用户端内容存储的移动网络自由度增益理论与关键技术研究

By exploiting the coupling of communications and caching resources within wireless networks, caching-enabled mobile networks become one way to meet the delivery of wireless massive content. As a result, there is a pressing need for the development of the user content caching to increase the degree of freedom of mobile networks. Towards this end, this project investigates the corresponding theory and technologies. In summary, the main works of this project can be categorized as follows:.1) to derive the degree of freedom gain for stochastic wireless networks based on the content caching at users, and optimize the content placement scheme to achieve the degree of freedom gain;.2) to design the interference cancellation and signal enhancement technologies based on the content caching at users. In order to balance both the transmission efficiency and the transmission reliability, the project also propose an optimization content placement scheme to achieve the caching gain and the interference management gain;.3) to introduce the interference by using the degree of freedom gain to prevent the eavesdropper from the acquisition of contents, and optimize the physical layer security schemes based on the cached contents to improve the transmission security;.4) to design the transmission and content caching scheme for mobile social networks by considering the content sharing privacy, in order to improve the transmission validity..The achievements of this project will be great benefit for practical applications of mobile computing networks.

通过通信与存储的深度耦合，基于用户端内容存储的移动网络成为满足未来海量业务传播的有效手段之一。如何通过用户端内容存储挖掘移动网络自由度是移动存储网络迫在眉睫的科学研究问题。本课题针对上述挑战，尝试探索相应的理论和关键技术。具体概括为：.1）探索用户内容存储带来的大型动态移动网络自由度增益的理论基础，研究达到该自由度增益极限的存储优化策略；.2）将该自由度增益部分用于更多内容传输，部分用于信号质量提升，设计相应的干扰消除和信号增强机制，提出析取存储增益和干扰管理增益的最优内容存储策略，在提高传输效率的同时提升可靠性；.3）将该自由度增益用于引入干扰，阻止窃听者对内容的获取，设计与优化利用存储内容的物理层安全机制，提升传输安全性；.4）考虑内容分享私密性，开展基于内容自由度增益的移动社交传播与内容存储联合优化设计，提升传输有效性。.本课题的研究工作对于移动计算网络应用提供理论基础与参考。

本课题项目研究内容按照任务书计划顺利开展并圆满地完成。具体工作可概括为三个方面：.（一）主要研究内容.本项目从核心理论、基本机制和实际应用三方面，深入研究无线缓存网络下的内容自由度增益理论极限，探究以自由度理论增益置换内容传输可靠性、安全性、有效性增益的网络优化方法。.1）核心理论上，面向内容感知的随机动态移动缓存网络，在理论上进行了缓存内容自由度的理论分析和优化部署，解决了随机动态网络下可实现的内容自由度增益理论极限问题，与数据重传机制下的可靠内容自由度增益的问题。.2）在基本机制上，探究了利用内容存储的自由度增益实现网络可靠性和安全性增益的问题。.提出了基于内容存储和联合干扰消除的干扰消除技术以提升传输可靠性，以及基于符号级和比特级缓存内容的安全传输协议以提升传输安全性。.3）在实际应用上，探究了利用内容存储的自由度增益实现社交网络内容传输有效性增益的问题，设计了面向协作传输需求的多用户存储内容的长时信道数据感知的传输机制，以及面向区块链需求的由用户存储内容分发机制。.（二）重要结果.1）相关研究成果获得多个国内外重要奖项，代表奖项有2020年上海市自然科学奖一等奖，2019年IEEE通信学会亚太区杰出论文奖；.2）共发表28篇学术论文，其中属于SCI期刊源的IEEE国际期刊论文15篇，EI刊源论文13篇；.3）获得中国发明授权专利5项；.4）培养博士生3名，硕士生8名。.（三）科学意义.1）研究成果在无线通信领域国际顶级期刊IEEE Trans. Wireless Commun.、IEEE Trans. Commun.等和国际顶级会议IEEE ICC、IEEE GLOBECOM等共计发表论文28篇，受到了包括中国科学院外籍院士、美国三院院士、普林斯顿大学H. Vincent Poor 教授，加拿大三院院士、中国工程院外籍院士、滑铁卢大学Xuemin (Sherman) Shen, 加拿大三院院士、IEEE Fellow、不列颠哥伦比亚大学 Victor C. M. Leung 教授,中国工程院张平院士等国内外知名专家的引用与关注。. 2）研究成果获发明专利5项，为未来应用奠定基础。