CN113542351B - 一种基于车载网络的内容缓存方法及装置 - Google Patents

一种基于车载网络的内容缓存方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113542351B
CN113542351B CN202110633104.6A CN202110633104A CN113542351B CN 113542351 B CN113542351 B CN 113542351B CN 202110633104 A CN202110633104 A CN 202110633104A CN 113542351 B CN113542351 B CN 113542351B
Authority
CN
China
Prior art keywords
content
ccv
crv
fragments
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110633104.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113542351A (zh
Inventor
王莉
费爱国
徐连明
崔鹤文
李靓
魏青
苟杨山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Posts and Telecommunications filed Critical Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority to CN202110633104.6A priority Critical patent/CN113542351B/zh
Publication of CN113542351A publication Critical patent/CN113542351A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113542351B publication Critical patent/CN113542351B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/50Network services
    • H04L67/56Provisioning of proxy services
    • H04L67/568Storing data temporarily at an intermediate stage, e.g. caching
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01Protocols
    • H04L67/12Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/10Flow control between communication endpoints
    • H04W28/14Flow control between communication endpoints using intermediate storage
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/40Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于车载网络的内容缓存方法及装置,包括:接收CRV对目标内容的加载请求;以最小化传输成本为目标构建数据分发优化模型;对数据分发优化模型进行求解,以确定缓存策略、传输策略以及内容分片数目;运行缓存策略以将目标内容编码成n片内容分片,并将所有的内容分片缓存至各CCV中;运行传输策略以由CRV从各CCV加载相应的内容分片,并解码生成目标内容;加载相应的内容分片的总数量为内容分片数目。本发明考虑对于CRV,选择一定数目的CCV发送内容分片,以使CRV能够成功解码所需的目标内容,同时基于数据分发优化模型选择新的CCV以及协助CCV恢复受损内容分片的CCV,能最小化内容共享过程中的传输成本。

Description

一种基于车载网络的内容缓存方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种基于车载网络的内容缓存方法及装置。
背景技术
目前,无线通信系统已经从局限于提供低数据速率(如语音电话和文本消息),转变为提供可靠的高数据速率服务,特别是视频内容。现如今车辆数目的增加以及车联网技术的发展,未来车辆对海量数据的需求只会增加,而视频内容尺寸大,车辆直接从基站进行下载热点视频(如路况高清地图等)会导致回程链路的压力增大,导致网络拥塞。
分布式缓存已被应用在车联网场景中,即通过将流行的内容缓存到车辆用户中,车辆用户可以直接从附近的车辆用户检索内容,避免车辆用户重复向基站申请所需内容而导致回程链路压力增加,这可以显著减少回程流量并提高网络性能。具体来说,将热点内容首先缓存在车辆用户处,当车辆想要请求某一个内容时,首先向周围的车辆用户进行请求通过交通工具到交通工具(V2V链路)实现内容共享。
为进一步减小车辆缓存内容的尺寸,并提高内容传输的鲁棒性,可引入编码缓存技术,如(n,k)最大距离可分码(Maximum Distance Separable,MDS)编码技术。具体地,首先将内容通过编码得到n片带有冗余的内容分片,并存储到不同的车辆用户处,以此减小了每个车辆用户对于一个内容的缓存尺寸,同时,请求车辆只需获得这n片内容分片中的任意k片即可通过解码获取到原有的内容。
当前,尚未涉及针对如何选择内容缓存车辆(CCV),以使内容请求车辆(CRV)能够成功解码所需的内容,进而制定适当的分布式缓存策略的记载。
发明内容
针对现有技术存在的技术需求,本发明提供一种基于车载网络的内容缓存方法及装置。
一方面,本发明提供一种基于车载网络的内容缓存方法,包括:接收车载网络中内容请求车辆CRV对目标内容的加载请求;以构建数据分发优化模型;对所述数据分发优化模型进行求解,以确定所述车载网络中各内容缓存车辆CCV对所述内容分片的缓存策略、CRV向各CCV请求内容分片的传输策略以及通过解码获取目标内容所需的内容分片数目;运行所述缓存策略,以将所述目标内容编码成n片内容分片,并将所有的内容分片缓存至各CCV中;运行所述传输策略,以由所述CRV从各CCV加载相应的内容分片,并解码生成所述目标内容;加载相应的内容分片的总数量为所述内容分片数目。
另一方面,本发明还提供一种基于车载网络的内容缓存装置,包括:信号接收单元,用于接收车载网络中内容请求车辆CRV对目标内容的加载请求;模型构建单元,用于构建数据分发优化模型;逻辑运算单元,用于对所述数据分发优化模型进行求解,以确定所述车载网络中各内容缓存车辆CCV对所述内容分片的缓存策略、CRV向各CCV请求内容分片的传输策略以及通过解码获取目标内容所需的内容分片数目;缓存分发单元,用于运行所述缓存策略,以将所述目标内容编码成n片内容分片,并将所有的内容分片缓存至各CCV中;数据传输单元,用于运行所述传输策略,以由所述CRV从各CCV加载相应的内容分片,并解码生成所述目标内容;加载相应的内容分片的总数量为所述内容分片数目。
另一方面,本发明还提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于车载网络的内容缓存方法的步骤。
另一方面,本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于车载网络的内容缓存方法的步骤。
本发明提供的基于车载网络的内容缓存方法及装置,考虑对于CRV,选择一定数目的CCV发送内容分片,以使CRV能够成功解码所需的目标内容,同时基于数据分发优化模型选择新的CCV以及协助CCV恢复受损内容分片的CCV,能最小化内容共享过程中的传输成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的基于车载网络的内容缓存方法的流程示意图;
图2是本发明提供的全双工中继辅助下的内容分片共享的示意图;
图3是本发明提供的基于匹配理论的内容分片部署的方案示意图;
图4是本发明提供的文件与CCV之间匹配示意图;
图5是本发明提供的内容分片传输方案的示意图;
图6是本发明提供的CCV恢复内容分片传输决策示意图;
图7是CCV与CRV传输决策示意图;
图8是本发明提供的内容分片恢复传输方案的示意图;
图9是本发明提供的基于匹配算法的内容部署与内容传输方案的示意图;
图10是本发明提供的基于车载网络的内容缓存装置的结构示意图;
图11是所有请求用户总传输成本随缓存用户缓存空间的变化示意图;
图12是算法应用不同匹配理论的运行时间随缓存用户缓存空间的变化示意图;
图13为场景中所有请求用户总的传输成本随请求用户数目的变化示意图;
图14为场景中所有请求用户频谱效率随自干扰消除能力的变化示意图;
图15为场景中所有请求用户频谱效率随自干扰消除能力的变化示意图;
图16为采用推导结果与蒙特卡洛方法进行对比的示意图;
图17为场景中所有请求用户平均命中率随自干扰消除能力的变化示意图;
图18为相同情况下所有请求用户传输成本随自干扰消除能力的变化示意图;
图19是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图19描述本发明实施例所提供的基于车载网络的内容缓存方法和装置。
图1是本发明提供的基于车载网络的内容缓存方法的流程示意图,如图1所示,包括但不限于以下步骤:步骤101:基站接收车载网络中内容请求车辆CRV对目标内容的加载请求;步骤102:以最小化传输成本为目标构建数据分发优化模型;所述传输成本为CRV接收到所述目标内容相关的所有内容分片所需要的传输成本;步骤103:对所述数据分发优化模型进行求解,以确定所述车载网络中各内容缓存车辆CCV对所述内容分片的缓存策略、CRV向各CCV请求内容分片的传输策略以及通过解码获取目标内容所需的内容分片数目;步骤104:基站运行所述缓存策略,以将所述目标内容编码成n片内容分片,并将所有的内容分片缓存至各CCV中;步骤105:基站运行所述传输策略,以由所述CRV从各CCV加载相应的内容分片,并解码生成所述目标内容;加载相应的内容分片的总数量为所述内容分片数目。
本发明提供的基于车载网络的内容缓存方法,主要用于解决在车联网场景中,利用编码缓存技术对内容进行传输的过程,对内容缓存部署与传输进行联合优化的问题。
具体来说,运行在车载网络中的任一内容请求车辆CRV(以下简称目标CRV)需要加载目标内容时,首先向其所属的基站发送对目标内容的加载请求。
通过引入编码缓存技术,如(n,k)MDS编码技术,对需要加载的目标内容经过纠删码编码后,生成n片内容分片,目标CRV作为一个请求节点,只需要从同一车载网络中的其它内容缓存车辆CCV中获取到n片内容分片中的其中k片,即可恢复完整的内容。内容缓存车辆CCV是指用于分布式缓存内容分片的车辆。本发明通过采用编码缓存技术,采用冗余编码的方式在保证了内容传输鲁棒性的同时提升了缓存节点的存储空间利用效率。
在步骤102中,基站在接收到目标CRV发送的对目标内容的加载请求之后,以最小化所有CRV成功收到所有目标内容的内容分片所需传输成本为目标,对车载网络中的数据分发情况进行建模,构建数据分发优化模型。
在步骤103中,通过数据分发优化模型的约束对其进行求解,获取到车载网络中各内容缓存车辆CCV对所述内容分片的缓存策略、CRV向各CCV请求内容分片的传输策略以及通过解码获取目标内容所需的内容分片数目。
在步骤104中,则根据传输策略将目标CRV所需要下载的目标内容编码成n片内容分片,并将编码的n片内容分片实时缓存至车载网络中的CRV周围的各CCV中。
在步骤105中,目标CRV从周围的CCV加载相应的内容分片,并解码生成所述目标内容。由于采用了编码缓存技术其加载的内容分片的数量仅仅是所有n片内容分片中的k片即可。
本发明提供的基于车载网络的内容缓存方法,考虑对于CRV,选择一定数目的CCV发送内容分片,以使CRV能够成功解码所需的目标内容,同时基于数据分发优化模型选择新的CCV以及协助CCV恢复受损内容分片的CCV,能最小化内容共享过程中的传输成本。
基于上述实施例的内容,作为一种可选实施例,步骤102中所述的构建数据分发优化模型,包括:
以最小化传输成本为目标构建所述数据分发优化模型;所述传输成本为CRV接收到所述目标内容相关的所有内容分片所需要的传输成本;所述数据分发优化模型的约束条件包括:目标内容被缓存的内容分片数量、每个CCV最多能缓存内容分片的数量、CRV从CCV处接收内容分片时的信噪比、指向CRV的CCV数量、CCV在修复受损的内容分片时从其他CCV处获取内容分片的方式、在修复内容分片时所需要的内容分片的数量、CRV从基站处接收完整内容时的信噪比、CRV获得目标内容的方式。
为充分的说明本发明提供的基于车载网络的内容缓存方法,本发明以以下场景为例进行说明:
一)、关于场景的设置:
假设场景中存在N辆内容请求车辆CRV(即需要进行目标内容下载的车辆),M辆内容CCV(即用于分布式存储内容分片的车辆)。假设路边单元存有场景中CRV所需的目标内容,并且将目标内容分成k片,然后通过纠删编码技术对每个内容进行冗余编码得到n片内容分片。路边单元会将内容分片下发至各CCV处,当CRV请求目标内容时,周围的CCV处会将各自所拥有的相关内容分片分享给该CRV。若CRV收到相关内容的内容分片k片,则可以恢复成所需要的目标内容。
作为一种可选地实施例,在CRV请求目标内容时,并接收周围的CCV所提供的k片内容分片后,若其中的至少一个内容分片出现数据丢失或者损坏,导致不能正常生成所述目标内容的情况下,基站会将CRV所请求的完整内容发送给请求车辆。
特别地,由于车辆缓存空间有限,无法存储所有的流行内容的内容分片,因而合理设计缓存策略十分关键。同时,若有某个内容分片损坏或丢失,也可以通过获取一定数目的内容分片对损坏或丢失的内容分片进行修复。当前的许多研究工作只考虑了缓存部署这一问题,并未考虑内容分片失效或损坏时的情况。为此本发明立足于全双工中继辅助下的车载缓存网络,将考虑内容分片损坏或者失效时,对内容缓存部署与传输进行协同优化。
可选地,在本发明提供的基于车载网络的内容缓存方法中,CCV均工作在全双工中继模式,当CRV从CCV处获取内容分片时,可以通过两跳链路进行传输,同时考虑CCV使用全双工技术,即其他CCV可以充当全双工中继,将CRV所需内容分片转发给CRV。
图2是本发明提供的全双工中继辅助下的内容分片共享的示意图,如图2所示,若是提前缓存了某个内容分片的CCV驶离此场景,导致其缓存的内容分片丢失,则可以选择一个新的CCV继续提供这一部分内容分片。当有d个缓存目标内容相关的内容分片的CCV将相关内容分片发送给新的CCV,则新的CCV可以将丢失的内容分片修复好并缓存在本身的内存中。
本发明提供的基于车载网络的内容缓存,充分考虑如何将目标内容分片缓存在各CCV中:
假设目标内容被等分为n片内容分片,其中每个内容分片只能存在一辆CCV中,一辆CCV最多可以存储S片内容分片,为了保证存储内容的多样性,每辆CCV最多只能存储每个目标内容的任意一片内容分片。
若CRV请求到相关内容的内容分片k片,则可以恢复成所需要的内容,否则基站会将CRV所请求的完整内容发送给CRV。
其中,将所有CCV设置工作在全双工模式,当CCV发送内容分片给CRV时,可以选择通过V2V一跳链路发送,或者通过两跳链路选择其他CCV作为中继将分片发送给目标车辆。
另外,假设场景中存在一个热点区域,热点区域中存在F个热点文件,记为
Figure GDA0003226867090000071
集合中的文件的流行度服从Zipf分布,且在集合中根据流行度降序排序,即第f个文件要比第f+1文件更加流行,则第f个文件被CRV请求的概率为:
Figure GDA0003226867090000072
其中,热点区域中存在F个热点文件,记为
Figure GDA0003226867090000073
Figure GDA0003226867090000074
中的文件的流行度服从Zipf分布,且根据流行度降序排序;∈为Zipf分布参数;i为中间参数。
如图2所示,假设场景中存在一个热点区域,热点区域中存在F个热点文件,记为
Figure GDA0003226867090000075
集合中的文件的流行度服从Zipf分布,且在集合中根据流行度降序排序,即第f个文件要比第f+1文件更加流行,则第f个文件被CRV请求的概率为公式(1)所示。
具体地,基站可以根据上述请求概率,在存在有多个CRV进行目标内容加载的情况下(即接收到多个加载请求时),对目标内容的缓存进行按照请求概率的大小进行排队处理。
定义向量alf={alf,V2V,alf,V2I}代表第l辆CRV获得第f个内容的方式,其中每一个元素均为一个二元变量,即:
二元变量alf,V2V∈{0,1}代表第l辆CRV是否通过V2V方式从周围CCV获取内容分片从而解码得到完整的第f个内容,若第l辆CRV通过V2V方式从周围CCV获取内容分片从而解码得到完整的第f个内容,则alf,V2V=1,否则alf,V2V=0。此时,此CRV需要从k辆CCV处获取第f个内容的内容分片,以此才能成功解码获取到第f个内容。
二元变量alf,V2I∈{0,1}代表第l辆CRV是否通过V2I方式从基站直接获取第f个内容的完整内容,若第l辆CRV通过V2I方式从基站直接获取第f个内容的完整内容,则alf,V2I=1,否则alf,V2I=0,此时CRV从基站处获取的为第f个内容的完整内容,不需要解码。
需要说明的是,alf,V2V及alf,V2I满足alf,V2V+alf,V2I=1,代表第l辆CRV只能通过一种方式获取第f个内容。将内容部署至CCV处后,当有CRV申请被部署在CCV上的内容时,此CRV通过从周围CCV处获取此内容,即alf,V2V=1,否则alf,V2V=0;若CRV申请未被部署在CCV上的内容时,此CRV通过从基站直接获取完整内容,即alf,V2I=1,否则alf,V2I=0。当alf,V2V=1即第l辆CRV选择通过V2V方式从周围CCV获取内容分片从而解码得到完整的第f个内容时,第l辆CRV可以选择以一跳通信或者两跳通信方式从周围CCV获取内容分片,定义向量blm={blm1,blm2}代表第l辆CRV从第m辆CCV处获取内容分片的方式,其中每一个元素均为一个二元变量,二元变量blm1∈{0,1}代表第l辆CRV是否以一跳链路的通信方式从第m辆CCV处获取内容分片,若第l辆CRV以一跳链路的通信方式从第m辆CCV处获取内容分片,则blm1=1,否则blm1=0。
二元变量blm2∈{0,1}代表第l辆CRV是否以两跳链路的通信方式从第m辆CCV处获取内容分片,若第l辆CRV以两跳链路的通信方式从第m辆CCV处获取内容分片,则blm2=1,否则blm2=0。
需要说明的是blm需满足blm1+blm2=1,即第l辆CRV只能选择以一跳或者两跳链路的通信方式从第m辆CCV处获取内容分片。
其中,变量blm={blm1,blm2}取值满足以下公式(2):
Figure GDA0003226867090000081
其中,
Figure GDA0003226867090000082
为第m辆CCV通过一跳传输向第l辆CRV发送内容分片时的遍历速率,rth为遍历速率的阈值。
综上所述,CRV获取完整的目标内容,可能存在两种情况:
Case 1:CRV选择通过V2V通信模式获取内容分片,此种情况中又分为一跳链路传输和两跳链路传输。
具体来说,CRV在CCV中选择k辆CCV传输请求内容分片,CCV将内容分片发送给CRV可以采取直接发送的方式,也可以利用全双工中继模式,选择一个中继CCV进行两跳传输。
当某一内容缓存车辆的内容失效时,需要选择一个新的内容缓存车辆,此新的内容缓存车辆需要向d辆其他的缓存了该内容分片的车辆进行请求,从而修复丢失的内容分片。
Case 2:CRV选择通过V2I通信模式获取完整内容,即CRV无法在CCV处获得所需k个内容分片,则CRV从基站处获取完整的内容。
二)关于数据分发优化模型的建立:
首先,定义α为路径损耗指数,dml为第m辆CCV与第l辆CRV之间的距离,dbl为基站与第l辆CRV之间的距离,δml为第m辆CCV与第l辆CRV之间通信链路的瑞利衰落信道系数,δbl为基站与第l辆CRV之间通信链路的瑞利衰落信道系数。令hml表示第m辆CCV与第l辆CRV之间通信链路的信道增益,hbl表示基站与第l辆CRV之间通信链路的信道功率增益,分别可由下式计算得到:
hml=δml(dml) (3a)
hbl=δbl(dbl) (3b)
记二元变量xmf∈{0,1}为CCV缓存内容分片的情况,若第m辆CCV缓存了第f个内容的内容分片,则xmf=1,否则,xmf=0。由于每辆CCV只能存储S片内容分片,所以xmf=1,且满足
Figure GDA0003226867090000091
Figure GDA0003226867090000092
下面从V2V通信模式(包含一跳通信模式及两跳通信模式)及V2I通信模式两种情况分析CCV及基站发送内容或者内容分片时所需成本,其中本发明利用遍历速率对传输成本进行评估,
Figure GDA0003226867090000093
代表求期望,传输成本与发送内容的能耗和所使用的频谱带宽成正比,表示为E=P·T·W,其中P是发送功率,T是传输时长,W是频谱带宽:
(1)在Case1(V2V通信模式)的情况下:假设变量pml表示第m辆CCV给第l辆CRV发送内容分片的发送功率,定义
Figure GDA0003226867090000094
为第m辆CCV给第l辆CRV发送内容分片的接收信噪比,
Figure GDA0003226867090000095
为第m辆CCV给第l辆CRV发送内容分片的数据速率,其中W为带宽大小。假设每个内容的大小为C,则第m辆CCV给第l辆CRV通过一跳链路直接发送内容的传输时延为
Figure GDA0003226867090000101
则此时所需成本的计算公式为:
Figure GDA0003226867090000102
进一步地,在所有CCV均工作在全双工模式,第m辆CCV给第l辆CRV发送消息时,可以选择另一辆CCV作为中继,由于放大转发全双工中继会将噪声和残留自干扰同样放大,所以本发明选择使用解码全双工中继,则中继CCV从第m辆CCV处接收消息的信噪比与第l辆CRV从中继CCV处接收消息的信噪比分别为:
Figure GDA0003226867090000103
其中I是全双工通信时产生的自干扰,则相关传输速率为:
Rmr=Wlog2(1+γmr) (6a)
Rrl=Wlog2(1+γrl) (6b)
则通过中继传送消息所需要的传输成本为:
Figure GDA0003226867090000104
则通过全双工模式,第l辆CRV接收到第m个CCV处的内容分片的传输成本为:
Eml,case1=bml1Eml,case1(1)+bml2Eml,case1(2), (8)
当有某个CCV处存储的第f个内容的内容分片失效时,若要恢复内容分片,需要考虑额外的传输成本。
假设第m辆CCV处的内容分片为修复后的失效内容分片,则在修复内容分片之前,此CCV需要d辆已经缓存了此内容的相关内容分片的车辆的帮助以恢复失效的内容分片,则此CCV通过一跳方式从其他内容缓存车辆(假设为第h辆CCV,m≠h)处获得内容分片的时间为:
Figure GDA0003226867090000111
则此过程所需传输成本为:
Figure GDA0003226867090000112
相应地,若第m辆CCV通过两跳方式从第h辆CCV(m≠h)处获得内容分片,则中继CCV从第h辆CCV处接收消息的信噪比与第m辆CCV从中继CCV处接收消息的信噪比分别为:
Figure GDA0003226867090000113
Figure GDA0003226867090000114
则,此时相关的传输速率为:
Rhr=Wlog2(1+γhr) (12a)
Rrm=Wlog2(1+γrm) (12b)
则第m辆CCV通过两跳方式从第h辆CCV(m≠h)处获得内容分片所需要的传输成本为:
Figure GDA0003226867090000115
定义向量cmh={cmh1,cmh2}代表第m辆CCV从第h辆CCV处获取内容分片的方式,其中每一个元素均为一个二元变量,二元变量cmh1∈{0,1}代表第m辆CCV是否以一跳链路的通信方式从第h辆CCV处获取内容分片,若第m辆CCV以一跳链路的通信方式从第h辆CCV处获取内容分片,则cmh1=1,否则cmh1=0。二元变量cmh2∈{0,1}代表第m辆CCV是否以两跳链路的通信方式从第h辆CCV处获取内容分片,若第m辆CCV以两跳链路的通信方式从第h辆CCV处获取内容分片,则cmh2=1,否则cmh2=0,满足cmh1+cmh2=1,即第m辆CCV只能以一跳或者两跳链路的通信方式从第h辆CCV处获取内容分片。
变量cmh={cmh1,cmh2}的取值满足:
Figure GDA0003226867090000121
定义二元变量ymh∈{0,1}代表第h辆CCV是否帮助第m辆CCV恢复失效内容分片,则第m辆CCV恢复失效内容分片所需的传输成本为:
Figure GDA0003226867090000122
需满足
Figure GDA0003226867090000123
即第m辆CCV需从d辆其他的CCV处获得了内容分片以成功修复受损的内容分片。
假设第f个内容的内容分片以等概率在CCV上失效或丢失,即一共有n片内容分片存储在CCV上,则某一个CCV上的内容分片为失效或丢失后修复得到的概率为1/n,即第m辆CCV缓存的第f个内容的内容分片有1/n的概率是通过修复得到的,定义二元变量zml∈{0,1}代表CRV向CCV的请求情况,若第l个CRV向第m个CCV请求内容分片,则zml=1,否则zml=0,则第l辆CRV通过Case 1且包含修复过程获取第f个内容的传输成本为:
Figure GDA0003226867090000124
此过程需满足
Figure GDA0003226867090000125
即需要有k辆CCV向第l个CRV发送内容分片方能使CRV成功解码获得所需完整内容。
(2)在Case 2(基站发送完整内容)的情况下:第l辆CRV需要从基站处获得内容的信噪比为
Figure GDA0003226867090000131
遍历数据速率为
Figure GDA0003226867090000132
所需的传输时延为:
Figure GDA0003226867090000133
其中pbl表示基站给第l辆CRV发送内容的发送功率。
则第l辆CRV直接从基站获取完整的第f个内容所需传输成本为:
Figure GDA0003226867090000134
综上所述,第l辆CRV若想成功获得第f个内容,可以通过周围车辆获取,或者从基站直接获取,则第l辆CRV成功获得第f个内容所需的传输成本为:
Elf=alf,V2VElf,case1+alf,V2IElf,case2 (18)
记RN×F代表CRV的请求矩阵,根据CRV对内容的请求概率,可得第l辆CRV成功接收所需内容所需的传输成本为:
Figure GDA0003226867090000135
综上所述,可以获取以最小化传输成本为目标构建数据分发优化模型
Figure GDA0003226867090000136
其函数表达式为:
Figure GDA0003226867090000137
所述数据分发优化模型的约束条件为:
Figure GDA0003226867090000138
Figure GDA0003226867090000139
Figure GDA00032268670900001310
Figure GDA00032268670900001311
Figure GDA0003226867090000141
Figure GDA0003226867090000142
Figure GDA0003226867090000143
Figure GDA0003226867090000144
Figure GDA0003226867090000145
其中,γth为接收内容分片的信噪比阈值,优化变量XM×F是由二元变量xmf组成的矩阵,表示CCV缓存内容的情况即缓存决策,优化变量YM×M是由二元变量yml所组成的矩阵,表示修复过程中CCV之间CCV协助修复内容分片的情况,变量ZM×N是由二元变量Zml所组成的矩阵,表示CRV选择CCV协助的情况即传输决策。优化变量k是编码参数,表示通过解码获取完整内容所需的内容分片数目。
具体来说,本发明提供的数据分发优化模型的约束条件中:约束(20a)表示指向每个内容被缓存的内容分片数量为n(由于每个内容只被分为n片);约束条件(20b)表示每个CCV由于存储空间限制最多只能缓存S个内容分片;约束条件(20c)表示CRV从CCV处接收内容分片时的信噪比要大于阈值;约束条件(20d)表示若不从基站处直接下载完整内容,则指向CRV的CCV数量要为k;约束条件(20e)表示CRV只能以一跳或者两跳链路的通信方式从CCV处获取内容分片;约束条件(20f)表示CCV在修复受损的内容分片时,只能以一跳或者两跳链路的通信方式从其他CCV处获取内容分片;约束条件(20g)表示在修复内容分片时,必须接收到d片内容分片;约束条件(20h)表示CRV从基站处接收完整内容时的信噪比要大于阈值;约束条件(20i)表示CRV只能选择V2V或者V2I一种方式获得第f个内容。
三)、对所述数据分发优化模型所涉及的问题进行分解:
基于上述实施例的内容,作为一种可选实施例,对所述数据分发优化模型进行求解,以确定所述车载网络中各内容缓存车辆CCV对所述内容分片的缓存策略、CRV向各CCV请求内容分片的传输策略以及通过解码获取目标内容所需的内容分片数目,包括:
基于匹配算法,将对所述数据分发优化模型的求解问题转换成第一子模型和第二子模型;所述第一子模型是以内容分发过程中的传输成本最小化为目标构建的,所述内容分发过程中的传输成本包括CRV通过从CCV处获取内容分片时的一跳链路传输成本和两跳链路传输成本;所述第二子模型是以内容传输过程中的传输成本最小化为目标构建的,所述内容传输过程中的传输成本包括CRV向缓存了目标内容相关内容分片的CCV的请求成本、所述缓存了目标内容相关内容分片的CCV向CRV发送内容分片的传输成本,以及修复所述缓存了目标内容相关内容分片的CCV时的传输成本;基于匈牙利算法,对所述第一子模型进行求解,以确定所述车载网络中各内容缓存车辆CCV对所述内容分片的缓存策略;在所述缓存策略与CRV请求矩阵的基础上,对所述第二子模型进行求解,以确定CRV向各CCV请求内容分片的传输策略和CCV恢复内容分片时的恢复策略;在编码参数k满足1<k≤n-1的情况下,计算出不同k值时的总的传输成本,并确定使所述传输成本最小的编码参数k作为内容分片数目。
首先,考虑内容部署过程,本发明采用匹配算法对问题进行求解,通过将CCV与目标内容看为二分图中的两个点集合,考虑场景整体传输成本的性能,本发明考虑当目标内容f缓存在第i个CCV处时,能够帮助的所有的CRV所消耗的传输成本为连接两个点的边权值,则边权值为:
Figure GDA0003226867090000151
可得到第一子模型
Figure GDA0003226867090000152
如下:
Figure GDA0003226867090000153
其约束条件为:s.t.,约束条件(20a)~约束条件(20b)。
当X~exp(θ),P为常数时,可以得到:
Figure GDA0003226867090000154
其中,
Figure GDA0003226867090000155
为指数积分函数。
假设第m辆CCV与第l辆CRV之间的V2V链路信道衰落服从瑞利分布且均值为λv,定义μml=λvdml 2。可以得到在瑞利衰落时,第m辆CCV与第l辆CRV之间的遍历速率分别为:
Figure GDA0003226867090000161
假设基站与第l辆CRV之间的通信链路信道衰落服从瑞利分布且均值为λb,定义μbl=λbdbl 2。可以得到在瑞利衰落时,基站与第l辆CRV之间的遍历速率分别为:
Figure GDA0003226867090000162
考虑自干扰消除能力服从指数分布,则当选择两跳进行传输时,假设中继CCV与第m辆CCV以及第l辆CRV与中继CCV之间的通信链路信道衰落服从瑞利分布且均值为λmr、λrl,定义μmr=λmrdmr 2
Figure GDA0003226867090000163
假设中继CCV的自干扰消除能力服从指数分布即I~exp(λr),定义μr=λr2。因此,当X1~exp(α1),X2~exp(α2)时,可以得到:
Figure GDA0003226867090000164
Figure GDA0003226867090000165
Figure GDA0003226867090000166
则中继CCV从第m辆CCV处接收消息的遍历速率与第l辆CRV从中继CCV处接收消息的遍历速率分别为:
Figure GDA0003226867090000167
Figure GDA0003226867090000168
以此可以通过遍历速率对相关的传输成本进行计算:
考虑使尽可能多的CRV可以从CCV处获取内容分片,则依次找出被请求次数最多的文件进行缓存至CCV。考虑每个内容可以分成n片内容分片,每个CCV只能缓存同一个内容的一片内容分片,此问题可看为一对多问题,利用f-匹配将此一对多问题转化为一对一问题,即对每个内容进行额外复制n-1个相同的内容,得到的新的内容集合和CCV集合之间就是一比一的映射关系。
图3是本发明提供的基于匹配理论的内容分片部署的方案示意图,如图3所示,本发明利用内容分片部署方案(以下称为算法1)对CCV与内容之间进行匹配,匹配的结果可能会使某个内容连接的CCV数目小于n,则针对获取到n个CCV的内容与其相应的CCV,在其中找出提供内容分片时所需传输成本最小的内容,则将此内容缓存在这些CCV处,同时并对这些CCV的内存S减1。将内容集合中去掉此内容及其复制体后,将CCV与内容重新计算权值并进行匹配,重复上述过程直至所有内容全部完成匹配或剩余的CCV内容不足以缓存内容,以此对优化变量X进行优化。
图4是本发明提供的文件与CCV之间匹配示意图,具体过程如图4所示,并整理至算法1中。其中,算法体输入为CCR集合
Figure GDA0003226867090000171
CRV集合
Figure GDA0003226867090000172
内容集合为
Figure GDA0003226867090000173
CRV请求矩阵
Figure GDA0003226867090000174
CCV缓存空间S,输出为CCV缓存内容
Figure GDA0003226867090000175
情况X,至此完成了对第一子模型的构建及求解。
然后,本发明考虑内容传输过程,以构建第二子模型:本发明采用匹配算法对问题进行求解,将CCV与CRV看为二分图中的两个点集合,考虑场景整体传输成本的性能,本发明考虑第l个CRV向缓存了所需内容的内容分片的第m个CCV请求,第m个CCV将相关内容分片发送给此CRV所消耗的传输成本为连接两个点的边权值,同时,考虑此CCV上缓存的内容分片有1/n的概率是通过修复得到的,且修复过程需要额外的传输成本,则边权值为:
Figure GDA0003226867090000176
可得到第二子模型
Figure GDA0003226867090000177
如下:
Figure GDA0003226867090000178
s.t.,约束条件(20c)~约束条件(20g)(29a)
图5是本发明提供的内容分片传输方案的示意图,如图5所示,本发明对于每个CRV,根据公式(28)计算此CRV与每个缓存了其所需内容分片的CCV之间的权值;然后,向权值最小的k辆CCV申请此内容分片。其中在计算权值时要考虑若此CCV所拥有的内容分片为失效或丢失后恢复所得的情况。
图6是本发明提供的CCV恢复内容分片传输决策示意图,图7是CCV与CRV传输决策示意图,结合图6-图7所示的内容,本发明通过计算此CCV从其他d辆CCV进行接收内容分片时的传输成本,以此完成对优化变量Y及Z的优化。
图8是本发明提供的内容分片恢复传输方案的示意图,本发明采用图7所示的算法2所记载的内容分片传输方案以及如图8所示的内容分片恢复传输方案(以下称为算法3),分别计算CCV传输策略Z和CCV恢复内容分片的策略Y。其中,算法体输入为CCR集合
Figure GDA0003226867090000181
CRV集合
Figure GDA0003226867090000182
CRV请求矩阵
Figure GDA0003226867090000183
CCV缓存内容
Figure GDA0003226867090000184
情况X,输出为CCV传输策略Z,CCV恢复内容分片的策略Y。
四)关于上述问题的求解:
图9是本发明提供的基于匹配算法的内容部署与内容传输方案的示意图,如图9所示,本发明首先基于算法1利用f-匹配与一对一匹配对公式(22)进行求解,得到CCV对于内容分片的缓存策略X;然后。在缓存策略X与CRV请求矩阵
Figure GDA0003226867090000185
的基础上对公式(29)进行求解,决定CRV请求内容时的传输策略Z以及CCV恢复内容分片时的传输策略Y。基于此,未能够从CCV处接收内容分片的CRV将从基站处接收所需的完整内容。最后,对于编码参数k满足1<k≤n-1,本发明对此问题进行循环,计算出不同k值时的总的传输成本,并找到能够使传输成本最小的编码参数k即为优化所得的k。
图10是本发明提供的基于车载网络的内容缓存装置的结构示意图,如图10所示,主要包括:信号接收单元11、模型构建单元12、逻辑运算单元13、缓存分发单元14和数据传输单元15,其中:
信号接收单元11主要用于接收车载网络中内容请求车辆CRV对目标内容的加载请求;模型构建单元12主要用于构建数据分发优化模型;所述传输成本为CRV接收到所述目标内容相关的所有内容分片所需要的传输成本;逻辑运算单元13主要用于对所述数据分发优化模型进行求解,以确定所述车载网络中各内容缓存车辆CCV对所述内容分片的缓存策略、CRV向各CCV请求内容分片的传输策略以及通过解码获取目标内容所需的内容分片数目;缓存分发单元14主要用于运行所述缓存策略,以将所述目标内容编码成n片内容分片,并将所有的内容分片缓存至各CCV中;数据传输单元15主要用于运行所述传输策略,以由所述CRV从各CCV加载相应的内容分片,并解码生成所述目标内容;加载相应的内容分片的总数量为所述内容分片数目。
本发明提供的基于车载网络的内容缓存装置,考虑对于CRV,选择一定数目的CCV发送内容分片,以使CRV能够成功解码所需的目标内容,同时基于数据分发优化模型选择新的CCV以及协助CCV恢复受损内容分片的CCV,能最小化内容共享过程中的传输成本。
需要说明的是,本发明实施例提供的基于车载网络的数据分装置,在具体运行时,可以执行上述任一实施例所述的基于车载网络的数据分方法,对此本实施例不作赘述。
为了充分展示本发明提供的基于车载网络的内容缓存方法及装置的有益效果。本发明通过实验仿真结果验证了本发明的性能。
具体地,在上述图3所示的算法1中,分别采用了GS匹配算法,HK算法、匈牙利算法三种不同的匹配算法进行对比,并用贪婪算法以及完全从基站获取完整内容作为基准,对于这三个匹配算法基于场景中的所有车辆用户的总时延、所有车辆用户的平均时延进行对比,比较不同匹配算法在本章所考虑的场景中的优劣。
本次验证过程提供设置车辆间发送内容分片的功率为PV=20dBm,基站向车辆发送完整内容的功率为Pbs=25dBm。请求概率Zipf分布参数取1.5,路径损耗因子为α=3,高斯白噪声功率为σ2=-96dBm,设置当车辆用户工作在全双工模式时,自干扰消除能力均值为λr=70dB。考虑车道的宽度为20m,考虑的长度为80m,其中考虑车辆大小与车间的安全距离,考虑每个车中心的位置距离长为8m,宽为5m,基站位于坐标(40,50)位置,仿真结果与仿真分析如下:
图11是所有请求用户总传输成本随缓存用户缓存空间的变化示意图,其中CCV为20辆,CRV为20辆,共有10个热点内容,三角形线条代表数据分发方法中使用HK匹配算法的情况;空心圆线条代表数据分发方法中使用GS匹配算法的情况;五角星线条代表的是数据分发方法中使用匈牙利匹配算法的情况,实心圆线条代表的是所有请求用户向基站请求完整内容的情况;平滑线条代表的是所提方案中使用贪婪算法的情况。由图11可知:匈牙利算法相对于GS算法在传输成本方面平均降低0.8%,相对于HK在算法传输成本方面平均降低3.9%,相对于贪婪算法在传输成本方面平均降低0.5%,相对于直接从基站下载内容在传输成本方面平均降低68.5%。
图12是算法应用不同匹配理论的运行时间随缓存用户缓存空间的变化示意图,三角形线条代表本发明所提方案中使用HK匹配算法的情况,空心圆线条代表所提方案中使用GS匹配算法的情况,五角星线条代表的是所提方案中使用匈牙利匹配算法的情况,实心圆线条代表的是所有请求用户向基站请求完整内容的情况,光滑线条代表的是所提方案中使用贪婪算法的情况。由图12可知:GS匹配算法的运行时间最短,贪婪算法运行时间最长。在运行时间方面,匈牙利算法比HK算法高5.9%,比GS算法高12.1%,比贪婪算法低6.5%。而从图12可知,当缓存空间较小时,匈牙利算法的性能更好,因此本发明选用匈牙利算法。
图13为场景中所有请求用户总的传输成本随请求用户数目的变化示意图,三角形线条代表本发明所提方案中使用HK匹配算法的情况,空心圆线条代表所提方案中使用GS匹配算法的情况,五角星线条代表的是所提方案中使用匈牙利匹配算法的情况,实心圆线条代表的是所有请求用户向基站请求完整内容的情况,光滑线条代表的是所提方案中使用贪婪算法的情况。由图13可知:从基站下发完整内容所需传输成本最多,因此当利用编码缓存技术时,性能会改善。匈牙利算法相对于GS算法在传输成本方面平均降低0.9%,相对于HK在算法传输成本方面平均降低4.9%,相对于贪婪算法在传输成本方面平均降低0.6%,相对于直接从基站下载内容在传输成本方面平均降低67.9%。
同时,为了比较全双工对于半双工的优势,本发明通过仿真对比全双工与半双工的频谱效率。为了比较考虑恢复失效内容分片对于不恢复失效内容分片的优势,可以通过仿真对比是否恢复失效内容分片的频谱效率及命中率。其中,频谱效率为总的遍历速率与总频谱带宽之间的比值,以此可以求场景中频谱效率。
图14为场景中所有请求用户频谱效率随自干扰消除能力的变化示意图,实线代表使用全双工技术的情况,虚线代表的是使用半双工技术的情况,其中五角星线条为车辆发射功率为PV=20dBm的情况,三角形线条为实线为车辆发射功率为PV=22dBm的情况。使用全双工技术时,当自干扰消除能力提升,中继车辆受到的自干扰减小,数据速率会增加,从而使频谱效率增加,因此使用全双工技术时,频谱效率随着自干扰消除能力的增加而上升。
图15为场景中所有请求用户频谱效率随自干扰消除能力的变化示意图,五角星实线代表使用全双工技术并且对损坏或者丢失的内容分片进行修复的情况,三角形实线代表的是使用全双工技术并且没有对损坏或者丢失的内容分片进行修复的情况,五角星虚线代表使用半双工技术并且对损坏或者丢失的内容分片进行修复的情况,三角形虚线代表的是使用半双工技术并且没有对损坏或者丢失的内容分片进行修复的情况。由图15可知:使用全双工技术时,当自干扰消除能力提升,中继车辆受到的自干扰减小,数据速率会增加,从而使频谱效率增加,因此使用全双工技术时,频谱效率随着自干扰消除能力的增加而上升。
图16为采用推导结果与蒙特卡洛方法进行对比的示意图,如图16所示,充分表明本发明推导得到的命中率公式为正确的。以此以求解场景总的命中率。
图17为场景中所有请求用户平均命中率随自干扰消除能力的变化示意图,由图17可知:使用全双工技术时,当自干扰消除能力提升,中继车辆受到的自干扰减小,数据速率会增加,从而使命中率提升,因此使用全双工技术时,命中率随着自干扰消除能力的增加而上升。同时,在没有对损坏或者丢失的内容分片进行修复时,命中率是根据内容分片失效概率计算的均值情况,若没有对损坏或者丢失的内容分片进行修复,在选择接收内容分片时,可能会没办法从链路情况较好的CCV处接收内容分片,从而命中率的均值会降低,因此命中率相比于对内容分片进行修复的情况会较差。
图18为相同情况下所有请求用户传输成本随自干扰消除能力的变化示意图,使用全双工技术时,当自干扰消除能力提升,中继车辆受到的自干扰减小,数据速率会增加,从而使传输成本下降,因此使用全双工技术时,传输成本随着自干扰消除能力的增加而上升。由图18可知:虽然在传输成本方面,半双工要优于全双工,在没有对损坏或者丢失的内容分片进行修复时,传输成本是根据内容分片失效概率计算的均值情况,若没有对损坏或者丢失的内容分片进行修复,在选择接收内容分片时,可能会没办法从链路情况较好的CCV处接收内容分片。但若对失效分片进行修复,则需要额外的传输成本对内容分片进行传输,对分片进行修复的额外传输成本对总传输成本的影响要大于从链路情况较差的CCV处接收内容分片的传输成本的影响,从而对失效分片进行修复的传输成本要比不对失效分片进行修复的传输成本高。
图19是本发明提供的电子设备的结构示意图,如图19所示,该电子设备可以包括:处理器(processor)910、通信接口(Communications Interface)920、存储器(memory)930和通信总线940,其中,处理器910,通信接口920,存储器930通过通信总线940完成相互间的通信。处理器910可以调用存储器930中的逻辑指令,以执行基于车载网络的内容缓存方法,该方法包括:接收车载网络中内容请求车辆CRV对目标内容的加载请求;构建数据分发优化模型;对所述数据分发优化模型进行求解,以确定所述车载网络中各内容缓存车辆CCV对所述内容分片的缓存策略、CRV向各CCV请求内容分片的传输策略以及通过解码获取目标内容所需的内容分片数目;运行所述缓存策略,以将所述目标内容编码成n片内容分片,并将所有的内容分片缓存至各CCV中;运行所述传输策略,以由所述CRV从各CCV加载相应的内容分片,并解码生成所述目标内容;加载相应的内容分片的总数量为所述内容分片数目。
此外,上述的存储器930中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面,本发明还提供一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,当所述程序指令被计算机执行时,计算机能够执行上述各方法所提供的基于车载网络的内容缓存方法,该方法包括:接收车载网络中内容请求车辆CRV对目标内容的加载请求;构建数据分发优化模型;对所述数据分发优化模型进行求解,以确定所述车载网络中各内容缓存车辆CCV对所述内容分片的缓存策略、CRV向各CCV请求内容分片的传输策略以及通过解码获取目标内容所需的内容分片数目;运行所述缓存策略,以将所述目标内容编码成n片内容分片,并将所有的内容分片缓存至各CCV中;运行所述传输策略,以由所述CRV从各CCV加载相应的内容分片,并解码生成所述目标内容;加载相应的内容分片的总数量为所述内容分片数目。
又一方面,本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的基于车载网络的内容缓存方法,该方法包括:接收车载网络中内容请求车辆CRV对目标内容的加载请求;构建数据分发优化模型;对所述数据分发优化模型进行求解,以确定所述车载网络中各内容缓存车辆CCV对所述内容分片的缓存策略、CRV向各CCV请求内容分片的传输策略以及通过解码获取目标内容所需的内容分片数目;运行所述缓存策略,以将所述目标内容编码成n片内容分片,并将所有的内容分片缓存至各CCV中;运行所述传输策略,以由所述CRV从各CCV加载相应的内容分片,并解码生成所述目标内容;加载相应的内容分片的总数量为所述内容分片数目。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于车载网络的内容缓存方法,其特征在于,包括:
接收车载网络中内容请求车辆CRV对目标内容的加载请求;
构建数据分发优化模型;
对所述数据分发优化模型进行求解,以确定所述车载网络中各内容缓存车辆CCV对内容分片的缓存策略、CRV向各CCV请求内容分片的传输策略以及通过解码获取目标内容所需的内容分片数目;
运行所述缓存策略,以将所述目标内容编码成n片内容分片,并将所有的内容分片缓存至各CCV中;
运行所述传输策略,以由所述CRV从各CCV加载相应的内容分片,并解码生成所述目标内容;加载相应的内容分片的总数量为所述内容分片数目;
在运行所述传输策略,确定任一CCV发送给所述CRV的内容分片失效的情况下,还包括:
对所述数据分发优化模型进行求解,以获取CCV恢复内容分片时的恢复策略;
运行所述恢复策略,以对存在内容分片损坏或内容分片丢失的CCV进行数据恢复;
同时,将所述目标内容直接发送给所述CRV。
2.根据权利要求1所述的基于车载网络的内容缓存方法,其特征在于,所有的CCV均工作在全双工中继模式;
相应地,所述CRV从任一CCV加载相应的内容分片,是通过两跳链路或一跳链路进行传输的。
3.根据权利要求1所述的基于车载网络的内容缓存方法,其特征在于,所述缓存策略为基于最大距离可分码编码技术。
4.根据权利要求1所述的基于车载网络的内容缓存方法,其特征在于,构建数据分发优化模型,包括:
以最小化传输成本为目标构建所述数据分发优化模型;
所述传输成本为CRV接收到所述目标内容相关的所有内容分片所需要的传输成本;传输成本与发送内容的能耗和所使用的频谱带宽成正比,表示为E=P·T·W,其中P是发送功率,T是传输时长,W是频谱带宽,E用于表示传输成本的期望;
所述数据分发优化模型的约束条件包括:
目标内容被缓存的内容分片数量、每个CCV最多能缓存内容分片的数量、CRV从CCV处接收内容分片时的信噪比、指向CRV的CCV数量、CCV在修复受损的内容分片时从其他CCV处获取内容分片的方式、在修复内容分片时所需要的内容分片的数量、CRV从基站处接收完整内容时的信噪比、CRV获得目标内容的方式。
5.根据权利要求1所述的基于车载网络的内容缓存方法,其特征在于,对所述数据分发优化模型进行求解,以确定所述车载网络中各内容缓存车辆CCV对所述内容分片的缓存策略、CRV向各CCV请求内容分片的传输策略以及通过解码获取目标内容所需的内容分片数目,包括:
基于匹配算法,将对所述数据分发优化模型的求解问题转换成第一子模型和第二子模型;所述第一子模型是以内容分发过程中的传输成本最小化为目标构建的,所述内容分发过程中的传输成本包括CRV通过从CCV处获取内容分片时的一跳链路传输成本和两跳链路传输成本;
所述第二子模型是以内容传输过程中的传输成本最小化为目标构建的,所述内容传输过程中的传输成本包括CRV向缓存了目标内容相关内容分片的CCV的请求成本、所述缓存了目标内容相关内容分片的CCV向CRV发送内容分片的传输成本,以及修复所述缓存了目标内容相关内容分片的CCV时的传输成本;
基于匈牙利算法,对所述第一子模型进行求解,以确定所述车载网络中各内容缓存车辆CCV对所述内容分片的缓存策略;
在所述缓存策略与CRV请求矩阵的基础上,对所述第二子模型进行求解,以确定CRV向各CCV请求内容分片的传输策略和CCV恢复内容分片时的恢复策略;
在编码参数k满足1<k≤n-1的情况下,计算出不同k值时的总的传输成本,并确定使所述传输成本最小的编码参数k作为内容分片数目。
6.根据权利要求4所述的基于车载网络的内容缓存方法,其特征在于,在以最小化传输成本为目标构建数据分发优化模型之后,还包括对所述数据分发优化模型进行仿真检测;
相应地,在仿真检测阶段利用目标内容被CRV请求的概率生成CRV对目标内容的请求情况。
7.一种基于车载网络的内容缓存装置,其特征在于,包括:
信号接收单元,用于接收车载网络中内容请求车辆CRV对目标内容的加载请求;
模型构建单元,用于以构建数据分发优化模型;
逻辑运算单元,用于对所述数据分发优化模型进行求解,以确定所述车载网络中各内容缓存车辆CCV对内容分片的缓存策略、CRV向各CCV请求内容分片的传输策略以及通过解码获取目标内容所需的内容分片数目;
缓存分发单元,用于运行所述缓存策略,以将所述目标内容编码成n片内容分片,并将所有的内容分片缓存至各CCV中;
数据传输单元,用于运行所述传输策略,以由所述CRV从各CCV加载相应的内容分片,并解码生成所述目标内容;加载相应的内容分片的总数量为所述内容分片数目;
所述数据传输单元,还用于在运行所述传输策略,确定任一CCV发送给所述CRV的内容分片失效的情况下,对所述数据分发优化模型进行求解,以获取CCV恢复内容分片时的恢复策略;运行所述恢复策略,以对存在内容分片损坏或内容分片丢失的CCV进行数据恢复;同时,将所述目标内容直接发送给所述CRV。
8.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述基于车载网络的内容缓存方法步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述基于车载网络的内容缓存方法步骤。
CN202110633104.6A 2021-06-07 2021-06-07 一种基于车载网络的内容缓存方法及装置 Active CN113542351B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110633104.6A CN113542351B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 一种基于车载网络的内容缓存方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110633104.6A CN113542351B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 一种基于车载网络的内容缓存方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113542351A CN113542351A (zh) 2021-10-22
CN113542351B true CN113542351B (zh) 2022-11-25

Family

ID=78124611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110633104.6A Active CN113542351B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 一种基于车载网络的内容缓存方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113542351B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113905354B (zh) * 2021-11-11 2023-09-26 南京邮电大学 一种基于区域内容流行度的车载网络内容传递方法及系统
CN116208669B (zh) * 2023-04-28 2023-06-30 湖南大学 基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109218747A (zh) * 2018-09-21 2019-01-15 北京邮电大学 超密集异构网络中基于用户移动性的视频业务分类缓存方法
CN112911614A (zh) * 2021-01-12 2021-06-04 重庆邮电大学 基于动态请求d2d网络中的协作编码缓存方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109831796B (zh) * 2019-02-03 2020-07-28 北京邮电大学 无线网络虚拟化中的资源分配方法
CN111385734B (zh) * 2020-02-19 2021-07-30 重庆邮电大学 一种车联网内容缓存决策优化方法
CN111866887B (zh) * 2020-06-22 2022-08-02 北京邮电大学 一种车载网络中通信、缓存和计算资源联合优化方法
CN111901392B (zh) * 2020-07-06 2022-02-25 北京邮电大学 一种面向移动边缘计算的内容部署与分发方法及系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109218747A (zh) * 2018-09-21 2019-01-15 北京邮电大学 超密集异构网络中基于用户移动性的视频业务分类缓存方法
CN112911614A (zh) * 2021-01-12 2021-06-04 重庆邮电大学 基于动态请求d2d网络中的协作编码缓存方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113542351A (zh) 2021-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113542351B (zh) 一种基于车载网络的内容缓存方法及装置
CN109347604B (zh) 一种基于分批稀疏码的多跳网络通信方法和系统
KR101605062B1 (ko) 통신 장비에 송신될 인코딩된 심벌을 재-인코딩하기 위한 네트워크 재-인코딩 방법 및 디바이스
CN112367640B (zh) 基于移动边缘计算的v2v模式多任务卸载方法及系统
CN107994971B (zh) 面向有限缓冲区中继链路的编码传输方法及编码通信系统
CN105490771B (zh) 一种lt喷泉码编码度分布的构造方法
CN101534129B (zh) 基于不对等消息更新的置信传播ldpc译码方法
CN107155197B (zh) 基于多跳协作的分布式存储方法、装置及电子设备
CN105518995A (zh) 用于低密度签名调制的低复杂度接收器和方法
CN109450594B (zh) 云接入网上行链路的无速率码度数分布优化方法
CN111770546B (zh) 一种基于q学习的容迟网络随机网络编码方法
CN106998242B (zh) 空间通信分布式动态网络拓扑的不等保护纠删编码方法
KR101924691B1 (ko) 무선 통신에서 캐시 메모리를 이용하여 다수의 송신 노드에 데이터를 분산 저장하는 방법 및 장치
WO2021136400A1 (zh) 上行信号压缩传输方法、系统、计算机设备和存储介质
CN110430011B (zh) 基于规则变量节点度分布的bats码编码方法
CN111314349B (zh) 雾无线接入网中基于联合最大距离可分码与簇协作的编码缓存方法
US9271229B2 (en) Methods, systems, and media for partial downloading in wireless distributed networks
CN105246110A (zh) 用于基于can的电气架构的无线通信扩展
CN103812615A (zh) 分布式通信系统中卢比变换码的编码方法及中继通信方法
CN109194445B (zh) 一种适用于短码长喷泉码的编译码优化方法
CN113543067B (zh) 一种基于车载网络的数据下发方法及装置
CN108092672B (zh) 一种基于折叠调度的bp译码方法
Elkelesh et al. Reducing polar decoding latency by neural network-based on-the-fly decoder selection
US9258204B2 (en) Method and apparatus for deciding network coding method based on link utilization
CN107147470B (zh) 一种网络编码转发速率在线控制方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant