CN106941451B - 一种基于网络感知和覆盖率阈值矩阵的文件智能缓存方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于网络感知和覆盖率阈值矩阵的文件智能缓存方法，包括：基于网络感知采集和预处理用户数据和数据文件的属性数据，确定被缓存数据文件的源节点，动态更新覆盖率阈值矩阵，将网络中所有满足未激活条件的节点放入未激活节点集合P_inactive中；未激活节点V_i接收到信令后，确定所要执行的信令的类型；未激活节点V_i根据信令的类型执行信令，计算邻居节点中当前文件的节点覆盖率，若节点覆盖率大于覆盖率阈值，按照节点优先顺序向邻居节点发送信令，以满足覆盖率要求；直到满足文件缓存的终止条件为止。本发明解决了现有技术所存在的内容缓存效率低、个性化不足和时效性不够等问题。

Description

一种基于网络感知和覆盖率阈值矩阵的文件智能缓存方法

技术领域

本发明涉及网络通信领域，特别涉及一种基于网络感知和覆盖率阈值矩阵的文件智能缓存方法。

背景技术

随着网络技术和通信技术的不断发展，用户对网络服务质量的要求越来越高，如何提高响应速度、解决网络拥挤问题、提升寻址速度和降低服务拒绝率都是影响用户体验的重要问题。通过将各种信息以文件形式预先推送到作为分布式缓存的最接近用户的网络边缘，使用户就近取得所需的内容，是一种有效的解决方案。具体而言，通过应用分布式缓存、负载均衡和流量工程等技术，提供各种内容分布和服务发送的功能，包括动态地部署网络内容到边缘，根据网络内容处理通信量，将访问请求转发给最近的服务器，使得用户能以最快的速度，从最接近用户的地方获得所需的内容，从而缩短服务提供点与用户之间的网络距离，提高响应速度、减少延迟、解决网络拥挤等问题，提高网络利用率，改善用户体验。

另一方面，随着智能路由器和业务服务器的规模不断增加，可以为用户提供的服务种类也不断丰富，包括音频服务、视频服务、多媒体服务、新闻提供、搜索服务、台风预报、海啸警报、灾难通知、交通情况、舆情传播等。那些对实时性要求低的服务，其提供方式一般是由用户主动去获取的，即用户使用连接在因特网上的各类终端，主动与因特网上的特定业务服务器建立连接，向业务服务器发送特定的业务请求，然后从业务服务器得到响应，该响应中包含了用户所需要的各类信息。但是，这样的提供方式对很多服务来说是不适合的，或者是过于低效的，比如台风预报、海啸警报、灾难通知等。对于这些实时性要求很高的服务，用户希望业务服务器可以主动推送给用户，而不需要等到用户主动去访问业务服务器来获取，因为等待用户的主动访问会影响预报信息的及时性。

此外，随着互联网的信息量不断增加，如何通过网络感知获取实时数据，并从海量的数据中挖掘出不同用户的随时变化的需求，变得尤为重要。而传统的文件缓存方法大都是静态的或缺乏时效性的，即一般不会随着时间变化而实时调整文件缓存方法或参数，也很少根据不同用户的实时反馈信息来动态调整缓存方法或参数。随着节目的数目和用户的数量不断增多，计算和存储难度也在不断增大，传统的文件缓存方法已经不能准确地满足用户的需求。因此，针对在复杂多变的广域网络中用户的不同需求，有必要提供更智能的文件缓存方法，以满足大规模网络用户的个性化、动态化和时效性的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服已有的文件缓存方法内容缓存效率低、个性化不足和时效性不够，从而提供一种具有时效性、动态化的文件智能缓存方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于网络感知和覆盖率阈值矩阵的文件智能缓存方法，包括：

步骤1)、基于网络感知采集和预处理用户数据和数据文件的属性数据，确定被缓存数据文件的源节点，动态更新覆盖率阈值矩阵，然后将网络中所有满足未激活条件的节点放入未激活节点集合P_inactive中；其中，

所述覆盖率阈值矩阵是指由用户对未访问数据文件的感兴趣程度作为权重，来决定该数据文件在相应用户附近的覆盖率阈值而形成的矩阵(c_ij)，其中c_ij为在用户i的附近关于数据文件j的覆盖率阈值；

未激活节点是指在一定时效内未执行过对当前文件的信令的节点；

步骤2)、未激活节点集合P_inactive中的一未激活节点V_i接收到信令后，根据所接收的信令的类型、数量，以多信令处理方式确定所要执行的信令的类型；其中，

所述信令按照类型包括缓存信令、通知信令；所述缓存信令是指当节点收到该信令时，需要缓存内容，并计算节点覆盖率，且扩散信令；所述通知信令是指当节点收到该信令时，不需要缓存内容，只需要计算节点覆盖率，并扩散信令；

步骤3)、检测未激活节点V_i之前是否已经执行过缓存信令，如果是，转到步骤11)，否则，执行下一步；

步骤4)、判断信令类型是否为缓存信令，如果是，则未激活节点V_i上缓存文件，并转到步骤6)，否则，执行下一步；

步骤5)、检测未激活节点V_i之前是否已经执行过通知信令，如果是，转到步骤11)，否则，执行下一步；

步骤6)、计算未激活节点V_i的邻居节点中当前文件的节点覆盖率，得到C_cur，并将邻居节点中未处理过缓存或通知信令的节点，添加到集合W中，所述集合W初始时为空集；其中，节点覆盖率是指在未激活节点V_i本身及其邻居节点内，已收到当前文件的缓存信令的节点数P_i ^k与所有邻居节点数P_i ^kt的比值P_i ^k/P_i ^kt；

步骤7)、判断C_cur≥C_threshold，其中C_threshold表示由覆盖率阈值矩阵得到的覆盖率阈值，如果是，转到步骤9)，否则，执行下一步；

步骤8)、在未激活节点V_i的邻居节点集合中，按照节点优先顺序来选择足够多的未收到缓存信令的节点，向其发送缓存信令，以便满足当前节点的最小覆盖率需求；

步骤9)、向集合W中未被随机选择的节点发送通知信令；

步骤10)、将节点V_i从未激活节点集合P_inactive中删去；

步骤11)、判断未激活节点集合P_inactive是否为空集，如果否，则返回步骤2)，以便处理下一个节点的信令，如果是，执行下一步；

步骤12)、判断最后删除的节点所发出的缓存信令是否还未执行完，如果是，则执行完所有最后删除的节点所发出的缓存信令，否则，结束操作。

上述技术方案中，所述用户数据至少包括用户基本信息、用户行为数据、用户对数据文件的访问历史；所述数据文件的属性数据至少包括：数据文件的基本信息，数据文件的被访问统计信息。

上述技术方案中，在步骤1)中，所述覆盖率阈值矩阵的计算方法为：根据用户数据和节目数据，计算用户i对已访问数据文件k的喜爱程度c(i,k)以及任意两个数据文件之间的相似度s(j,k)，然后用来计算出覆盖率阈值矩阵(c_ij)；当无数据时，覆盖率阈值的缺省值为0.1。

上述技术方案中，在步骤2)中，以多信令处理方式确定所要执行的信令的类型包括：

a)收到多个通知信令时，只处理一次通知信令；

b)收到多个缓存信令时，只处理一次缓存信令；

c)收到多个通知和多个缓存信令时，只处理一次缓存信令；

d、)已经处理过一次缓存信令后，不再处理任何信令；

e)已经处理过一次通知信令后，不再处理通知信令，但如果又接收到缓存信令，允许再处理一次缓存信令。

上述技术方案中，在步骤8)中，所述节点优先顺序包括：首先，若当前节点没有缓存当前文件，则优先在当前节点上缓存该文件；其次，选择在未处理过信令的节点上缓存该文件；再次，选择在未缓存该文件的其他节点上缓存该文件；如果优先级相同，则随机选择。

上述技术方案中，在步骤8)中，所述足够多的未收到缓存信令的节点的数量通过如下计算公式确定：C_threshold×P_i ^kt—P_i ^k。

本发明的优点在于：

本发明提高了内容缓存效率和自适应性，以满足不同用户的个性化需求和高时效性的需求。

附图说明

图1是本发明的基于网络感知和覆盖率阈值矩阵的文件智能缓存方法的流程图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明的基于网络感知和覆盖率阈值矩阵的文件智能缓存方法包括：

步骤1：先利用网络感知技术，采集和预处理用户数据和数据文件的属性数据，确定被缓存数据文件的源节点，动态更新覆盖率阈值矩阵，然后将网络中所有满足未激活条件的节点放入未激活节点集合P_inactive中，设V₀为数据文件缓存的源节点，V₀的邻居节点集合为V_neigh＝{V_j}。

在本步骤中，用户数据包括用户基本信息、用户行为数据、用户对数据文件的访问历史等；所述数据文件的属性数据包括：数据文件的基本信息，数据文件的被访问统计信息等。在本发明中，所述数据文件主要是指大容量的数据文件，在一个实施例中，所述数据文件为视频节目，在其他实施例中，可以为其他类型的大容量数据文件。

缓存有数据文件的源节点可以是网络中的任意节点，被缓存数据文件的唯一标识符记为file_id。

覆盖率阈值矩阵是指由用户对未访问数据文件的感兴趣程度作为权重，来决定该数据文件在相应用户附近的覆盖率阈值而形成的矩阵(c_ij)，其中c_ij为在用户i的附近关于数据文件j的覆盖率阈值。在该矩阵中，一行向量代表一个用户，矩阵中的每一个元素的用途是：针对某一被缓存数据文件file_id的节点覆盖率的阈值。

具体地，覆盖率阈值矩阵的计算方法为：根据用户数据和节目数据，采用现有方法来计算用户i对已访问数据文件k的喜爱程度c(i,k)以及任意两个数据文件之间的相似度s(j,k)，然后用来计算出覆盖率阈值矩阵(c_ij)；当无数据时，覆盖率阈值的缺省值为0.1。

未激活节点是指在一定时效内未执行过对当前文件的信令的节点。

步骤2：未激活节点V_i接收到当前文件的缓存或通知信令，若在节点V_i收到多条信令，则对V_i收到的信令的类型进行“或”运算，运算结果作为要执行的信令类型。

在本发明中，信令的类型分为缓存信令与通知信令，所述缓存信令是指当节点收到该信令时，需要缓存内容，并计算节点覆盖率，且扩散信令；所述通知信令是指当节点收到该信令时，不需要缓存内容，只需要计算节点覆盖率，并扩散信令。

节点在收到多条信令时，可按照多信令处理方式来确定所要执行的信令的类型。所述多信令处理方式是指当前节点对相同文件收到多个信令时的处理方式如下：1)收到多个通知信令时，只处理一次通知信令；2)收到多个缓存信令时，只处理一次缓存信令；3)收到多个通知和多个缓存信令时，只处理一次缓存信令；4)已经处理过一次缓存信令后，不再处理任何信令；5)已经处理过一次通知信令后，不再处理通知信令，但如果又接收到缓存信令，可以再处理一次缓存信令。

在计算机上实现时，可将用于表示信令类型的位设置为1，表示该信令为缓存信令，将用于表示信令类型的位设置为0，表示该信令为通知信令。根据这一设置方式，通过“或”运算来确定所要执行的信令的类型。

步骤3：检测节点V_i是否已经执行过缓存信令，如果是，转到步骤11，否则，执行下一步。

步骤4：判断信令类型是否为缓存，如果是，则节点V_i上缓存，并转到步骤6，否则，执行下一步。

步骤5：检测节点V_i是否已经执行过通知信令，如果是，转到步骤11，否则，执行下一步。

步骤6：计算节点V_i的邻居节点中当前文件的节点覆盖率，得到C_cur，并将邻居节点中未处理过缓存或通知信令的节点，添加到集合W中，即更新W。

其中，邻居节点是指与节点V_i的距离为k跳以内的节点，k是一个自然数，其缺省值为1；邻居节点集合记为V_neigh，邻居列表的获取不局限于跳数，也可以用带宽、时延等指标来生成邻居列表。节点覆盖率是指在节点V_i本身及其邻居节点内，已收到当前文件的缓存信令的节点数P_i ^k与所有邻居节点数P_i ^kt的比值P_i ^k/P_i ^kt，根据该定义即可计算节点覆盖率的数值。

步骤7：判断C_cur≥C_threshold，如果是，转到步骤9，否则，执行下一步。

本步骤中的C_threshold表示覆盖率阈值，所述覆盖率阈值由覆盖率阈值矩阵给出。

步骤8：在邻居节点集合中，按照节点优先顺序来选择足够多的未收到缓存信令的节点，向其发送缓存信令，以便满足当前节点的最小覆盖率需求。

本步骤中所涉及的节点优先顺序如下：首先，若当前节点没有缓存当前文件，则优先在当前节点上缓存该文件；其次，选择在未处理过信令的节点上缓存该文件；再次，选择在未缓存该文件的其他节点上缓存该文件；如果优先级相同，则随机选择。所述足够多的未收到缓存信令的节点的数量可通过如下计算公式确定：C_threshold×P_i ^kt—P_i ^k。

步骤9：向集合W中未被随机选择的节点发送通知信令。

步骤10：将节点V_i从未激活节点集合P_inactive中删去，即更新集合P_inactive。

步骤11：判断未激活节点集合P_inactive是否为空集，如果否，则返回步骤2，以便处理下一个节点的信令，如果是，执行下一步。

步骤12：判断最后删除的节点所发出的缓存信令是否还未执行完，如果是，则执行完所有最后删除的节点所发出的缓存信令，否则，结束操作。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于网络感知和覆盖率阈值矩阵的文件智能缓存方法，包括：

步骤1)、基于网络感知采集和预处理用户数据和数据文件的属性数据，确定被缓存数据文件的源节点，动态更新覆盖率阈值矩阵，然后将网络中所有满足未激活条件的节点放入未激活节点集合P_inactive中；其中，

所述覆盖率阈值矩阵是指由用户对未访问数据文件的感兴趣程度作为权重，来决定该数据文件在相应用户附近的覆盖率阈值而形成的矩阵C，C＝[c_ij]，其中c_ij为在用户i的附近关于数据文件j的覆盖率阈值；

所述覆盖率阈值矩阵的计算方法为：根据用户数据和节目数据，计算用户i对已访问数据文件k的喜爱程度c(i,k)以及任意两个数据文件之间的相似度s(j,k)，然后用来计算出覆盖率阈值矩阵C，C＝[c_ij]；当无数据时，覆盖率阈值的缺省值为0.1；

未激活节点是指在一定时效内未执行过对当前文件的信令的节点；

步骤2)、未激活节点集合P_inactive中的一未激活节点V_i接收到信令后，根据所接收的信令的类型、数量，以多信令处理方式确定所要执行的信令的类型；其中，

所述信令按照类型包括缓存信令、通知信令；所述缓存信令是指当节点收到该信令时，需要缓存内容，并计算节点覆盖率，且扩散信令；所述通知信令是指当节点收到该信令时，不需要缓存内容，只需要计算节点覆盖率，并扩散信令；

步骤3)、检测未激活节点V_i之前是否已经执行过缓存信令，如果是，转到步骤11)，否则，执行下一步；

步骤4)、判断信令类型是否为缓存信令，如果是，则未激活节点V_i上缓存文件，并转到步骤6)，否则，执行下一步；

步骤5)、检测未激活节点V_i之前是否已经执行过通知信令，如果是，转到步骤11)，否则，执行下一步；

步骤6)、计算未激活节点V_i的邻居节点中当前文件的节点覆盖率，得到C_cur，并将邻居节点中未处理过缓存或通知信令的节点，添加到集合W中，所述集合W初始时为空集；其中，节点覆盖率是指在未激活节点V_i本身及其邻居节点内，已收到当前文件的缓存信令的节点数P_i ^k与所有邻居节点数P_i ^kt的比值P_i ^k/P_i ^kt；

步骤7)、判断C_cur≥C_threshold，其中C_threshold表示由覆盖率阈值矩阵得到的覆盖率阈值，如果是，转到步骤9)，否则，执行下一步；

步骤8)、在未激活节点V_i的邻居节点集合中，按照节点优先顺序来选择足够多的未收到缓存信令的节点，向其发送缓存信令，以便满足当前节点的最小覆盖率需求；

步骤9)、向集合W中未被随机选择的节点发送通知信令；

步骤10)、将节点V_i从未激活节点集合P_inactive中删去；

步骤11)、判断未激活节点集合P_inactive是否为空集，如果否，则返回步骤2)，以便处理下一个节点的信令，如果是，执行下一步；

步骤12)、判断最后删除的节点所发出的缓存信令是否还未执行完，如果是，则执行完所有最后删除的节点所发出的缓存信令，否则，结束操作。

2.根据权利要求1所述的基于网络感知和覆盖率阈值矩阵的文件智能缓存方法，其特征在于，所述用户数据至少包括用户基本信息、用户行为数据、用户对数据文件的访问历史；所述数据文件的属性数据至少包括：数据文件的基本信息，数据文件的被访问统计信息。

3.根据权利要求1所述的基于网络感知和覆盖率阈值矩阵的文件智能缓存方法，其特征在于，在步骤2)中，以多信令处理方式确定所要执行的信令的类型包括：

a)收到多个通知信令时，只处理一次通知信令；

b)收到多个缓存信令时，只处理一次缓存信令；

c)收到多个通知和多个缓存信令时，只处理一次缓存信令；

d、)已经处理过一次缓存信令后，不再处理任何信令；

e)已经处理过一次通知信令后，不再处理通知信令，但如果又接收到缓存信令，允许再处理一次缓存信令。

4.根据权利要求1所述的基于网络感知和覆盖率阈值矩阵的文件智能缓存方法，其特征在于，在步骤8)中，所述节点优先顺序包括：首先，若当前节点没有缓存当前文件，则优先在当前节点上缓存该文件；其次，选择在未处理过信令的节点上缓存该文件；再次，选择在未缓存该文件的其他节点上缓存该文件；如果优先级相同，则随机选择。

5.根据权利要求1所述的基于网络感知和覆盖率阈值矩阵的文件智能缓存方法，其特征在于，在步骤8)中，所述足够多的未收到缓存信令的节点的数量通过如下计算公式确定：