小蜂窝视频缓存系统的博弈论定价与资源分配

有证据表明，下载点播视频导致了蜂窝网络数据流量的急剧增加。将热门视频缓存到小蜂窝基站(SBS)的存储中，即小蜂窝缓存，是一种减少传输延迟同时缓解热门视频在回程信道上冗余传输的高效技术。本文中，我们考虑一个商业化的小蜂窝缓存系统，由网络服务提供商(NSP)、若干视频零售商(VR)和移动用户(MU)组成。NSP 将其 SBS 租赁给 VR 以获利，而 VR 在将热门视频存储到租赁的 SBS 中后，可以向 MU 提供更快速的本地视频传输，从而获得更多利润。我们通过将 SBS 视为一种特定类型的资源，在斯塔克伯格博弈框架内构想该系统。我们首先将 MU 和 SBS 建模为两个独立的泊松点过程，并通过随机几何理论推导出 MU 直接从 SBS 存储器中获得其选择视频这一特定事件的概率。然后，基于推导出的概率，我们构建了一个斯塔克伯格博弈，以联合最大化 NSP 和 VR 的平均利润。此外，我们通过求解一个非凸优化问题来研究斯塔克伯格均衡。借助该博弈论框架，我们阐明了四个重要因素之间的关系：租赁 SBS 的最优定价、VR 之间的 SBS 分配、SBS 的存储大小以及 VR 的流行度分布。蒙特卡洛仿真表明，我们基于随机几何的分析结果与经验结果紧密匹配。还提供了数值结果，通过展示所提博弈论框架在定价与资源分配上的效率来量化该框架。