CN104936250B - 无线d2d网络中基于p2p文件共享路由的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线D2D网络中基于P2P文件共享路由的方法，包括：1)根据基站端的路径增益、蜂窝用户发射信号在基站端的信干比，以及节点之间的最高传输速率，构建最大化平均数据下载速率的路由优化模型；2)在路由优化模型中，设计一种不支持P2P文件共享机制的路由策略，对每个订阅者进行文件服务器选择，然后对每个文件服务器进行频谱分配，最后，为每个文件服务器选择与其所连接的订阅者之间的最短径，进行数据传输。本发明综合考虑了D2D节点和蜂窝用户之间的干扰，在保证蜂窝用户通信质量的同时满足了D2D链路的最低传输速率；显著提高了数据下载速率。

Description

无线D2D网络中基于P2P文件共享路由的方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及无线D2D网络中基于P2P文件共享路由的方法。

背景技术

由于无线通信网络中设备间具有广泛而频繁的信息交互，并且无线资源的日益短缺，D2D(设备到设备)直连通信技术引起了学术界的普遍关注，它不仅满足了设备间直接通信的需求，还可以提高蜂窝网络的频谱效率和***容量。在D2D网络中，由于各节点的发射功率受限，常常需要通过建立多跳路由来满足可靠通信的需求。但多跳通信的传播速率有时会达不到要求，这一方面是因为节点发射功率较低，另一方面是因为路由控制过程较复杂。因此，在D2D网络中引入P2P(点对点)技术可以在一定程度上解决该问题。P2P技术起源于计算机网络，网络中的节点可以从其他节点处下载数据，而不是必须在服务器处下载和浏览。对于D2D网络中分散在各处的节点有相同数据下载需求的场景，P2P技术可以有效提高整个网络的平均数据下载速率。

然而，在对干扰控制有严格要求的D2D网络中，如何设计P2P共享策略面临许多新问题。首先，过多的P2P共享服务会加重网络通信的负担并对蜂窝用户带来更大的干扰。其次，在干扰敏感的场景中如何进行资源分配以及路由选择仍然是一个待解决的问题。因此，研究D2D网络中基于P2P文件共享技术的路由策略具有重要意义。

发明内容

针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种无线D2D网络中基于P2P文件共享路由的方法，能够提高数据下载速率。

为达到以上目的，本发明的技术方案为：

一种无线D2D网络中基于P2P文件共享的路由方法，用于一蜂窝网络和D2D网络并存的场景，包括以下步骤：

1)根据基站端的路径增益、蜂窝用户发射信号在基站端的信干比，以及节点之间的最高传输速率，构建最大化平均数据下载速率的路由优化模型；

具体步骤包括：

1-1)、计算基站端的路径增益，其计算公式为：

其中，P_cell为蜂窝用户的发射功率，d_m为第m个蜂窝用户和基站之间的距离，θ是路径损耗指数，α是天线的固定功率增益；

1-2)、计算第m个蜂窝用户发射信号在基站端的信干比SIR_cell,m，并要求其值大于等于门限值ρ_th：

其中，P_n为D2D节点n的发射功率，Δ_n为节点n和基站之间的距离；

1-3)、由上式计算出节点n发射功率的上界为：

1-4)、计算节点n到节点k的最高传输速率R_(n,k)，其计算公式为：

其中，B为蜂窝用户的带宽，Δ_(k,m)为节点k和第m个蜂窝用户之间的距离，d_n,k为节点n和节点k之间的距离，N₀为噪声功率；

1-5)、假设网络中共有N_ser个文件服务器和N_sub个订阅者，定义从第u个服务器到第v个订阅者的数据下载速率R(f_u→s_v)为：

其中，H(f_u→s_v)为一个数据包从第u个文件服务器传到第v个订阅者所需经过的跳数，R_th为D2D节点间的最低传输速率；

1-6)、由于一个订阅者可以从所有服务器下载数据，因此第v个订阅者的总数据下载速率R(s_v)计算公式如下：

1-7)、基于上式所给出的定义，我们可以得到对所有订阅者下载速率平均后的平均数据下载速率R为：

1-8)、基于以上定义与公式，我们得到最大化平均数据下载速率的路由优化模型如下：

其中，是从各服务器发出的路由的集合，代表由服务器f_u通往其目的订阅者的路由，表示服务器、订阅者以及通信使用频谱的分配方案，K_u代表分配方案的最大个数，为与第f_u个服务器对应的分配方案记录单元，该单元由三个变量构成，变量z_u,1设定为f_u，代表与服务器f_u相关联的路由的起点为f_u，变量z_u,2设定为s_v，代表与服务器f_u相关联的路由的终点为s_v，变量z_u,3的取值为m，代表与服务器f_u相关联的路由使用第m个蜂窝用户的频谱进行通信，假设蜂窝网络中共有M个蜂窝用户，其下标为m＝1,2,...M；

2)在路由优化模型中，对每个订阅者进行文件服务器选择，然后对每个文件服务器进行频谱分配，最后，为每个文件服务器选择与其所连接的订阅者之间的最短径，进行数据传输；具体步骤包括：

2-1)、文件服务器选择：

a、对每个订阅者s_v，计算出与其距离最远的服务器f_u′(v)：

b、将各订阅者按照其与各服务器的最远距离由大到小排序，找到具有最远距离订阅者s_v′：

c、为挑选出的订阅者s_v′按照最小距离原则选择服务器u^*(v′)，最小距离原则的表达式如下：

d、根据选择结果设置服务器u^*(v′)的即令并将另一订阅者分配给剩下的一个服务器，设置与该服务器对应的分配方案记录单元；

2-2)、频谱分配

a、对服务器f_u，计算可以衡量该服务器及其目的订阅者与基站、蜂窝用户m之间距离的标量

b、按照下式为服务器f_u找到蜂窝用户m′_u：

c、按照由小到大为所有服务器排序，并按照该顺序依次为每个服务器选择所要共享频谱的蜂窝用户，即

2-3)、路由选择

a、对从服务器f_u发出的路径其最小化路径跳数的优化模型如下：

π_u(1)＝f_u；

π_u(K_u+1)＝z_u,2；

其中，表示集合的势，在此为路由的总跳数；K_u为该路径的总跳数；f_i代表全网络中第i个服务器，s_j代表全网络中第j个订阅用户；

b、对上式所示的优化问题，将其转化成有向图，从而使用Dijkstra算法求得从f_u到其目的订阅者的最短路径

所述步骤2)后还包括步骤3-1)：

对相邻订阅者之间进行路由延伸，使得订阅者之间能够获取最短路由连接路径，当订阅者之间获取的路径小于订阅者与文件服务器之间的路径时，保留订阅者之间获取的路径，否则不保留，将订阅者与文件服务器之间的路径作为最终通信路径。

所述步骤3-1)具体为：

a、在订阅者之间进行路由延伸，该路由延伸的优化模型为：

其中，为由服务器f_u,1≤u≤N_ser的目的订阅者延伸出的路由，为所延伸路由的跳数，R_(n,k)为节点n到节点k的最高传输速率，R_th为D2D节点间的最低传输速率，为所延伸路由的源节点，为所延伸路由的最后一跳节点，为所延伸路由的第w跳，f_i代表全网络中第i个服务器，s_j代表全网络中第j个订阅用户，N_ser为全网络中文件服务器个数，N_sub为全网络中订阅者个数；为与第f_u个服务器对应的分配方案记录单元，该单元由三个变量构成，变量z_u,1设定为f_u，代表与服务器f_u相关联的路由的起点为f_u，变量z_u,2设定为s_v，代表与服务器f_u相关联的路由的终点为s_v，变量z_u,3的取值为m，代表与服务器f_u相关联的路由使用第m个蜂窝用户的频谱进行通信，假设蜂窝网络中共有M个蜂窝用户，其下标为m＝1,2,...M；对于上式，如令u＝1,v＝2，则代表要从服务器f₁的目的订阅者延伸路由至另一个订阅者，即服务器f₂的目的订阅者，该延伸路由上的节点仍使用蜂窝用户z_1,3的频谱；相反，若令u＝2,v＝1，则表示要从服务器f₂的目的订阅者延伸路由至服务器f₁的目的订阅者，该延伸路由上的节点使用蜂窝用户z_2,3的频谱；

b、对于上式所示的优化问题，将其转化成有向图，使用Dijkstra算法分别求得从f_u,u＝1,2的目的订阅者延伸出的最短路由

c、若则保留步骤b所述路由延伸方法的结果，若则不保留该结果，其中为所延伸路由的跳数，为从服务器f_u通往其目的订阅者的路由跳数。

所述步骤2)后还包括步骤3-2)：

获取文件服务器与订阅者之间的路由路径，根据所获取的路由路径获取订阅者的候选者节点；从候选节点中找到一个节点，使得从文件服务器到该节点以及该节点到相邻订阅者的两段路由总跳数之和最少；若该两段路由总跳数之和小于文件服务器与订阅者之间的路由跳数，则将该两段路由保存作为最终生成的路由；若该两段路由总跳数之和大于等于文件服务器与订阅者之间的路由跳数时，则不保存该两段路由，以文件服务器与订阅者之间的路由作为最终路由。

与现有技术比较，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种无线D2D网络中基于P2P文件共享的路由方法，所构建的路由优化模型综合考虑了D2D节点和蜂窝用户之间的干扰，在保证蜂窝用户通信质量的同时满足了D2D链路的最低传输速率；在路由优化模型中，对每个订阅者进行文件服务器选择，然后对每个文件服务器进行频谱分配，最后，为每个文件服务器选择与其所连接的订阅者之间的最短经，进行数据传输，有效的提高了最低的数据下载速率。

进一步的，本发明还设计了R-DPS策略和R-CPS策略通过允许订阅者之间的数据交互，显著提高了数据下载速率；R-CPS策略充分利用了无线通信的广播特性，对R-DPS策略生成的路由进行调整，进一步提高了数据下载速率；仿真实验表明，在三种路由策略中，R-DPS策略可以带来最高的数据下载速率，其次是R-CPS策略，而不支持P2P的基准策略具有最低的数据下载速率。

附图说明

图1是本发明的***模型图；

图2是本发明中三种路由策略的示意图；(a)是不支持P2P的路由策略图；(b)是P-DPS策略图；(c)是P-CPS策略图；

图3是本发明的仿真场景；

图4是本发明中三种路由策略随网络中D2D节点个数变化时平均数据下载速率变化曲线；

图5是本发明的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

本发明考察D2D网络和蜂窝网络共存的混合网络，如图1所示。假设蜂窝网络中共有M个蜂窝用户，其下标为m＝1,2,...M；D2D网络由N个设备节点构成，其下标为n＝1,2,...N，各D2D节点通过共享蜂窝用户的上行频谱进行直接通信，并且一条D2D通信链路只能使用一个蜂窝用户的频谱。在N个D2D节点中，存在N_ser个文件服务器，标记为这些服务器存储着相同的数据；在N个D2D节点中，还存在N_sub个订阅者，标记为这些订阅者有从服务器下载相同数据的需求。我们考虑存在两个文件服务器、两个订阅者和两个蜂窝用户的场景。由于各订阅者具有相同的数据需求并且各服务器存储的数据相同，订阅者除作为接收者外，还可以作为服务器，为另一个订阅者提供数据下载服务。如图1所示，订阅者1试图从一个服务器下载数据而订阅者2试图从另一个服务器下载数据。订阅者1有两种路由选择：路由1和路由2。若选择路由2，则订阅者2也可以从订阅者1处下载数据，从而提高了整个网络的数据下载速率。

针对以上***模型，本发明的主要步骤包括：

如图5所述，本发明提供了一种无线D2D网络中基于P2P文件共享的路，由策略，用于一蜂窝网络和D2D网络并存的场景，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先给出模型中使用的有关符号的定义：用d_m表示第m个蜂窝用户和基站之间的距离，用d_n,k表示D2D节点n和k之间的距离；用Δ_n表示第n个D2D节点和基站之间的距离，用Δ_(n,m)表示第n个D2D节点和第m个蜂窝用户之间的距离。

根据基站端的路径增益、蜂窝用户发射信号在基站端的信干比，以及节点之间的最高传输速率，构建最大化平均数据下载速率的路由优化模型；

1-1)、计算基站端的路径增益，其计算公式为：

其中，P_cell为蜂窝用户的发射功率，d_m为第m个蜂窝用户和基站之间的距离，θ是路径损耗指数，α是天线的固定功率增益；

1-2)、计算第m个蜂窝用户发射信号在基站端的信干比SIR_cell,m，并要求其值大于等于门限值ρ_th：

其中，P_n为D2D节点n的发射功率，Δ_n为节点n和基站之间的距离；

1-3)、由式(2)计算出节点n发射功率的上界为：

1-4)、计算节点n到节点k的最高传输速率R_(n,k)，其计算公式为：

其中，B为蜂窝用户的带宽，Δ_(k,m)为节点k和第m个蜂窝用户之间的距离，d_n,k为节点n和节点k之间的距离；

1-5)、假设网络中共有N_ser个文件服务器和N_sub个订阅者，定义从第u个服务器到第v个订阅者的数据下载速率R(f_u→s_v)为：

其中，H(f_u→s_v)为一个数据包从第u个文件服务器传到第v个订阅者所需经过的跳数，R_th为D2D节点间的最低传输速率；

1-6)、由于一个订阅者可以从所有服务器下载数据，因此第v个订阅者的总数据下载速率R(s_v)计算公式如下：

1-7)、基于公式(6)所给出的定义，我们可以得到对所有订阅者下载速率平均后的平均数据下载速率R为：

1-8)、基于以上定义与公式，我们得到最大化平均数据下载速率的路由优化模型如下：

其中，是从各服务器发出的路由的集合，代表由服务器f_u通往其目的订阅者的路由，表示服务器、订阅者以及通信使用频谱的分配方案，为与第f_u个服务器对应的分配方案记录单元，该单元由三个变量构成，表示第f_u个服务器以第s_v个订阅者作为路由的目的节点，这条路由上的所有节点使用第m个蜂窝用户的频谱进行通信。在我们所构建的模型中，只考虑有两个服务器、两个订阅者和两个蜂窝用户的情况，即N_ser＝2,N_sub＝2。

2)在路由优化模型中，设计一种不支持P2P文件共享机制的路由策略，对每个订阅者进行文件服务器选择，然后对每个文件服务器进行频谱分配，最后，为每个文件服务器选择与其所连接的订阅者之间的最短经，进行数据传输。

所述步骤2)的具体步骤包括：

2-1)、文件服务器选择：

a、对每个订阅者s_v，计算出与其距离最远的服务器f_u′(v)：

b、将各订阅者按照其与各服务器的最远距离由大到小排序，找到具有最远距离订阅者s_v′：

c、为挑选出的订阅者s_v′按照最小距离原则选择服务器u^*(v′)，该准则的表达式如下：

d、根据选择结果设置服务器u^*(v′)的即令并将另一订阅者分配给剩下的一个服务器，设置与该服务器对应的分配方案记录单元。

2-2)、频谱分配

a、对服务器f_u，计算可以衡量该服务器及其目的订阅者与基站、蜂窝用户m之间距离的标量

b、按照下式为服务器f_u找到蜂窝用户m′_u：

c、按照由小到大为所有服务器排序，并按照该顺序依次为每个服务器选择所要共享频谱的蜂窝用户，即

2-3)、路由选择

a、对从服务器f_u发出的路径，其最小化路径跳数的优化模型如下：

其中，表示集合的势，在此为路由的总跳数；

b、对式(15)所示的优化问题，可以将其转化成有向图，从而使用Dijkstra算法求得从f_u到其目的订阅者的最短路径

定义顶点集合其中V_n是第n个D2D节点；定义边的集合并用w_i,j表示边E_i,j的权值，w_i,j的计算公式为：

基于以上定义，可以将式(15)所示的优化问题转化为有向图中寻找最短路径的问题，该问题可通过Dijkstra算法求解。

对于完成设计一种不支持P2P文件共享机制的路由策略，作为基准策略后，本发明还提供了一种通过点对点方式直接进行P2P文件共享的路由策略，该策略命名为R-DPS策略，如步骤3-1)；

3-1)：对相邻订阅者之间进行路由延伸，使得订阅者之间能够获取最短路由连接路径，当订阅者之间获取的路径小于订阅者与文件服务器之间的路径时，保留订阅者之间获取的路径，否则不保留，将订阅者与文件服务器之间的路径作为最终通信路径。

所述步骤3-1)具体为：

a、在订阅者之间进行路由延伸，该路由延伸的优化模型为：

其中，为由服务器f_u的目的订阅者延伸出的路由，为所延伸路由的跳数，R_th为D2D节点间的最低传输速率，为所延伸路由的源节点，为所延伸路由的最后一跳节点，为所延伸路由的第w跳，N_ser为全网络中文件服务器个数，N_sub为全网络中订阅者个数；对于式(17)所示的优化问题，仍旧将其转化成有向图，使用Dijkstra算法分别求得从f_u,u＝1,2的目的订阅者延伸到另一订阅者的最短路由

如令u＝1,v＝2，则代表要从服务器f₁的目的订阅者延伸路由至另一个订阅者，即服务器f₂的目的订阅者，该延伸路由上的节点仍使用蜂窝用户z_1,3的频谱；相反，若令u＝2,v＝1，则表示要从服务器f₂的目的订阅者延伸路由至服务器f₁的目的订阅者，该延伸路由上的节点使用蜂窝用户z_2,3的频谱；

b、对于上式所示的优化问题，将其转化成有向图，使用Dijkstra算法分别求得从f_u,u＝1,2的目的订阅者延伸出的最短路由

c、若则保留步骤b所述路由延伸方法的结果，若则不保留该结果。

对于完成设计一种不支持P2P文件共享机制的路由策略，作为基准策略后，本发明还提供了一种利用无线信道广播特性进行P2P文件共享的路由策略，该策略命名为R-CPS策略，如步骤3-2)：

获取文件服务器与订阅者之间的路由路径，根据所获取的路由路径获取订阅者的候选者节点；从候选节点中到一个节点，使得从文件服务器到该节点以及该节点到相邻订阅者的两段路由总跳数之和最少；若该两段路由总跳数之和小于文件服务器与订阅者之间的路由跳数，则保存该结果；若该两段路由总跳数之和大于等于文件服务器与订阅者之间的路由跳数时，则不保存该结果，以文件服务器与订阅者之间的路由作为最终路由。

所述步骤3-2)具体为：

a、对于从服务器f_u发出的路由，与其对应的分配方案记录单元为定义订阅者s_v的候选节点集合为该集合的计算公式如下：

b、从候选节点集合中找到一点使得从服务器f_u到该点以及从该点到除s_v外另一订阅者s′_v的两段路由总跳数最少，即：

其中，为从服务器f_u到网络中节点n的路由长度，为从节点n到另一订阅者s′_v的路由长度；

则从f_u发出的路由，经过节点最终到达订阅者s′_v，而订阅者s_v也可以从节点直接接收到数据包；

c、在寻找最短路由的过程中，仍旧使用Dijkstra算法。若则保留该述路由延伸方法的结果；若则不保留该结果，以文件服务器与订阅者之间的路由作为最终路由。

图2给出了本发明中三种路由策略的示意图。图2(a)给出的是不支持P2P的路由策略，可以看出，每个服务器发出一条路由，通往一个订阅者，各订阅者所对应的服务器是不同的，订阅者间没有数据的交互与共享；图2(b)给出的是P-DPS策略，该策略允许订阅者间的数据共享，但仅仅是在第一种策略的基础上，简单地将路由从每个订阅者延伸到另一订阅者；图2(c)给出的是P-CPS策略，该策略充分利用无线信道的广播特性，对第一种策略生成的路由进行调整并将路由延伸到另一订阅者，从而显著提高网络的平均数据下载速率。

仿真条件：考虑一个扇区，该扇区的圆心角设为120°，半径设为500m。两个蜂窝用户的发射功率均设为23dBm，SIR门限值ρ_th＝8dB，路径损耗指数θ＝3，天线固定功率增益α的选取使得蜂窝用户的发射功率在500m处增益为0dB。蜂窝用户、文件服务器和订阅者的位置同图3。图中其他节点的拓扑服从在该扇区内的均匀分布。随后的仿真结果都是通过随机生成1000次拓扑，经过统计平均得到的。

图4为本发明中三种路由策略随网络中D2D节点个数变化时平均数据下载速率变化曲线，D2D每跳最低传输速率设置为R_th＝2Mb/s。观察此图可以发现，三种路由策略的平均下载速率均随节点个数N的增大而增大，这是因为节点个数越多，就越有可能找到更好的路由。相比于不支持P2P的基准策略，R-DPS和R-CPS策略均能产生更高的数据下载速率，而R-CPS的性能又优于R-DPS。这是因为R-CPS策略可以充分利用无线信道的广播特性，对已生成的路由进行调整，减少路由总跳数，从而增大平均下载速率。

Claims (4)

1.一种无线D2D网络中基于P2P文件共享的路由方法，用于一蜂窝网络和D2D网络并存的场景，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据基站端的路径增益、蜂窝用户发射信号在基站端的信干比，以及节点之间的最高传输速率，构建最大化平均数据下载速率的路由优化模型；

具体步骤包括：

1-1)、计算基站端的路径增益，其计算公式为：

其中，P_cell为蜂窝用户的发射功率，d_m为第m个蜂窝用户和基站之间的距离，θ是路径损耗指数，α是天线的固定功率增益；

1-2)、计算第m个蜂窝用户发射信号在基站端的信干比SIR_cell,m，并要求其值大于等于门限值ρ_th：

其中，P_n为D2D节点n的发射功率，Δ_n为节点n和基站之间的距离；

1-3)、由上式计算出节点n发射功率的上界为：

1-4)、计算节点n到节点k的最高传输速率R_(n,k)，其计算公式为：

其中，B为蜂窝用户的带宽，Δ_(k,m)为节点k和第m个蜂窝用户之间的距离，d_n,k为节点n和节点k之间的距离，N₀为噪声功率；

1-5)、假设网络中共有N_ser个文件服务器和N_sub个订阅者，定义从第u个服务器到第v个订阅者的数据下载速率R(f_u→s_v)为：

其中，H(f_u→s_v)为一个数据包从第u个文件服务器传到第v个订阅者所需经过的跳数，R_th为D2D节点间的最低传输速率；

1-6)、由于一个订阅者可以从所有服务器下载数据，因此第v个订阅者的总数据下载速率R(s_v)计算公式如下：

1-7)、基于上式所给出的定义，我们可以得到对所有订阅者下载速率平均后的平均数据下载速率R为：

1-8)、基于以上定义与公式，我们得到最大化平均数据下载速率的路由优化模型如下：

其中，是从各服务器发出的路由的集合，代表由服务器f_u通往其目的订阅者的路由，表示服务器、订阅者以及通信使用频谱的分配方案，K_u代表分配方案的最大个数，为与第f_u个服务器对应的分配方案记录单元，该单元由三个变量构成，变量z_u,1设定为f_u，代表与服务器f_u相关联的路由的起点为f_u，变量z_u,2设定为s_v，代表与服务器f_u相关联的路由的终点为s_v，变量z_u,3的取值为m，代表与服务器f_u相关联的路由使用第m个蜂窝用户的频谱进行通信，假设蜂窝网络中共有M个蜂窝用户，其下标为m＝1,2,...M；

2)在路由优化模型中，对每个订阅者进行文件服务器选择，然后对每个文件服务器进行频谱分配，最后，为每个文件服务器选择与其所连接的订阅者之间的最短径，进行数据传输；具体步骤包括：

2-1)、文件服务器选择：

a、对每个订阅者s_v，计算出与其距离最远的服务器f_u′(v)：

b、将各订阅者按照其与各服务器的最远距离由大到小排序，找到具有最远距离订阅者s_v′：

c、为挑选出的订阅者s_v′按照最小距离原则选择服务器u^*(v′)，最小距离原则的表达式如下：

d、根据选择结果设置服务器u^*(v′)的即令并将另一订阅者分配给剩下的一个服务器，设置与该服务器对应的分配方案记录单元；

2-2)、频谱分配

a、对服务器f_u，计算可以衡量该服务器及其目的订阅者与基站、蜂窝用户m之间距离的标量

b、按照下式为服务器f_u找到蜂窝用户m′_u：

c、按照由小到大为所有服务器排序，并按照该顺序依次为每个服务器选择所要共享频谱的蜂窝用户，即

2-3)、路由选择

a、对从服务器f_u发出的路径其最小化路径跳数的优化模型如下：

π_u(1)＝f_u；

π_u(K_u+1)＝z_u,2；

其中，表示集合的势，在此为路由的总跳数；K_u为该路径的总跳数；f_i代表全网络中第i个服务器，s_j代表全网络中第j个订阅用户；

b、对上式所示的优化问题，将其转化成有向图，从而使用Dijkstra算法求得从f_u到其目的订阅者的最短路径

2.根据权利要求1所述的无线D2D网络中基于P2P文件共享的路由方法，其特征在于，所述步骤2)后还包括步骤3-1)：

对相邻订阅者之间进行路由延伸，使得订阅者之间能够获取最短路由连接路径，当订阅者之间获取的路径小于订阅者与文件服务器之间的路径时，保留订阅者之间获取的路径，否则不保留，将订阅者与文件服务器之间的路径作为最终通信路径。

3.根据权利要求2所述的无线D2D网络中基于P2P文件共享的路由方法，其特征在于，所述步骤3-1)具体为：

a、在订阅者之间进行路由延伸，该路由延伸的优化模型为：

其中，为由服务器f_u,1≤u≤N_ser的目的订阅者延伸出的路由，为所延伸路由的跳数，R_(n,k)为节点n到节点k的最高传输速率，R_th为D2D节点间的最低传输速率，为所延伸路由的源节点，为所延伸路由的最后一跳节点，为所延伸路由的第w跳，f_i代表全网络中第i个服务器，s_j代表全网络中第j个订阅用户，N_ser为全网络中文件服务器个数，N_sub为全网络中订阅者个数；为与第f_u个服务器对应的分配方案记录单元，该单元由三个变量构成，变量z_u,1设定为f_u，代表与服务器f_u相关联的路由的起点为f_u，变量z_u,2设定为s_v，代表与服务器f_u相关联的路由的终点为s_v，变量z_u,3的取值为m，代表与服务器f_u相关联的路由使用第m个蜂窝用户的频谱进行通信，假设蜂窝网络中共有M个蜂窝用户，其下标为m＝1,2,...M；对于上式，如令u＝1,v＝2，则代表要从服务器f₁的目的订阅者延伸路由至另一个订阅者，即服务器f₂的目的订阅者，该延伸路由上的节点仍使用蜂窝用户z_1,3的频谱；相反，若令u＝2,v＝1，则表示要从服务器f₂的目的订阅者延伸路由至服务器f₁的目的订阅者，该延伸路由上的节点使用蜂窝用户z_2,3的频谱；

b、对于上式所示的优化问题，将其转化成有向图，使用Dijkstra算法分别求得从f_u,u＝1,2的目的订阅者延伸出的最短路由

c、若则保留步骤b所述路由延伸方法的结果，若则不保留该结果，其中为所延伸路由的跳数，为从服务器f_u通往其目的订阅者的路由跳数。

4.根据权利要求1所述的无线D2D网络中基于P2P文件共享的路由方法，其特征在于，所述步骤2)后还包括步骤3-2)：

获取文件服务器与订阅者之间的路由路径，根据所获取的路由路径获取订阅者的候选者节点；从候选节点中找到一个节点，使得从文件服务器到该节点以及该节点到相邻订阅者的两段路由总跳数之和最少；若该两段路由总跳数之和小于文件服务器与订阅者之间的路由跳数，则将该两段路由保存作为最终生成的路由；若该两段路由总跳数之和大于等于文件服务器与订阅者之间的路由跳数时，则不保存该两段路由，以文件服务器与订阅者之间的路由作为最终路由。