斷用戶i是否為潛在f-ap用戶，如果是，用戶i選擇接入附近某一f-ap節(jié)點；否則，用戶i為潛在d2d用戶，初始隨機接入附近某直通終端或f-ap節(jié)點；

步驟四、當(dāng)用戶i選擇接入到某可接入節(jié)點j后，用戶i利用自身的邊緣計算處理器，計算速率收益rij，以及所需要付出的成本cij；

當(dāng)用戶i通過d2d模式接入到直通終端j，則付出成本包括直通終端j的緩存處理時延及文件vi的無線傳輸時延；

當(dāng)用戶i通過f-ap模式接入到f-ap節(jié)點j，且用戶i所需文件vi在接入的f-ap節(jié)點j中，則付出成本包括f-ap節(jié)點j的緩存處理時延及文件vi的無線傳輸時延；

當(dāng)用戶i通過f-ap模式接入到f-ap節(jié)點j，但用戶i所需文件vi不在接入的f-ap節(jié)點j中，則付出成本為fronthaul傳輸時延；

具體計算步驟如下：

步驟401、計算用戶i與接入節(jié)點j的接收信干噪比sinrij；

sinrij＝pij/(iij+n)

pij為用戶i檢測與其接入節(jié)點j之間的接收信號強度；iij為用戶i與接入節(jié)點j的干擾信號強度；n為用戶i與接入節(jié)點j的噪聲水平；j為用戶接入的節(jié)點編號；

步驟402、利用接收信干噪比sinrij，計算用戶i與接入節(jié)點j的速率收益rij；

rij＝log(1+sinrij)

步驟403、利用速率收益rij，構(gòu)建用戶i接入到接入節(jié)點j所需要付出的成本cij；

η為用戶在和可接入節(jié)點無線傳輸時頻譜占用、發(fā)射功耗、硬件損耗等所帶來的等成本系數(shù)；φ為fronthaul傳輸成本系數(shù)，表示f-ap節(jié)點在與云計算服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交換時fronthaul占用、硬件損耗等所帶來的等成本系數(shù)；τd為直通終端的緩存處理時延，表示直通終端處獲取文件位置以及文件在緩存中存取所帶來的時延；τe為f-ap節(jié)點的緩存處理時延，表示f-ap節(jié)點處獲取文件位置以及文件在緩存中存取所帶來的時延；λi為用戶i所需文件vi的大??；pe為用戶i所需文件vi在f-ap節(jié)點緩存中的概率；f為fronthaul傳輸速率限制；

步驟五、用戶i將選擇接入的節(jié)點，及需要付出的成本cij和速率收益rij廣播至附近f-ap節(jié)點；

步驟六、每個f-ap節(jié)點根據(jù)附近用戶的廣播信息，計算附近每個用戶的效用函數(shù)u(sij)及平均效用函數(shù)并保存到每個f-ap節(jié)點的效用函數(shù)列表中；

效用函數(shù)列表包含每個用戶的效用函數(shù)信息，以及平均效用函數(shù)；

首先，某f-ap節(jié)點接收到附近所有用戶發(fā)來的接入基站信息，速率收益rij和成本cij后，分別統(tǒng)計接入d2d模式的用戶數(shù)量n^d以及選擇接入f-ap模式的用戶數(shù)量n^f；

然后，針對用戶i，根據(jù)與接入節(jié)點j之間的速率收益及付出成本cij，計算用戶i的效用函數(shù)u(sij)：

最后，該f-ap節(jié)點計算附近所有用戶的平均效用函數(shù)

其中，nu為該f-ap節(jié)點附近待接入用戶總數(shù)，為潛在d2d用戶中選擇d2d模式接入的用戶數(shù)量，為潛在d2d用戶中選擇f-ap模式接入的用戶數(shù)量，為潛在f-ap用戶的數(shù)量；為選擇接入d2d模式用戶的速率，為選擇接入f-ap模式用戶的速率；

步驟七、每個f-ap節(jié)點根據(jù)各自的效用函數(shù)列表，比較自身列表中每個用戶的效用函數(shù)與平均效用函數(shù)的大小，對每個用戶的接入選擇進行迭代；

具體步驟如下：

步驟701、針對某f-ap節(jié)點，根據(jù)列表信息依次選取用戶的效用函數(shù)分別與平均效用函數(shù)進行比較；

步驟702、判斷當(dāng)前用戶的效用函數(shù)是否大于等于平均效用函數(shù)，如果是，則保持當(dāng)前用戶接入節(jié)點不變；否則，當(dāng)前用戶目前的效用函數(shù)小于平均函數(shù)，進入步驟703；

步驟703、判斷是否存在至少一個可接入節(jié)點使當(dāng)前用戶的效用函數(shù)提升，如果是，進入步驟704；否則，進入步驟705；

步驟704、將當(dāng)前用戶切換至使該用戶效用函數(shù)提升的某個可接入節(jié)點，并在列表中刪除該可接入節(jié)點之前的信息，同時更新該f-ap節(jié)點列表中當(dāng)前用戶現(xiàn)有的效用函數(shù)及附近用戶平均效用函數(shù)；

步驟705、當(dāng)前用戶目前的效用函數(shù)小于平均效用函數(shù)，但沒有其他可接入節(jié)點使當(dāng)前用戶的效用函數(shù)提升，則保持當(dāng)前用戶接入節(jié)點不變；

步驟706、從該f-ap節(jié)點的列表中依次下一個用戶，并判斷效用函數(shù)與平均效用函數(shù)的大小，進入步驟702；

步驟707、當(dāng)該f-ap節(jié)點的列表中所有用戶接入可接入節(jié)點后的效用函數(shù)均大于等于附近用戶平均的效用函數(shù)，即達到網(wǎng)絡(luò)接入均衡狀態(tài)；

此時，所有待接入用戶均接入使其效用函數(shù)最大的可接入節(jié)點；

步驟八、所有待接入用戶接入網(wǎng)絡(luò)后，每個f-ap對接入該f-ap的用戶和該f-ap所控制的d2d用戶分別進行通信模式的微調(diào)切換；

對于某個采用d2d模式接入網(wǎng)絡(luò)的用戶，f-ap周期性檢測該d2d用戶的性能；判斷傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延兩個傳輸質(zhì)量性能參數(shù)是否均大于等于預(yù)定門限時，如果是，則維持原狀態(tài)不變；否則，該d2d用戶的兩個傳輸質(zhì)量性能參數(shù)中的任何一項性能參數(shù)降低至小于其預(yù)定門限值，且該d2d用戶周圍其它d2d用戶的兩個傳輸質(zhì)量性能指標(biāo)均大于等于預(yù)定門限時，則提升該d2d用戶的智能終端的發(fā)射功率；

對于某個采用f-ap模式接入網(wǎng)絡(luò)的用戶，用戶所接入的f-ap節(jié)點周期性地檢測自身的業(yè)務(wù)量，fronthaul狀態(tài)、用戶數(shù)據(jù)傳輸速率和端到端的網(wǎng)絡(luò)傳輸時延狀況，并根據(jù)上述信息對用戶接入的f-ap節(jié)點進行切換：

針對某個f-ap節(jié)點，根據(jù)該f-ap節(jié)點的總業(yè)務(wù)量是否位于預(yù)設(shè)門限范圍內(nèi)，以及fronthaul狀態(tài)、用戶數(shù)據(jù)傳輸速率和端到端的網(wǎng)絡(luò)傳輸時延共三個傳輸質(zhì)量性能指標(biāo)參數(shù)是否在其預(yù)定門限范圍內(nèi)，劃分為不同狀態(tài)：

當(dāng)該f-ap節(jié)點的總業(yè)務(wù)量位于預(yù)設(shè)門限范圍內(nèi)；且三個傳輸質(zhì)量性能指標(biāo)參數(shù)均在其預(yù)定門限范圍內(nèi)時，則維持原狀態(tài)不變；

當(dāng)該f-ap節(jié)點的總業(yè)務(wù)量連續(xù)超過預(yù)設(shè)門限值導(dǎo)致fronthaul受限，或三個傳輸質(zhì)量性能指標(biāo)參數(shù)中的任何一項性能參數(shù)降低至小于其預(yù)定門限值時，則判定該f-ap節(jié)點處于高業(yè)務(wù)量狀態(tài)；處理方法包括兩種：一是提升該的f-ap節(jié)點功率，同時將來自該f-ap節(jié)點的部分基帶信號經(jīng)路由分配至云計算服務(wù)器，并指定基帶處理單元進行無線資源的調(diào)度；二是將該f-ap節(jié)點的用戶切換到其他鄰近的f-ap節(jié)點。

當(dāng)該f-ap節(jié)點的總業(yè)務(wù)量連續(xù)少于預(yù)設(shè)門限值，且三個傳輸質(zhì)量性能指標(biāo)均高于其預(yù)定門限值時，則判定該f-ap節(jié)點處于低業(yè)務(wù)量狀態(tài)，處理方法包括兩種：一是該f-ap節(jié)點降低發(fā)射功率，二是將該f-ap節(jié)點的所有用戶根據(jù)能效指標(biāo)切換到附近f-ap節(jié)點后，關(guān)閉該f-ap節(jié)點。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

一種分布式用戶接入方法，充分發(fā)揮了邊緣計算的技術(shù)優(yōu)勢，使用戶可以利用網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備的儲存能力和數(shù)據(jù)處理能力直接進行數(shù)據(jù)傳輸，而不必與集中式云計算服務(wù)器進行冗余的數(shù)據(jù)傳輸，顯著緩解去程鏈路的容量受限，減少數(shù)據(jù)傳輸延時，提高用戶體驗。另一方面，在接入過程中綜合考慮了用戶速率收益與傳輸時延成本，使用戶的接入選擇更加合理，網(wǎng)絡(luò)性能更加均衡。

附圖說明

圖1為本發(fā)明聯(lián)合邊緣云計算和集中云計算的分布式用戶接入方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明聯(lián)合邊緣云計算和集中云計算的分布式用戶接入方法中通信場景示意圖。

圖3為本發(fā)明每個f-ap節(jié)點根據(jù)效用函數(shù)列表對每個用戶的接入選擇進行迭代流程圖。

圖4為本發(fā)明不同接入情況下用戶的平均效用函數(shù)與迭代次數(shù)關(guān)系的仿真結(jié)果對比圖。

圖5為本發(fā)明不同的接入方式下用戶的選擇接入模式比例與迭代次數(shù)關(guān)系的對比圖。

具體實施例

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方法進行詳細(xì)說明。

如圖2所示，網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備節(jié)點包括智能直通終端接入點d2d和邊緣計算接入點f-ap兩種：待接入用戶可以同帶有緩存的直通終端接入點d2d進行通信，也可以與邊緣計算接入點f-ap進行通信；同時邊緣計算接入點f-ap通過fronthaul鏈路與云計算服務(wù)器中的基帶處理單元bbu直接進行通信。

直通終端接入點d2d，用于智能終端之間直接傳輸所需數(shù)據(jù)；且該直通終端接入點d2d裝配有邊緣存儲模塊，具有發(fā)現(xiàn)相鄰直通終端和探測配置反饋信息的能力，以及向邊緣計算節(jié)點f-ap上報位置信息、噪聲水平和干擾信息等信息的能力。

邊緣計算接入點f-ap分布式部署，用于管理用戶智能直通終端d2d的通信資源以及獨立執(zhí)行業(yè)務(wù)和控制信息的處理操作；具有一定的基帶信號處理能力和邊緣存儲、計算能力，以滿足數(shù)據(jù)熱點地區(qū)覆蓋和熱門文件存儲的需求；每個f-ap節(jié)點通過fronthaul鏈路連接到云計算服務(wù)器中的bbu池。

本發(fā)明基于聯(lián)合邊緣云計算和集中云計算的無線接入網(wǎng)絡(luò)的分布式用戶接入方法，如圖1所示，具體操作步驟如下：

步驟一、當(dāng)有分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)起時，網(wǎng)絡(luò)中每個待接入用戶分別和各可接入節(jié)點之間進行非合作性能評估；

可接入節(jié)點包括f-ap節(jié)點和d2d節(jié)點；

當(dāng)有分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)起時，各待接入用戶自主掃描收集鄰近直通終端d2d節(jié)點與f-ap節(jié)點的廣播信息，具體包括位置信息、設(shè)備標(biāo)示信息、信道頻率信息和緩存文件信息；

針對第i個待接入用戶，i為用戶編號；根據(jù)收集到的各接入點的廣播信息，在用戶i處進行后臺處理，評估附近直通終端d2d節(jié)點與用戶之間的距離di，用戶所需文件vi的緩存位置信息；以及各個接入點與用戶之間的信號強度、干擾信號強度、噪聲水平和其他鏈路參數(shù)。

步驟二、針對第i個待接入用戶，根據(jù)性能評估中所需文件vi的緩存位置信息和用戶與直通終端間距離di，確定用戶i屬于潛在d2d用戶或潛在f-ap用戶；

初始化用戶可接入節(jié)點列表，根據(jù)步驟一中獲得的用戶所需文件vi的緩存位置信息和用戶與直通終端間的距離di，與預(yù)設(shè)值進行比對，確定待接入用戶i的可接入節(jié)點：

如果某用戶與某一直通終端間距離小于預(yù)定門限值d，且用戶所需文件在該直通終端緩存內(nèi)，此時用戶可以選擇接入該直通終端或接入附近f-ap節(jié)點，該用戶被稱作潛在終端直通通信(d2d)用戶；更新用戶可接入節(jié)點列表；

如果用戶與附近直通終端間距離均大于預(yù)定門限值d，或者雖然用戶與某一直通終端間距離小于預(yù)定門限值d，但用戶所需文件不在該直通終端緩存內(nèi)，此時該用戶只可選擇接入鄰近的f-ap節(jié)點，該用戶被稱作潛在f-ap用戶；更新用戶可接入節(jié)點列表；

步驟三、對第i個待接入用戶進行初始化接入，判斷用戶i是否為潛在f-ap用戶，如果是，用戶i選擇接入附近某一f-ap節(jié)點；否則，用戶i為潛在d2d用戶，初始隨機接入附近某直通終端或f-ap節(jié)點；

用戶根據(jù)自身的可接入節(jié)點類型，進行初始化接入；若待接入用戶為潛在f-ap用戶，則選擇接入用戶附近某一f-ap節(jié)點；若待接入用戶為潛在d2d用戶，則初始隨機接入附近某一直通終端或f-ap節(jié)點；

對于選擇d2d模式初始化接入網(wǎng)絡(luò)的用戶，在f-ap的管理控制下完成接入：首先，待接入用戶i廣播自己的位置和設(shè)備標(biāo)識等信息，進入等待相應(yīng)狀態(tài)；直通終端j接收到該信息后，在跟待接入用戶i相同的頻段上面，廣播直通終端j自己的位置和設(shè)備標(biāo)識等信息，進入等待接入狀態(tài)；然后，待接入用戶i收到直通終端j的信息后，繼續(xù)在該頻段上面發(fā)送確認(rèn)信息，此時待接入用戶i處于已連接狀態(tài)，直通終端j收到該確認(rèn)信息后，轉(zhuǎn)入已連接狀態(tài)，雙方可以進行通信；

對于采用f-ap模式接入網(wǎng)絡(luò)的用戶，若用戶所需文件在該用戶所接入的f-ap緩存之中，則按照傳統(tǒng)小區(qū)接入方式接入f-ap；若用戶所需文件不在該用戶所接入的f-ap緩存之中，則采用傳統(tǒng)c-ran通信模式，即f-ap通過fronthaul鏈路把所有信號處理和資源管理集中到云計算服務(wù)器中的bbu池進行通信；

步驟四、當(dāng)用戶i選擇接入到某可接入節(jié)點j后，用戶i利用自身的邊緣計算處理器，計算所需要付出的成本cij；

用戶i初始化接入后，利用自身的邊緣計算處理器計算所需要付出的成本cij；

首先，用戶i檢測與其接入節(jié)點j的接收信號強度pij，干擾信號強度iij和噪聲水平n，并根據(jù)以上指標(biāo)計算用戶i與接入節(jié)點j的接收信干噪比sinrij＝pij/(iij+n)，進而根據(jù)接收信干噪比sinrij計算用戶i與接入節(jié)點j的的速率收益rij，具體通過下式實現(xiàn)：

rij＝log(1+sinrij)

其中j為用戶接入的節(jié)點編號；

然后，利用速率收益rij，構(gòu)建用戶i接入到接入節(jié)點j所需要付出的成本cij；

若用戶通過d2d模式接入，則付出成本包括直通終端的緩存處理時延及文件無線傳輸時延；

若用戶通過f-ap模式接入，且用戶所需文件在接入的f-ap節(jié)點中，則付出成本包括f-ap節(jié)點的緩存處理時延及文件無線傳輸時延；

若用戶通過f-ap模式接入，但用戶所需文件不在接入的f-ap節(jié)點中，則付出成本為fronthaul傳輸時延；

付出成本cij的具體計算公式如下：

其中，η為無線傳輸成本系數(shù)，用以表示用戶在和可接入節(jié)點無線傳輸時頻譜占用、發(fā)射功耗、硬件損耗等所帶來的等成本系數(shù)；φ為fronthaul傳輸成本系數(shù)，用以表示f-ap節(jié)點在與云計算服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交換時fronthaul占用、硬件損耗等所帶來的等成本系數(shù)；τd、τe分別為直通終端和f-ap節(jié)點的緩存處理時延，用以表示直通終端和f-ap節(jié)點處獲取文件位置以及文件在緩存中存取所帶來的時延；λi為用戶i所需文件vi的大??；pe為用戶i所需文件vi在f-ap節(jié)點緩存中的概率；f為fronthaul傳輸速率限制；

步驟五、用戶i將選擇接入的節(jié)點，及需要付出的成本cij和速率收益rij廣播至附近f-ap節(jié)點；

待用戶將自身接入基站的信息，經(jīng)過計算后的速度收益和付出的成本數(shù)據(jù)以廣播的形式發(fā)送至附近f-ap節(jié)點；

步驟六、每個f-ap節(jié)點根據(jù)附近用戶的廣播信息，計算附近每個用戶的效用函數(shù)u(sij)及平均效用函數(shù)并保存到每個f-ap節(jié)點的效用函數(shù)列表中；

每個f-ap節(jié)點分別建立一個效用函數(shù)列表，包括附近用戶的平均效用函數(shù)以及附近每個用戶當(dāng)前的效用函數(shù)信息；

首先，某f-ap節(jié)點接收到附近用戶發(fā)來的接入基站信息，及速度收益和成本數(shù)據(jù)后，統(tǒng)計獲取附近的用戶總數(shù)，選擇接入d2d模式的用戶數(shù)量以及選擇接入f-ap模式的用戶數(shù)量；

然后，針對用戶i，根據(jù)用戶i與接入節(jié)點j的速率收益及付出成本，計算用戶i的效用函數(shù)u(sij)，具體通過下式實現(xiàn)：

其中，n^d為選擇d2d模式接入的用戶數(shù)量，n^f為選擇f-ap模式接入的用戶數(shù)量。

最后，f-ap節(jié)點根據(jù)下式計算附近用戶的平均效用函數(shù)

其中，nu為該f-ap節(jié)點附近待接入用戶總數(shù)，為潛在d2d用戶中選擇d2d模式接入的用戶數(shù)量，為潛在d2d用戶中選擇f-ap模式接入的用戶數(shù)量，為潛在f-ap用戶的數(shù)量；為選擇接入d2d模式用戶的速率，為選擇接入f-ap模式用戶的速率；

步驟七、每個f-ap節(jié)點根據(jù)各自的效用函數(shù)列表，比較自身列表中每個用戶的效用函數(shù)與平均效用函數(shù)的大小，對每個用戶的接入選擇進行迭代；

博弈階段采用演進博弈作為待接入用戶分布式接入選擇的博弈模型：首先，若某用戶目前的效用函數(shù)大于等于附近用戶平均效用函數(shù)，則維持現(xiàn)有不變；若某用戶目前的效用函數(shù)小于附近用戶平均的效用函數(shù)，且至少有一個該用戶的可接入節(jié)點可使該用戶的效用函數(shù)提升，則將其切換至可以使該用戶效用函數(shù)提升的一個可接入節(jié)點，同時更新f-ap節(jié)點中該用戶的效用函數(shù)及附近用戶平均效用函數(shù)；

重復(fù)此步驟，直到所有用戶接入某可接入節(jié)點后的效用函數(shù)均大于等于附近用戶平均的效用函數(shù)，即達到網(wǎng)絡(luò)接入均衡狀態(tài)；此時，網(wǎng)絡(luò)中所有用戶均接入使其效用函數(shù)最大的可接入節(jié)點；

如圖3所示，具體步驟如下：

步驟701、針對某f-ap節(jié)點，根據(jù)列表信息依次選取用戶的效用函數(shù)分別與平均效用函數(shù)進行比較；

f-ap節(jié)點將計算得到的附近用戶效用函數(shù)與平均效用函數(shù)進行比較；

步驟702、判斷當(dāng)前用戶的效用函數(shù)是否大于等于平均效用函數(shù)，如果是，則保持當(dāng)前用戶接入節(jié)點不變；否則，當(dāng)前用戶目前的效用函數(shù)小于平均函數(shù)，進入步驟703；

步驟703、判斷是否存在至少一個可接入節(jié)點使當(dāng)前用戶的效用函數(shù)提升，如果是，進入步驟704；否則，進入步驟705；

步驟704、將當(dāng)前用戶切換至使該用戶效用函數(shù)提升的某個可接入節(jié)點，并在列表中刪除該可接入節(jié)點之前的信息，同時更新該f-ap節(jié)點列表中當(dāng)前用戶現(xiàn)有的效用函數(shù)及附近用戶平均效用函數(shù)；

若f-ap節(jié)點發(fā)現(xiàn)效用函數(shù)列表中附近用戶平均效用函數(shù)比該用戶現(xiàn)有的效用函數(shù)更大，且至少有一個該用戶的可接入節(jié)點可使該用戶的效用函數(shù)提升；則發(fā)送指令使用戶切換接入至該可接入節(jié)點，并在列表中刪除之前接入節(jié)點信息，更新用戶的現(xiàn)有效用函數(shù)列表信息及附近用戶平均效用函數(shù)信息；

步驟705、當(dāng)前用戶目前的效用函數(shù)小于平均效用函數(shù)，但沒有其他可接入節(jié)點使當(dāng)前用戶的效用函數(shù)提升，則保持當(dāng)前用戶接入節(jié)點不變；

步驟706、從該f-ap節(jié)點的列表中依次下一個用戶，并判斷效用函數(shù)與平均效用函數(shù)的大小，進入步驟702；

步驟707、當(dāng)該f-ap節(jié)點的列表中所有用戶接入可接入節(jié)點后的效用函數(shù)均大于等于附近用戶平均的效用函數(shù)，即達到網(wǎng)絡(luò)接入均衡狀態(tài)；

重復(fù)進行循環(huán)決策，直到網(wǎng)絡(luò)中所有用戶都確定選擇接入策略，則達到用戶本身和網(wǎng)絡(luò)整體性能優(yōu)化之間均衡；此時，所有待接入用戶均接入使其效用函數(shù)最大的可接入節(jié)點；

步驟八、所有待接入用戶接入網(wǎng)絡(luò)后，每個f-ap對接入該f-ap的用戶和該f-ap所控制的d2d用戶分別進行通信模式的微調(diào)切換；

對于某個采用d2d模式接入網(wǎng)絡(luò)的用戶，f-ap周期性檢測所控制的該d2d用戶的性能；判斷傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延兩個傳輸質(zhì)量性能參數(shù)是否均大于等于預(yù)定門限時，如果是，則維持原狀態(tài)不變；否則，該d2d用戶的兩個傳輸質(zhì)量性能參數(shù)中的任何一項性能參數(shù)降低至小于其預(yù)定門限值，且該d2d用戶周圍其它d2d用戶的兩個傳輸質(zhì)量性能指標(biāo)均大于等于預(yù)定門限時，則提升該d2d用戶的智能終端的發(fā)射功率；

對于某個采用f-ap模式接入網(wǎng)絡(luò)的用戶，用戶所接入的f-ap節(jié)點周期性地檢測自身的業(yè)務(wù)量，fronthaul狀態(tài)、用戶數(shù)據(jù)傳輸速率和端到端的網(wǎng)絡(luò)傳輸時延狀況，并根據(jù)上述信息對用戶接入的f-ap節(jié)點進行微調(diào)切換：

針對某個f-ap節(jié)點，根據(jù)該f-ap節(jié)點的總業(yè)務(wù)量是否位于預(yù)設(shè)門限范圍內(nèi)，以及fronthaul狀態(tài)、用戶數(shù)據(jù)傳輸速率和端到端的網(wǎng)絡(luò)傳輸時延共三個傳輸質(zhì)量性能指標(biāo)參數(shù)是否在其預(yù)定門限范圍內(nèi)，劃分為不同狀態(tài)：

當(dāng)該f-ap節(jié)點的總業(yè)務(wù)量位于預(yù)設(shè)門限范圍內(nèi)；且三個傳輸質(zhì)量性能指標(biāo)參數(shù)均在其預(yù)定門限范圍內(nèi)時，則維持原狀態(tài)不變；

當(dāng)該f-ap節(jié)點的總業(yè)務(wù)量連續(xù)超過預(yù)設(shè)門限值導(dǎo)致fronthaul受限，或三個傳輸質(zhì)量性能指標(biāo)參數(shù)中的任何一項性能參數(shù)降低至小于其預(yù)定門限值時，則判定該f-ap節(jié)點處于高業(yè)務(wù)量狀態(tài)；處理方法包括兩種：一是提升該的f-ap節(jié)點功率，同時進行大規(guī)模無線資源的調(diào)度：將來自該f-ap節(jié)點的部分基帶信號經(jīng)路由分配至云計算服務(wù)器，并指定基帶處理單元進行無線資源的調(diào)度；二是將該f-ap節(jié)點的用戶切換到其他鄰近的f-ap節(jié)點。

當(dāng)該f-ap節(jié)點的總業(yè)務(wù)量連續(xù)少于預(yù)設(shè)門限值，且三個傳輸質(zhì)量性能指標(biāo)均高于其預(yù)定門限值時，則判定該f-ap節(jié)點處于低業(yè)務(wù)量狀態(tài)，處理方法包括兩種：一是該f-ap節(jié)點降低發(fā)射功率，二是將該f-ap節(jié)點的所有用戶根據(jù)能效指標(biāo)切換到附近f-ap節(jié)點后，關(guān)閉該f-ap節(jié)點。

本發(fā)明一種聯(lián)合邊緣云計算和集中云計算的無線接入網(wǎng)絡(luò)的分布式用戶接入方法，首先，當(dāng)有分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)起時，各待接入用戶擬各自和網(wǎng)絡(luò)之間進行非合作性能評估，評估采用終端直通接入模式和接入帶有該業(yè)務(wù)緩存的本地接入點的性能；然后，基于待接入用戶所需文件的緩存位置信息、文件傳輸時延及用戶業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量需求，確定待接入用戶的優(yōu)化接入策略，從而在用戶本身和網(wǎng)絡(luò)整體性能優(yōu)化之間建立均衡；本發(fā)明可緩解去程鏈路的容量受限，減少數(shù)據(jù)傳輸延時，提高用戶體驗。

本發(fā)明所提出的分布式用戶接入方法對于不同的初始化用戶接入d2d模式比例，包括所有潛在d2d用戶在初始接入時有30％、50％、70％選擇接入d2d模式，用戶平均效用函數(shù)與迭代次數(shù)關(guān)系的仿真結(jié)果，如圖4所示；從圖中可以看出所提分布式用戶接入方法可以迅速到達均衡狀態(tài)，在經(jīng)過迭代后都能達到相近的用戶平均收益位置。為了對所提資源分配方案進行對比，考慮了兩種極端情況和一個對比方案，其中兩種極端情況分別為潛在d2d用戶完全接入d2d，以及完全接入f-ap節(jié)點的情況。從圖中可以看出，對比兩種極端情況所提分布式用戶接入方法的用戶平均效用函數(shù)可以獲得顯著提升。此外，對比方案考慮用戶按照接收功率的大小選擇接入f-ap還是d2d模式，可以看出本發(fā)明分布式用戶接入方法相比于按照最大接收功率接入的方式可以獲得9％的性能提升。

分布式用戶接入方法在每次迭代過程中，所有潛在d2d用戶選擇接入d2d模式和f-ap的比例變化過程，如圖5所示；從圖中可以看出，對比初始接入時有75％選擇接入d2d模式25％接入f-ap節(jié)點，以及初始接入時有50％選擇接入d2d模式50％接入f-ap節(jié)點的情況，經(jīng)過多次迭代后能夠很快達到平衡狀態(tài)，且達到平衡時潛在d2d用戶選擇接入某一模式的比例相同，約70％潛在d2d用戶最終選擇d2d模式，30％最終選擇接入f-ap模式。