CN108184252A - 一种雾无线接入网非同步请求编码缓存方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雾无线接入网非同步请求编码缓存方法，该方法包括：(1)每个雾接入点从存储于云中心的每个文件中随机选择相同大小的内容，下载到本地进行缓存，同时云中心对每个雾接入点的缓存内容进行记录；(2)每个雾接入点在接收到用户的文件请求时，向云中心发出文件传输请求；(3)当雾接入点非同步请求的时间间隔大于最大请求时延约束时，云中心采用非同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件；(4)当雾接入点非同步请求的时间间隔小于等于最大请求时延约束时，云中心采用同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件。本发明可以减少前传负载，降低传输时延。

Description

一种雾无线接入网非同步请求编码缓存方法

技术领域

本发明涉及无线传感网络，尤其涉及一种雾无线接入网非同步请求编码缓存方法。

背景技术

为应对移动数据爆炸式增长带来的网络拥堵问题，边缘缓存技术能通过存储流行内容，来显著降低前传负载和时延，已成为研究的热点。通过对传输内容进行编码，编码缓存能进一步降低前传负载和时延。雾无线接入网中F-AP(Fog Access Point，雾接入点)分布在离用户近的网络边缘，能利用边缘计算和缓存资源与云中心协作，减少网络时延，带给用户更好的网络体验。

然而目前对编码缓存方法的研究大多集中于信息论领域，缺少结合具体无线网络系统如雾无线接入网的编码缓存研究，而且假设用户请求是同步的理想条件，忽略了用户对内容的需求是非同步的这一事实。因此如何设计F-AP非同步请求内容下的编码缓存方法，来减少前传负载，降低传输时延，是一个迫切需要解决的关键问题。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种雾无线接入网非同步请求编码缓存方法，该方法可以减少前传负载，降低传输时延。

技术方案：本发明所述的雾无线接入网非同步请求编码缓存方法包括：

一种雾无线接入网非同步请求编码缓存方法，其特征在于该方法包括：

(1)每个雾接入点从存储于云中心的每个文件中随机选择相同大小的内容，下载到本地进行缓存，同时云中心对每个雾接入点的缓存内容进行记录；

(2)每个雾接入点在接收到用户的文件请求时，向云中心发出文件传输请求；

(3)当雾接入点非同步请求的时间间隔大于最大请求时延约束时，云中心采用非同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件；

(4)当雾接入点非同步请求的时间间隔小于等于最大请求时延约束时，云中心采用同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件。

进一步的，所述步骤(1)具体包括：

(1-1)每个雾接入点从存储于云中心的每个文件中随机选择大小为fc比特的内容，下载到本地进行缓存，其中：

C为雾接入点的缓存容量，每个雾接入点的容量相同，N为云中心存储的文件数量，每个文件的比特数相同；

(1-2)云中心对每个雾接入点的缓存内容进行记录。

进一步的，所述步骤(3)具体包括：

(3-1)当雾接入点非同步请求的时间间隔大于最大请求时延约束时，即t_T-t₁+1＞Δt，云中心按照步骤(3-2)到(3-4)执行，其中t₁为第一个雾接入点发出请求所在的时隙，t_T为最后一个雾接入点发出请求所在的时隙，Δt为雾接入点从发出请求到获得请求文件所经历的总时隙数，即最大请求时延约束；

(3-2)在t＝t₁时隙到t＝t_Δt-1时隙之间，云中心不传输内容；其中，t为云中心当前所在时隙，t_Δt表示(t₁+Δt-1)时隙；

(3-3)在t＝t_Δt时隙到t＝t_T-1时隙之间，云中心在每个时隙末将最大时延约束窗[t-Δt+1,t]中(t-Δt+1)时隙内雾接入点请求的但尚未传输的所有文件相关的内容进行编码后全部传输，并在每次传输完该时隙所有内容之后，更新最大时延约束窗内雾接入点的缓存内容记录；其中，T表示非同步请求的时间间隔[t₁,t_T]中的总时隙数；

(3-4)在t＝t_T时隙时，在时隙末云中心将所有雾接入点请求的尚未传输的内容编码后全部传输。

进一步的，所述步骤(3-3)具体包括：

(3-3-1)在t＝t_Δt时隙时，云中心在时隙末执行以下步骤：

A、设置 表示[t-Δt+1,t]内所有发出文件传输请求的雾接入点的集合，形如|·|表示集合中元素总数；

B、根据当前s值设置

C、定义且令且令对于所有可能的和将最大时延约束窗[t-Δt+1,t]中(t-Δt+1)时隙内所有雾接入点请求的但尚未传输的文件相关的内容按比特位异或编码为进行传输；

其中，表示(t-Δt+1)时隙所有发出文件传输请求的雾接入点的集合，表示对所有中雾接入点请求的文件中的部分内容按照比特位进行异或编码得到的编码内容，由于缓存记录会不断更新，因此会出现参与编码的内容大小不相同，此时需要以参与编码内容中最小比特数的内容为准按照比特位进行编码，超出的比特位应舍去，表示去除第k个雾接入点剩余的雾接入点集合，表示雾接入点k请求传输的文件中的、同时也存储于雾接入点缓存中的部分内容；

D、更新τ＝τ+1,返回执行步骤C，直至时，执行步骤E；

E、更新s＝s-1，返回执行步骤B，直至s＝1时截止；

(3-3-2)在传输完该时隙所有内容之后，云中心更新最大时延约束窗内雾接入点的缓存内容记录，即将已经传输的子文件添加到对应雾接入点的缓存记录中；

(3-3-3)进入下个时隙，重复执行t＝t_Δt时隙时的步骤，直至时隙到达t＝t_T，执行(3-4)。

进一步的，所述步骤(4)具体包括：

(4-1)当雾接入点非同步请求的时间间隔小于等于最大请求时延约束时，即t_T-t₁+1≤Δt，云中心执行步骤(4-2)到(4-3)，其中t₁为第一个雾接入点发出请求所在的时隙，t_T为最后一个雾接入点发出请求所在的时隙，Δt为雾接入点从发出请求到获得请求文件所经历的总时隙数，即最大请求时延约束；

(4-2)在t＝t₁时隙到t＝t_T-1时隙之间，每个时隙内的雾接入点会向云中心发出专属请求，云中心不传输内容；

(4-3)在t＝t_T时隙时，在时隙末云中心将所有雾接入点请求的尚未传输的内容编码后全部传输。

进一步的，所述在时隙末云中心将所有雾接入点请求的尚未传输的内容编码后全部传输，具体包括：

A、设置 表示[t-Δt+1,t]内所有发出文件传输请求的雾接入点的集合，形如|·|表示集合中元素总数；

B、定义并令|S|＝s，对于所有可能的将最大时延约束窗[t-Δt+1,t]中所有雾接入点请求的但尚未传输的文件相关的内容按比特位异或编码为进行传输；

其中，表示对所有中雾接入点请求的文件中的内容按照比特位进行异或编码得到的编码内容，需要以参与编码内容中最小比特数的内容为准按照比特位进行编码，超出的比特位应舍去，表示去除第k个雾接入点剩余的雾接入点集合，表示雾接入点k请求传输的文件中的、同时也存储于缓存中的子文件；

C、更新s＝s-1，返回执行步骤B，直至s＝1时截止。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：

①针对雾无线接入网中F-AP非同步请求内容这一更具挑战性的场景，根据不同的请求时间间隔和最大请求时延约束，选择相应的非同步或同步编码传输方法，能有效减少前传负载，降低传输时延，适用场景更加广泛。

②非同步编码传输方法，考虑当前时隙F-AP请求内容与后面时隙F-AP请求内容间的潜在编码机会，在当前时隙优先传输即将到达最大请求时延约束的F-AP请求内容，能获得极大的编码缓存增益。

③根据具体应用场景的不同，可动态调节最大请求时延约束，来获得最优的负载时延折衷权衡。

附图说明

图1是本发明提供的种雾无线接入网非同步请求编码缓存方法的流程示意图；

图2是本发明的提出的雾无线接入网非同步请求编码缓存方法的选择示意图；其中，雾无线接入网中共有6个F-AP非同步地请求内容，假设F-AP 1、F-AP 2在时隙1请求文件A、文件B，F-AP 3在时隙2请求文件C，F-AP 4在时隙3请求文件D，F-AP 5、F-AP 6在时隙4请求文件E、文件F，最大请求时延约束Δt分别为3个时隙和5个时隙。

具体实施方式

本实施例提供了一种雾无线接入网非同步请求编码缓存方法，如图1所示，包括：

(1)每个雾接入点从存储于云中心的每个文件中随机选择相同大小的内容，下载到本地进行缓存，同时云中心对每个雾接入点的缓存内容进行记录。

该步骤具体包括：

(1-1)每个雾接入点从存储于云中心的每个文件中随机选择大小为fc比特的内容，下载到本地进行缓存，其中：

C为雾接入点的缓存容量，每个雾接入点的容量相同，N为云中心存储的文件数量，每个文件的比特数相同。

(1-2)云中心对每个雾接入点的缓存内容进行记录。

(2)每个雾接入点在接收到用户的文件请求时，向云中心发出文件传输请求。

(3)当雾接入点非同步请求的时间间隔大于最大请求时延约束时，云中心采用非同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件。

如图2所示，该步骤具体包括：

(3-1)当雾接入点非同步请求的时间间隔大于最大请求时延约束时，即t_T-t₁+1＞Δt，云中心按照步骤(3-2)到(3-4)执行，其中t₁为第一个雾接入点发出请求所在的时隙，t_T为最后一个雾接入点发出请求所在的时隙，Δt为雾接入点从发出请求到获得请求文件所经历的总时隙数，即最大请求时延约束。

(3-2)在t＝t₁时隙到t＝t_Δt-1时隙之间，云中心不传输内容；其中，t为云中心当前所在时隙，t_Δt表示(t₁+Δt-1)时隙。

(3-3)在t＝t_Δt时隙到t＝t_T-1时隙之间，云中心在每个时隙末将最大时延约束窗[t-Δt+1,t]中(t-Δt+1)时隙内雾接入点请求的但尚未传输的所有文件相关的内容进行编码后全部传输，并在每次传输完该时隙所有内容之后，更新最大时延约束窗内雾接入点的缓存内容记录；其中，T表示非同步请求的时间间隔[t₁,t_T]中的总时隙数。

步骤(3-3)具体包括：

(3-3-1)在t＝t_Δt时隙时，云中心在时隙末执行以下步骤：

A、设置 表示[t-Δt+1,t]内所有发出文件传输请求的雾接入点的集合，形如|·|表示集合中元素的数目；

B、根据当前s值设置

C、定义且令且令对于所有可能的和将最大时延约束窗[t-Δt+1,t]中(t-Δt+1)时隙内所有雾接入点请求的但尚未传输的文件相关的内容按比特位异或编码为进行传输；

其中，表示(t-Δt+1)时隙所有发出文件传输请求的雾接入点的集合，表示对所有中雾接入点请求的文件中的部分内容按照比特位进行异或编码得到的编码内容，由于缓存记录会不断更新，因此会出现参与编码的内容大小不相同，此时需要以参与编码内容中最小比特数的内容为准按照比特位进行编码，超出的比特位应舍去，表示去除第k个雾接入点剩余的雾接入点集合，表示雾接入点k请求传输的文件中的、同时也存储于雾接入点缓存中的部分内容；

D、更新τ＝τ+1,返回执行步骤C，直至时，执行步骤E；

E、更新s＝s-1，返回执行步骤B，直至s＝1时截止。

例如，当T＝3，Δt＝2时，第1个时隙内有雾接入点F-AP 1、F-AP 2发出文件请求；第2个时隙内有F-AP 3、F-AP 4发出文件请求；第3个时隙内有F-AP 5发出文件请求；云中心选择非同步编码传输方法：

I、在时隙t＝1，云中心不传输任何内容，该时隙内的F-AP只需将请求内容通知云中心即可。

II、时隙t＝2时，当s＝4时，只有τ＝2，云中心传输其中，形如表示雾接入点F-AP1请求传输的文件中、同时也存储于雾接入点F-AP 2、F-AP 3、F-AP 4缓存中的内容；当s＝3时，只有τ＝1或τ＝2，则所有可能为{1,3,4}、{2,3,4}或{1,2,3}、{1,2,4}，云中心分别传输当s＝2时，只有τ＝1或τ＝2，所有可能为{1,3}、{1,4}、{2,3}、{2,4}或{1,2}，云中心分别传输当s＝1时，只有τ＝1，所有可能为{2}、{1}，云中心分别传输雾接入点F-AP 1接收到内容后进行解码，得到再配合缓存中的 W₁ ¹，可得到请求文件。F-AP 2的解码过程与之类似，不再赘述。

(3-3-2)在传输完该时隙所有内容之后，云中心更新最大时延约束窗内雾接入点的缓存内容记录，即将已经传输的子文件添加到对应雾接入点的缓存记录中；

(3-3-3)进入下个时隙，重复执行t＝t_Δt时隙时的步骤，直至时隙到达t＝t_T，执行(3-4)。

(3-4)在t＝t_T时隙时，在时隙末云中心将所有雾接入点请求的尚未传输的内容编码后全部传输，具体包括：

A、设置 表示[t-Δt+1,t]内所有发出文件传输请求的雾接入点的集合，形如|·|表示集合中元素总数；

B、定义并令|S|＝s，对于所有可能的将最大时延约束窗[t-Δt+1,t]中所有雾接入点请求的但尚未传输的文件相关的内容按比特位异或编码为进行传输；

其中，表示对所有中雾接入点请求的文件中的内容按照比特位进行异或编码得到的编码内容，需要以参与编码内容中最小比特数的内容为准按照比特位进行编码，超出的比特位应舍去，表示去除第k个雾接入点剩余的雾接入点集合，表示雾接入点k请求传输的文件中的、同时也存储于缓存中的子文件；

C、更新s＝s-1，返回执行步骤B，直至s＝1时截止。

例如，接步骤(3-3)的例子，当时隙t＝3时，设置s＝3时，所有可能的S为{3,4,5}，云中心传输(这里异或编码大小为三个参与编码内容的最小值)；当s＝2时，所有可能的S为{3,4}、{3,5}、{4,5}，云中心传输当s＝1时，所有可能的S为{3}、{4}、{5}，云中心传输同理，F-AP 3、F-AP4、F-AP 5能分别解码出请求文件W³、W⁴、W⁵。传输结束。

(4)当雾接入点非同步请求的时间间隔小于等于最大请求时延约束时，云中心采用同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件。

参考图2，该步骤(4)具体包括：

(4-1)当雾接入点非同步请求的时间间隔小于等于最大请求时延约束时，即t_T-t₁+1≤Δt，云中心执行步骤(4-2)到(4-3)，其中t₁为第一个雾接入点发出请求所在的时隙，t_T为最后一个雾接入点发出请求所在的时隙，Δt为雾接入点从发出请求到获得请求文件所经历的总时隙数，即最大请求时延约束；

(4-2)在t＝t₁时隙到t＝t_T-1时隙之间，每个时隙内的雾接入点会向云中心发出专属请求，云中心不传输内容；

(4-3)在t＝t_T时隙时，在时隙末云中心将所有雾接入点请求的尚未传输的内容编码后全部传输。该步骤具体同步骤(3-4)一样，不再赘述。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种雾无线接入网非同步请求编码缓存方法，其特征在于该方法包括：

(1)每个雾接入点从存储于云中心的每个文件中随机选择相同大小的内容，下载到本地进行缓存，同时云中心对每个雾接入点的缓存内容进行记录；

(2)每个雾接入点在接收到用户的文件请求时，向云中心发出文件传输请求；

(3)当雾接入点非同步请求的时间间隔大于最大请求时延约束时，云中心采用非同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件；

(4)当雾接入点非同步请求的时间间隔小于等于最大请求时延约束时，云中心采用同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件。

2.根据权利要求1所述的雾无线接入网非同步请求编码缓存方法，其特征在于：所述步骤(1)具体包括：

(1-1)每个雾接入点从存储于云中心的每个文件中随机选择大小为fc比特的内容，下载到本地进行缓存，其中：

C为雾接入点的缓存容量，每个雾接入点的容量相同，N为云中心存储的文件数量，每个文件的比特数相同；

(1-2)云中心对每个雾接入点的缓存内容进行记录。

3.根据权利要求1所述的雾无线接入网非同步请求编码缓存方法，其特征在于：所述步骤(3)具体包括：

(3-1)当雾接入点非同步请求的时间间隔大于最大请求时延约束时，即t_T-t₁+1＞Δt，云中心按照步骤(3-2)到(3-4)执行，其中t₁为第一个雾接入点发出请求所在的时隙，t_T为最后一个雾接入点发出请求所在的时隙，Δt为雾接入点从发出请求到获得请求文件所经历的总时隙数，即最大请求时延约束；

(3-2)在t＝t₁时隙到t＝t_Δt-1时隙之间，云中心不传输内容；其中，t为云中心当前所在时隙，t_Δt表示(t₁+Δt-1)时隙；

(3-3)在t＝t_Δt时隙到t＝t_T-1时隙之间，云中心在每个时隙末将最大时延约束窗[t-Δt+1,t]中(t-Δt+1)时隙内雾接入点请求的但尚未传输的所有文件相关的内容进行编码后全部传输，并在每次传输完该时隙所有内容之后，更新最大时延约束窗内雾接入点的缓存内容记录；其中，T表示非同步请求的时间间隔[t₁,t_T]中的总时隙数；

(3-4)在t＝t_T时隙时，在时隙末云中心将所有雾接入点请求的尚未传输的内容编码后全部传输。

4.根据权利要求3所述的雾无线接入网非同步请求编码缓存方法，其特征在于：所述步骤(3-3)具体包括：

(3-3-1)在t＝t_Δt时隙时，云中心在时隙末执行以下步骤：

A、设置 表示[t-Δt+1,t]内所有发出文件传输请求的雾接入点的集合，形如|·|表示集合中元素总数；

B、根据当前s值设置

C、定义且令且令对于所有可能的和将最大时延约束窗[t-Δt+1,t]中(t-Δt+1)时隙内所有雾接入点请求的但尚未传输的文件相关的内容按比特位异或编码为进行传输；

其中，表示(t-Δt+1)时隙所有发出文件传输请求的雾接入点的集合，表示对所有中雾接入点请求的文件中的部分内容按照比特位进行异或编码得到的编码内容，由于缓存记录会不断更新，因此会出现参与编码的内容大小不相同，此时需要以参与编码内容中最小比特数的内容为准按照比特位进行编码，超出的比特位应舍去，表示去除第k个雾接入点剩余的雾接入点集合，表示雾接入点k请求传输的文件中的、同时也存储于雾接入点缓存中的部分内容；

D、更新τ＝τ+1,返回执行步骤C，直至时，执行步骤E；

E、更新s＝s-1，返回执行步骤B，直至s＝1时截止；

(3-3-2)在传输完该时隙所有内容之后，云中心更新最大时延约束窗内雾接入点的缓存内容记录，即将已经传输的子文件添加到对应雾接入点的缓存记录中；

(3-3-3)进入下个时隙，重复执行t＝t_Δt时隙时的步骤，直至时隙到达t＝t_T，执行(3-4)。

5.根据权利要求1所述的雾无线接入网非同步请求编码缓存方法，其特征在于：所述步骤(4)具体包括：

(4-1)当雾接入点非同步请求的时间间隔小于等于最大请求时延约束时，即t_T-t₁+1≤Δt，云中心执行步骤(4-2)到(4-3)，其中t₁为第一个雾接入点发出请求所在的时隙，t_T为最后一个雾接入点发出请求所在的时隙，Δt为雾接入点从发出请求到获得请求文件所经历的总时隙数，即最大请求时延约束；

(4-2)在t＝t₁时隙到t＝t_T-1时隙之间，每个时隙内的雾接入点会向云中心发出专属请求，云中心不传输内容；

(4-3)在t＝t_T时隙时，在时隙末云中心将所有雾接入点请求的尚未传输的内容编码后全部传输。

6.根据权利要求3或5所述的雾无线接入网非同步请求编码缓存方法，其特征在于：所述在时隙末云中心将所有雾接入点请求的尚未传输的内容编码后全部传输，具体包括：

A、设置 表示[t-Δt+1,t]内所有发出文件传输请求的雾接入点的集合，形如|·|表示集合中元素总数；

B、定义并令|S|＝s，对于所有可能的将最大时延约束窗[t-Δt+1,t]中所有雾接入点请求的但尚未传输的文件相关的内容按比特位异或编码为进行传输；

其中，表示对所有中雾接入点请求的文件中的内容按照比特位进行异或编码得到的编码内容，需要以参与编码内容中最小比特数的内容为准按照比特位进行编码，超出的比特位应舍去，表示去除第k个雾接入点剩余的雾接入点集合，表示雾接入点k请求传输的文件中的、同时也存储于缓存中的子文件；

C、更新s＝s-1，返回执行步骤B，直至s＝1时截止。