CN103873465B - 一种适用于移动场景的发布订阅系统的缓存方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于移动场景的发布订阅系统的缓存方法，包括如下步骤：缓存启动步骤，订阅者断开连接之前，将断开消息发布到整个网络，启动缓存；缓存终止步骤，订阅者重新连接网络时，将重连消息发布到整个网络，终止缓存；缓存订阅与响应步骤，订阅者发出一缓存请求，将缓存请求发布到整个网络，获取缓存。本发明具有以下有益效果：综合考虑订阅者的移动特征和网络特征而选择恰当的缓存位置，显著降低了订阅者在获取事件缓存时的延迟，从而提高了效率；无论订阅者在各个位置之间等概率地移动，还是集中在某个局部范围内频繁活动，本发明都有较好的适应性；在事件分发路径内选择合适的位置缓存事件，有利于减轻网络负载，优化网络性能。

Description

一种适用于移动场景的发布订阅系统的缓存方法

技术领域

本发明属于发布订阅系统技术领域，具体涉及一种适用于移动场景的发布订阅系统的缓存方法。

背景技术

发布订阅系统包含一个分布式的通信网络，即事件代理网络，和一系列相互通信的端点，即订阅者和发布者。订阅者和发布者之间通过事件代理网络互联，采用一种异步的发布-订阅方式来完成数据交换。订阅者通过声明一个过滤条件表达式提交订阅，当发布者发布了一条符合其订阅条件的事件，该事件即经由代理网络路由到订阅者。在时间上，内容的订阅与发布是异步的，而在空间上，订阅者与发布者也不必关心对方位于何处，因此发布订阅系统实现了通信双方在空间、时间和控制流上完全解耦。

随着近来云计算、无线网络、移动技术等的快速发展，分布式系统中对系统灵活性和可扩展性的要求也越来越高，支持移动场景的发布订阅系统应运而生。在现有的适用于移动场景的发布订阅系统中，事件代理网络仍通过有线网络组织而成，而发布者和订阅者则可能是智能手机、平板电脑等移动终端，移动用户可以连接到一个边界代理以访问发布订阅系统，也可以在不同的边界代理之间移动切换。移动场景下的缓存需要解决的问题就是，在订阅者移动期间，如何将订阅的内容缓存下来，并同时确保缓存的可用性以及用户访问缓存内容的效率等，向移动环境下的扩展也给发布订阅系统带来了很多新的挑战。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种适用于移动场景的发布订阅系统的缓存方法，用于当移动用户在不同的边界代理之间移动切换时，将订阅的内容缓存下来，待用户重新上次时提供缓存订阅。具体的技术方案如下：

一种适用于移动场景的发布订阅系统的缓存方法，包括如下步骤：

缓存启动步骤：当订阅者从某一代理节点处断开连接之前，发送一断开消息，将订阅者的订阅条件和标示符通知边界代理；所述边界代理执行断开操作：

保留订阅表中的订阅条件所对应的表项，记录标示符，并为该订阅者设置一断开标记，标示订阅者处于断开状态；计算当前代理节点的加权平均距离并记录最小值所述边界代理再将所述断开消息转发给所有邻居代理；

所有邻居代理重复上述断开操作，将所述断开消息通知到整个网络；之后，拥有最小值的代理节点被选为缓存点，并进行事件缓存；所述缓存点沿断开消息广播路径的逆方向发送反馈消息，通知该广播路径上的代理节点更新最小值缓存启动完成；

缓存终止步骤：当订阅者从某一代理节点重新连接网络时，发送一重连消息，边界代理执行重连操作：

将缓存启动时设置的断开标记置空，再将所述重连消息转发给所有邻居代理；

所有邻居代理重复上述重连操作，将所述重连消息通知到整个网络；缓存终止；

缓存订阅与响应步骤：订阅者从某一代理节点发出一缓存请求，所述缓存请求中包含缓存条件；当前代理节点进行缓存请求处理操作：

将所述缓存条件与当前代理节点中保留的订阅条件进行匹配，再将所述缓存请求转发给所有邻居代理；

所有邻居代理重复上述缓存请求处理操作，将所述缓存请求通知到整个网络；所述缓存点沿缓存请求广播路径的逆方向发送缓存的事件内容，完成缓存请求的响应。

作为优化方案，所述加权平均距离的计算方法如下：

假设s_i表示第i个订阅者，表示订阅者s_i可能出现的所有位置集合，且表示订阅者出现的第j个位置，其中j＝1，2，……，n；当前代理节点根据公式(1)计算加权平均距离

其中，p_ij表示s_i在位置l_ij出现的概率，且d_ij表示当前代理节点到l_ij的距离；所述位置l_ij、概率p_ij以及距离d_ij预存在各代理节点中。

作为优化方案，对于发布订阅网络中的每个代理节点，分别为每个订阅者s_i各维护一组特征数据{s_i→<l_ij，p_ij，d_ij>}。

作为优化方案，在所述缓存终止步骤中，当订阅者发送所述重连消息时，将特征数据中的位置数据l_ij和概率数据p_ij加入所述重连消息中一并进行广播；在广播过程中，每个代理节点对存储的位置数据l_ij和概率数据p_ij进行更新。

作为优化方案，缓存启动之后，后续发布的事件根据订阅表进行发布；在发布过程中，当前代理节点根据事件的订阅者对应的断开标记进行判断，若断开标记不为空，则比较本地加权平均距离与最小值的大小关系决定是否对事件进行缓存。

作为优化方案，在缓存订阅与响应步骤中，将缓存请求转发到缓存点获取缓存的方法具体为：

在缓存请求转发到缓存点的过程中依次记录沿途经过的代理节点，记为缓存请求广播路径；缓存请求到达缓存点后，缓存点将请求的缓存沿缓存请求广播路径的逆序发送给发出缓存请求的代理节点。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过综合考虑订阅者的移动特征和网络特征而选择恰当的事件缓存位置，显著降低了订阅者在获取事件缓存时的延迟，从而提高了效率。

(2)正是由于考虑了订阅者的移动特征，所以，无论订阅者在各个位置之间等概率地移动，还是集中在某个局部范围内频繁活动，本发明都有较好的适应性。

(3)另外，本发明中事件缓存点是由加权平均得到，在事件分发路径内选择合适的位置缓存事件，有利于减轻网络负载，优化网络性能。

附图说明

图1为本发明提供的适用于移动场景的发布订阅系统的缓存方法的流程图；

图2为实施例1的发布订阅系统的网络结构示意图；

图3为实施例1中断开消息在发布订阅网络中的工作原理图；

图4为实施例1中反馈消息在发布订阅网络中的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。

实施例1：

如图1所示，一种适用于移动场景的发布订阅系统的缓存方法，包括如下步骤：

步骤S1，缓存启动步骤：当订阅者s_i从某一代理节点处断开连接之前，发送一断开消息DCN(f_i，i)，将订阅者的订阅条件f_i和标示符i通知边界代理；所述边界代理执行断开操作：

保留订阅表中的订阅条件所对应的表项，记录标示符i，并为该订阅者s_i设置一断开标记DCN_i，标示订阅者s_i处于断开状态；计算当前代理节点的加权平均距离并记录最小值所述边界代理再将所述断开消息DCN(f_i，i)转发给所有邻居代理。

所有邻居代理重复上述断开操作，将所述断开消息DCN(f_i，i)通知到整个网络；之后，拥有最小值的代理节点被选为缓存点，并进行事件缓存；所述缓存点沿断开消息广播路径的逆方向发送反馈消息，通知该广播路径上的代理节点更新最小值

本步骤在现有的发布订阅系统的基础上进行了改进，提出了一个操作原语，即断开消息DCN(f_i，i)，该操作用于在订阅者断开网络连接的时候发出通知并启动缓存。每个代理节点都存储并维护一个订阅表，该订阅表是现有的发布订阅系统为实现发布订阅功能而设置的，其中记录了订阅者的订阅条件f_i和标示符i以及订阅者的路由信息等。

所述加权平均距离的计算方法如下：

假设s_i表示第i个订阅者，表示订阅者s_i可能出现的所有位置集合，且表示订阅者出现的第j个位置，其中j＝1，2……，n；当前代理节点根据公式(1)计算加权平均距离

$e_i=\frac{{\&Sigma;}_{j=1}^n{p}_{ij}*d_{ij}}{n}---\left(1\right)$

其中，p_ij表示s_i在位置l_ij出现的概率，且d_ij表示当前代理节点到l_ij的距离；所述位置l_ij、概率p_ij以及距离d_ij预存在各代理节点中。

上述订阅者的位置l_ij和各位置上出现的概率p_ij是由订阅者自己统计出来的或由移动预测算法得到的，用于反映订阅者的移动行为特征；具体而言，订阅者的位置l_ij及概率p_ij可由用户每次上线时自行记录在移动设备中从而进行统计，也可通过现有的移动预测算法(如已有研究者提出一种基于高斯-马可夫移动模型的移动预测算法等)计算得到。总之，订阅者的位置l_ij及概率p_ij是与订阅者自身的移动特征相关的先决知识，属于已知条件，可由现有的计算方法获得，本发明对位置l_ij及概率p_ij的获取方法不做限制。而距离d_ij则是以跳数hop计算的，用于反应订阅者的网络距离特征。在本实施例中，对于发布订阅网络中的每个代理节点，分别为每个订阅者s_i各维护一组特征数据{s_i→<l_ij，p_ij，d_ij>}。将上述特征数据{s_i→<l_ij，p_ij，d_ij>}预存在各代理节点的方法可以为：当订阅者发布订阅消息时，将上述特征数据{s_i→〈l_ij，p_ij，d_ij>}随订阅消息一起进行广播，并存储在各代理节点中；每一次订阅消息的发布过程中，广播到每个代理节点的位置l_ij和概率p_ij是相同的，但是距离d_ij的值是不断变化的，距离d_ij的初值为0，每经过一跳便+1，当订阅消息广播到整个网络时，每个节点都记录下了自己到订阅者s_i的距离d_ij。有了移动行为特征和网络距离特征，每个事件代理就可以据此计算自己到s_i可能出现的各个位置l_ij间的加权平均距离由于订阅者s_i在请求缓存事件时的请求效率以及产生的网络负载都与网络距离密切相关，因此，将事件保存在加权平均距离较小的代理处，会有效降低用户获取缓存时的延迟和网络负载。

缓存启动之后，后续发布的事件根据订阅表进行发布；在发布过程中，当前代理节点查找订阅表获得事件订阅者s_i的标示符i，从而确定事件的订阅者；当前代理节点根据事件的订阅者s_i对应的断开标记DCN_i进行判断，由于断开标记DCN_i不为空，进行缓存点的判断操作：比较本地加权平均距离与最小值的大小关系决定是否对事件进行缓存。

步骤S2，缓存终止步骤：当订阅者s_i从某一代理节点重新连接网络时，发送一重连消息RCN(i)，边界代理执行重连操作：

将缓存启动时设置的断开标记DCN_i置空，再将所述重连消息RCN(i)转发给所有邻居代理；

所有邻居代理重复上述重连操作，将所述重连消息RCN(i)通知到整个网络；缓存终止。

本步骤提出了一个新的操作原语，即重连消息RCN(i)，用于在订阅者移动到新位置重新连接网络时发出请求并终止缓存。缓存终止之后，后续发布的事件根据订阅表进行发布；在发布过程中，当前代理节点查找订阅表获得事件订阅者s_i的标示符i，从而确定事件的订阅者；当前代理节点根据事件的订阅者s_i对应的断开标记DCN_i进行判断，由于此时，断开标记DCN_i为空，因此不再进行缓存。

在本实施例中，由于订阅者重新连接到发布订阅系统中，移动行为特征会相应的发生变化，因此，反映移动行为特征的位置l_ij和各位置上出现的概率p_ij也会产生变化。为了更准确地反映实时的移动行为特征，每次当订阅者发送所述重连消息RCN(i)时，将特征数据中的位置数据l_ij和概率数据p_ij加入所述重连消息RCN(i)中一并进行广播；在广播过程中，每个代理节点对存储的位置数据l_ij和概率数据p_ij进行更新。上述更新位置l_ij和概率p_ij的操作，再加上每次订阅者断开连接发布断开消息DCN(f_i，i)的过程中均重新计算加权平均距离并记录最小值从而确保了系统能够适应用户移动行为特征的变化。

步骤S3，缓存订阅与响应步骤：订阅者从某一代理节点发出一缓存请求，所述缓存请求中包含缓存条件filter；当前代理节点进行缓存请求处理操作：

将所述缓存条件filter与当前代理节点中保留的订阅条件f_i进行匹配，再将所述缓存请求转发给所有邻居代理；

所有邻居代理重复上述缓存请求处理操作，将所述缓存请求通知到整个网络；所述缓存点沿缓存请求广播路径的逆方向发送缓存的事件内容，完成缓存请求的响应。

由于事件缓存点一定位于对应于订阅者的某棵事件分发树内部，因此，无论订阅者当前的位置是否与该缓存点代理位于同一棵事件分发树中，只要将缓存请求向订阅者可能出现的各个位置转发，总有一个时刻该请求会抵达该缓存点代理，最终都能定位到事件缓存。

在本步骤中，将缓存请求转发到缓存点获取缓存的方法具体为：

在缓存请求转发到缓存点的过程中依次记录沿途经过的代理节点，记为缓存请求广播路径；缓存请求到达缓存点后，缓存点将请求的缓存沿缓存请求广播路径的逆序发送给发出缓存请求的代理节点。

下面给出一个实例，进一步对本实施例提供的缓存方法进行阐述：

如图2所示，图中显示了某一事件对应的分发树，叶节点表示移动订阅者s可能出现的各个位置，虚线表示来自s的可能连接，其在每个位置加入网络的概率p如图中所标示。节点中所标示的数字即是各代理根据本地维护的关于订阅者s的移动特征及网络特征所计算出的到s可能出现的各位置的加权平均距离可以看出，节点N1和N2拥有最小距离0.46，事件就被缓存在这两个节点处。这一选择与我们的直观分析也是一致的，当移动用户在某一区域出现频率较高时，事件也相应地存储在离该区域较近的位置，从而用户获取缓存时的效率较高，产生的网络开销也会较小。

图3和图4演示了断开消息DCN(f_i，i)广播、反馈消息调节继而启动缓存的过程。考虑到在实际的发布订阅网络中，不同代理都有可能作为不同的事件分发树的树根，因此图中展示的网络拓扑结构是更一般的无环图，而不是具有唯一根节点的树。图3中，订阅者向边界代理A发出断开消息DCN(f_i，i)并沿箭头所示方向向整个网络广播，广播途中，每个代理设置本地的DCN_i标记并记录当前已知的最小加权平均距离然后，拥有最小值的代理节点，即代理B，会向广播路径的逆方向发送一个反馈消息，通知该方向上的代理更新值，如图3所示。最终，每个代理都将维护一致的信息，而代理B则被选为事件的缓存点。启动缓存后，当有事件被发布时，只有代理B会为订阅者s_i缓存符合其订阅条件的事件，而其他的代理根据得知自己不是最适当的缓存点，故只对事件进行匹配和转发，不做缓存。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (6)

1.一种适用于移动场景的发布订阅系统的缓存方法，其特征在于，包括如下步骤：

缓存启动步骤：当订阅者从某一代理节点处断开连接之前，发送一断开消息，将订阅者的订阅条件和标示符通知边界代理；所述边界代理执行断开操作：

保留订阅表中的订阅条件所对应的表项，记录标示符，并为该订阅者设置一断开标记，标示订阅者处于断开状态；计算当前代理节点的加权平均距离并记录最小值所述边界代理再将所述断开消息转发给所有邻居代理；

所有邻居代理重复上述断开操作，将所述断开消息通知到整个网络；之后，拥有最小值的代理节点被选为缓存点，并进行事件缓存；所述缓存点沿断开消息广播路径的逆方向发送反馈消息，通知该广播路径上的代理节点更新最小值缓存启动完成；

缓存终止步骤：当订阅者从某一代理节点重新连接网络时，发送一重连消息，边界代理执行重连操作：

将缓存启动时设置的断开标记置空，再将所述重连消息转发给所有邻居代理；

所有邻居代理重复上述重连操作，将所述重连消息通知到整个网络；缓存终止；

缓存订阅与响应步骤：订阅者从某一代理节点发出一缓存请求，所述缓存请求中包含缓存条件；当前代理节点进行缓存请求处理操作：

将所述缓存条件与当前代理节点中保留的订阅条件进行匹配，再将所述缓存请求转发给所有邻居代理；

所有邻居代理重复上述缓存请求处理操作，将所述缓存请求通知到整个网络；所述缓存点沿缓存请求广播路径的逆方向发送缓存的事件内容，完成缓存请求的响应。

2.根据权利要求1所述的缓存方法，其特征在于，所述加权平均距离的计算方法如下：

假设s_i表示第i个订阅者，表示订阅者s_i可能出现的所有位置集合，且 表示订阅者出现的第j个位置，其中j＝1，2，……，n；当前代理节点根据公式(1)计算加权平均距离

其中，p_ij表示s_i在位置l_ij出现的概率，且d_ij表示当前代理节点到l_ij的距离；所述位置l_ij、概率p_ij以及距离d_ij预存在各代理节点中。

3.根据权利要求2所述的缓存方法，其特征在于，对于发布订阅网络中的每个代理节点，分别为每个订阅者s_i各维护一组特征数据{s_i→<l_ij，p_ij，d_ij>}。

4.根据权利要求3所述的缓存方法，其特征在于，在所述缓存终止步骤中，当订阅者发送所述重连消息时，将特征数据中的位置数据l_ij和概率数据p_ij加入所述重连消息中一并进行广播；在广播过程中，每个代理节点对存储的位置数据l_ij和概率数据p_ij进行更新。

5.根据权利要求1所述的缓存方法，其特征在于，缓存启动之后，后续发布的事件根据订阅表进行发布；在发布过程中，当前代理节点根据事件的订阅者对应的断开标记进行判断，若断开标记不为空，则比较本地加权平均距离与最小值的大小关系决定是否对事件进行缓存，当时，不对事件做缓存，而拥有最小值的代理节点对事件做缓存。

6.根据权利要求1所述的缓存方法，其特征在于，在缓存订阅与响应步骤中，将缓存请求转发到缓存点获取缓存的方法具体为：

在缓存请求转发到缓存点的过程中依次记录沿途经过的代理节点，记为缓存请求广播路径；缓存请求到达缓存点后，缓存点将请求的缓存沿缓存请求广播路径的逆序发送给发出缓存请求的代理节点。