CN109951540A - 一种数据传输方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种数据传输方法、装置及电子设备，接收多个用户终端发送的数据请求；确定当前每个用户终端的数据存储情况，数据存储情况包括每个用户终端是否存储有各个目标数据，以及每个用户终端所存储的目标数据的信息年龄；根据当前每个用户终端的数据存储情况、用户终端的存储空间以及预设年龄阈值，确定最小期望能耗的优化方程；基于最小期望能耗的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径，途径包括：从信息源获取所需目标数据，或从其他用户终端获取所需目标数据。可见，信息源能够综合考虑用户终端的存储情况、存储空间以及目标数据的信息年龄，制定合理的数据分配方案，使得用户终端获取到较为新鲜的实时信息。

Description

一种数据传输方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种数据传输方法、装置及电子设备。

背景技术

随着互联网技术的发展，信息正在以更快的速度传播，推动了基于实时信息业务的发展。用户可以通过互联网订阅各种实时服务，如新闻，股票等。此类服务中，过期的内容难以反映当前事实状态，甚至存在误导性。因此，衡量内容的新鲜程度是很有必要的。信息年龄即为衡量信息新鲜程度的一种性能指标，用来表示信息自产生以来所经历的时间。

基于实时信息业务的网络架构中，通常包括单个信息源和多个互相连接的用户终端，其中，信息源是提供信息的源头，例如，可以是基站。参见图1，图1为基于实时信息业务的网络架构的一种结构示意图。如图1所示，用户终端若要获取某个实时信息，可以从信息源获取，或者从其他用户终端获取，信息源向用户终端发送信息的能耗要远远大于用户终端之间发送信息的能耗，因此，现有的方案中，当用户终端1需要获取实时信息时，可以向信息源发送请求，随后信息源检测其他用户终端中是否存储有该实时信息，若检测到用户终端2存储有该实时信息，则通知用户终端2将实时信息发送至用户终端1，从而减少能耗。然而，现有的方案中，没有考虑用户终端2所存储的实时信息的信息年龄，若用户终端2所存储的实时信息的信息年龄较大，则会难以反映当前事实状态，从而用户终端1无法获取较为新鲜的实时信息。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种数据传输方法、装置及电子设备，以解决用户终端无法获取较为新鲜的实时信息的技术问题。具体技术方案如下：

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种数据传输方法，应用于数据传输系统中的信息源，所述数据传输系统包括所述信息源和多个互相连接的用户终端，所述方法包括：

接收多个用户终端发送的数据请求，每个用户终端发送的数据请求中包括该用户终端需要获取的目标数据的标识；

确定当前每个用户终端的数据存储情况，所述数据存储情况包括每个用户终端是否存储有各个目标数据，以及每个用户终端所存储的目标数据的信息年龄；

根据所述当前每个用户终端的数据存储情况、用户终端的存储空间以及预设年龄阈值，确定最小期望能耗的优化方程；

基于所述最小期望能耗的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径，所述途径包括：从信息源获取所需目标数据，或从其他用户终端获取所需目标数据。

可选的，所确定的最小期望能耗的优化方程为：

其中，t表示时隙，i表示用户终端，j表示目标数据，P_D表示用户终端之间传输目标数据的传输功率，P_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输功率，d_D表示用户终端之间传输目标数据的传输时延，d_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输时延，B表示选择矩阵，包括第一选择矩阵和第二选择矩阵 为第一选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从其他用户终端处获取目标数据j；为第二选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从信息源处获取目标数据j；c_ij(t)为服务矩阵中元素，其中，U为用户终端的个数，F为目标数据的个数，c_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i的相邻用户终端中存储有符合预设条件的目标数据j；a_ij(t)为请求矩阵中元素，a_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i针对目标数据j的请求能够被响应，x_ij(t)为存储矩阵中元素，x_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i中存储有目标数据j，s_j表示目标数据j的数据大小，C_D表示用户终端的总存储空间，为在时隙t用户终端获取的所需目标数据的平均信息年龄，δ_max为预设的年龄阈值，δ_jmin(t)为在时隙t用户终端中所存储的目标数据j的信息年龄的最小值；N_t表示在时隙t数据传输系统的网络状态，所述网络状态包括请求状态和数据存储情况，W(N_t)表示在时隙t数据传输系统用于传输数据的能耗，T表示总时隙数。

可选的，所述基于所述最小期望能耗的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径的步骤，包括：

根据每个时隙用户终端请求目标数据所用能耗和目标数据信息年龄的内在关系，对所述最小期望能耗的优化方程进行转换，得到转换后的优化方程；

基于转换后的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径。

可选的，所述转换后的优化方程为：

其中，t表示时隙，i表示用户终端，j表示目标数据，P_D表示用户终端之间传输目标数据的传输功率，P_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输功率，d_D表示用户终端之间传输目标数据的传输时延，d_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输时延，B表示选择矩阵，包括第一选择矩阵和第二选择矩阵α表示能耗-年龄系数，f_j表示用户终端请求目标数据j的概率，为第一选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从其他用户终端处获取目标数据j；为第二选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从信息源处获取目标数据j；c_ij(t)为服务矩阵中元素，其中，U为用户终端的个数，F为目标数据的个数，c_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i的相邻用户终端中存储有符合预设条件的目标数据j；a_ij(t)为请求矩阵中元素，a_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i针对目标数据j的请求能够被响应，x_ij(t)为存储矩阵中元素，x_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i中存储有目标数据j，S表示目标数据的数据大小，C_D表示用户终端的总存储空间，为在时隙t用户终端获取的所需目标数据的平均信息年龄，δ_max为预设的年龄阈值，δ_jmin(t)为在时隙t用户终端中所存储的目标数据j的信息年龄的最小值；T表示总时隙数。

可选的，在所述基于所述最小期望能耗的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径之后，还包括：

根据所确定的第一选择矩阵和第二选择矩阵，向每个用户终端发送决策信息，所述决策信息用于指示所述每个用户终端从其他用户终端获取目标数据，或从信息源获取目标数据。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种数据传输装置，应用于数据传输系统中的信息源，所述数据传输系统包括所述信息源和多个互相连接的用户终端，所述装置包括：

接收模块，用于接收多个用户终端发送的数据请求，每个用户终端发送的数据请求中包括该用户终端需要获取的目标数据的标识；

第一确定模块，用于确定当前每个用户终端的数据存储情况，所述数据存储情况包括每个用户终端是否存储有各个目标数据，以及每个用户终端所存储的目标数据的信息年龄；

第二确定模块，用于根据所述当前每个用户终端的数据存储情况、用户终端的存储空间以及预设年龄阈值，确定最小期望能耗的优化方程；

第三确定模块，用于基于所述最小期望能耗的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径，所述途径包括：从信息源获取所需目标数据，或从其他用户终端获取所需目标数据。

可选的，所确定的最小期望能耗的优化方程为：

其中，t表示时隙，i表示用户终端，j表示目标数据，P_D表示用户终端之间传输目标数据的传输功率，P_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输功率，d_D表示用户终端之间传输目标数据的传输时延，d_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输时延，B表示选择矩阵，包括第一选择矩阵和第二选择矩阵 为第一选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从其他用户终端处获取目标数据j；为第二选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从信息源处获取目标数据j；c_ij(t)为服务矩阵中元素，其中，U为用户终端的个数，F为目标数据的个数，c_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i的相邻用户终端中存储有符合预设条件的目标数据j；a_ij(t)为请求矩阵中元素，a_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i针对目标数据j的请求能够被响应，x_ij(t)为存储矩阵中元素，x_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i中存储有目标数据j，s_j表示目标数据j的数据大小，C_D表示用户终端的总存储空间，为在时隙t用户终端获取的所需目标数据的平均信息年龄，δ_max为预设的年龄阈值，δ_jmin(t)为在时隙t用户终端中所存储的目标数据j的信息年龄的最小值；N_t表示在时隙t数据传输系统的网络状态，所述网络状态包括请求状态和数据存储情况，W(N_t)表示在时隙t数据传输系统用于传输数据的能耗，T表示总时隙数。

可选的，所述第三确定模块，具体用于：

根据每个时隙用户终端请求目标数据所用能耗和目标数据信息年龄的内在关系，对所述最小期望能耗的优化方程进行转换，得到转换后的优化方程；

基于转换后的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径；

所述转换后的优化方程为：

其中，t表示时隙，i表示用户终端，j表示目标数据，P_D表示用户终端之间传输目标数据的传输功率，P_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输功率，d_D表示用户终端之间传输目标数据的传输时延，d_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输时延，B表示选择矩阵，包括第一选择矩阵和第二选择矩阵α表示能耗-年龄系数，f_j表示用户终端请求目标数据j的概率，为第一选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从其他用户终端处获取目标数据j；为第二选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从信息源处获取目标数据j；c_ij(t)为服务矩阵中元素，其中，U为用户终端的个数，F为目标数据的个数，c_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i的相邻用户终端中存储有符合预设条件的目标数据j；a_ij(t)为请求矩阵中元素，a_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i针对目标数据j的请求能够被响应，x_ij(t)为存储矩阵中元素，x_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i中存储有目标数据j，S表示目标数据的数据大小，C_D表示用户终端的总存储空间，为在时隙t用户终端获取的所需目标数据的平均信息年龄，δ_max为预设的年龄阈值，δ_jmin(t)为在时隙t用户终端中所存储的目标数据j的信息年龄的最小值；T表示总时隙数。

可选的，所述装置还包括：

发送模块，所述发送模块，具体用于：

根据所确定的第一选择矩阵和第二选择矩阵，向每个用户终端发送决策信息，所述决策信息用于指示所述每个用户终端从其他用户终端获取目标数据，或从信息源获取目标数据。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任一方法步骤。

可见，应用本发明实施例提供的数据传输方法、装置及电子设备，信息源可以接收多个用户终端发送的数据请求，并确定当前用户终端的数据存储情况，数据存储情况包括每个用户终端是否存储有各个目标数据，以及每个用户终端所存储的目标数据的信息年龄，并根据当前每个用户终端的数据存储情况、用户终端的存储空间，以及预设年龄阈值，确定分配目标数据的约束条件，基于约束条件，确定每个用户获取所需目标数据的途径，所述途径包括：从信息源获取所需目标数据，或从其他用户终端获取所需目标数据。可见，信息源能够综合考虑用户终端的存储情况、存储空间以及目标数据的信息年龄，制定合理的数据分配方案，在尽可能降低功耗的前提下，使用户终端获取到较为新鲜的实时信息。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为基于实时信息业务的网络架构的一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的数据传输方法的一种流程图；

图3为本发明实施例提供的数据传输方法的一种流程示意图；

图4为本发明实施例提供的数据传输装置的一种结构示意图；

图5为本发明实施例提供的电子设备的一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

为了解决用户终端无法获取较为新鲜的实时信息的技术问题，本发明实施例提供了一种数据传输方法，参见图2，图2为本发明实施例提供的数据传输方法的一种流程图，该方法应用于信息源，方法包括以下步骤：

S201：接收多个用户终端发送的数据请求，每个用户终端发送的数据请求中包括该用户终端需要获取的目标数据的标识。

本发明实施例对信息源的类型并不做限定，只要能够为用户终端提供最新鲜的数据，均可作为信息源，例如，移动通信网络中的基站。

本发明一种实施例中，信息源中既可以包括存储新鲜数据的数据库，还可以包括网络控制服务器。信息源中的网络控制服务器可以接收各个用户终端发送的数据请求。

当然，本发明实施例中，网络控制服务器也可以作为单独的服务器，在接收各个用户终端发送的数据请求后，可以将数据请求转发至信息源。

本发明实施例中，各个用户终端之间已建立通信连接，且每个用户终端均与信息源建立有通信连接。在每个时隙，各个用户终端向信息源发送数据请求，信息源接收用户终端发送的数据请求，其中，每个用户终端发送的数据请求中包括该用户终端需要获取的目标数据的标识。

为了便于说明，本发明实施例中，用户终端可以用集合U表示，U＝{1,..i..,U}，U表示用户终端的总个数，i表示第i个用户终端，也可以简称为用户终端i。目标数据可以用集合F表示，F＝{1,..j..,F}，F表示目标数据的总个数，j表示第j个目标数据，也可以简称为目标数据j。

在本发明一种实施例中，由于信息源的处理能力有限，可能无法同时响应所有的数据请求，则信息源在当前时隙接收到用户终端发送的数据请求后，可以根据先到先服务的原则，确定当前时隙能够被响应的数据请求。举例来讲，信息源在一个时隙中能够处理的数据请求数目为一千，则在当前时隙，信息源仅仅响应前一千条数据请求，之后接收到的数据请求将无法在该时隙响应。

在本发明的一种实施例中，为了直观的表示当前时隙有哪些数据请求可以被响应，定义请求矩阵为U行F列的矩阵，中的元素为a_ij(t)，a_ij(t)表示请求矩阵中第i行第j列的元素，其元素值为0或1。当a_ij(t)＝1时，表示在时隙t用户终端i针对目标数据j的请求能够被响应，当a_ij(t)＝0时，表示在时隙t用户终端i针对目标数据j的请求不能被响应。

S202：确定当前每个用户终端的数据存储情况，数据存储情况包括每个用户终端是否存储有各个目标数据，以及每个用户终端所存储的目标数据的信息年龄。

本发明实施例中，信息源在接收到用户终端发送的数据请求后，可以确定当前时隙用户终端针对目标数据的数据存储情况。其中，数据存储情况包括每个用户终端是否存储有各个目标数据，以及每个用户终端所存储的目标数据的信息年龄。

本发明一种实施例中，为了直观的表示当前时隙每个用户终端的数据存储情况，定义存储矩阵和年龄矩阵

其中，存储矩阵和年龄矩阵均为U行F列的矩阵，存储矩阵中的元素为x_ij(t)，其元素值为0或1，x_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i中存储有目标数据j，x_ij(t)＝0表示在时隙t用户终端i中没有存储目标数据j。年龄矩阵中的元素为δ_ij(t)，其元素值为大于0的值，δ_ij(t)表示在时隙t用户终端i中存储的目标数据j的信息年龄。由于从信息源发送的目标数据均为最新的，即其信息年龄为0，而用户终端存储的目标数据通常不是最新的，具有一定的信息年龄。信息源在发送最新的目标数据时，可以附带一个时间戳，信息源通过计算当前时隙的时间与时间戳的差值来确定各个用户终端中存储的目标数据的信息年龄。

可见，使用上述存储矩阵和年龄矩阵即可表示用户终端的数据存储情况，简单方便，便于后续计算。

S203：根据当前每个用户终端的数据存储情况、用户终端的存储空间以及预设年龄阈值，确定最小期望能耗的优化方程。

本发明实施例中，为了更好的描述用户终端的数据存储情况与用户终端当前数据请求的关系，可以定义服务矩阵为U行F列的矩阵，服务矩阵中的元素为c_ij(t)，c_ij(t)表示服务矩阵中第i行第j列的元素，其元素值为0或1，c_ij(t)＝1表示相邻用户终端中存储有符合预设条件的目标数据，c_ij(t)＝0表示相邻用户终端中没有存储符合预设条件的目标数据，其中，符合预设条件可以包括符合预设条件一或符合预设条件二。下面分情况进行说明。

若用户终端i向信息源发送针对目标数据j的数据请求，则可以分为两种情况。第一种情况，当前用户终端i中不存在目标数据j，即用户终端i所请求获取的是新的目标数据，在这种情况下，只要其他用户终端中已存储有目标数据j，则其他用户终端存储有符合预设条件一的目标数据。第二种情况，当前用户终端i中已存在目标数据j，即用户终端i所请求获取的是信息年龄更小的目标数据j，在这种情况下，当其他用户终端中已存储有目标数据j，且存储的目标数据j的信息年龄小于用户终端i存储的目标数据j的信息年龄，则其他用户终端存储有符合预设条件二的目标数据。

本发明实施例中，可以根据当前时隙用户终端的数据存储情况，确定如何对目标数据进行分配。其中，对目标数据进行分配表示用户终端所请求的目标数据是通过信息源获取，还是通过其他用户终端获取。

为了更好的描述用户终端从信息源获取目标数据，或从其他用户终端获取目标数据，可以定义第一选择矩阵和第二选择矩阵第一选择矩阵和第二选择矩阵均为U行F列的矩阵。第一选择矩阵中的元素为表示第一选择矩阵中第i行第j列的元素，其元素值为0或1，表示在时隙t用户终端i从其他用户终端处获取目标数据j，表示在时隙t用户终端i不从其他用户终端处获取目标数据j。第二选择矩阵中的元素为 表示第二选择矩阵中第i行第j列的元素，其元素值为0或1，表示在时隙t用户终端i从信息源处获取目标数据j，表示在时隙t用户终端i不从信息源处获取目标数据j。可见，用户终端获取目标数据的途径可以通过第一选择矩阵和第二选择矩阵表示，简单方便，便于后续计算。

本发明实施例中，在分配目标数据时，既要考虑用户终端所获得的目标数据的平均信息年龄不超过预设年龄阈值，又要尽可能的降低整个系统的能耗。因此，分配目标数据时，可根据用户终端的数据存储情况、用户终端的存储空间以及预设年龄阈值，确定最小期望能耗的优化方程。其中，最小期望能耗的优化方程中包括多个约束条件。

具体的，为了便于理解，针对最小期望能耗的优化方程中包括的多个约束条件，分为如下几个方面进行说明：

一：针对目标数据提供者的约束条件：

当用户终端请求的是新的目标数据时，周边的用户终端中只要存储有该目标数据，均可能作为目标数据提供者；当用户终端请求的是目标数据的新版本时，存储有相应的信息年龄更小的目标数据的其他用户终端才可能成为目标数据提供者。此外，当信息源判定某个用户终端发送的请求能在该时隙完成响应时，即a_ij(t)＝1时，那么该用户终端必然会从周边用户终端或者信息源中获取目标数据。结合上文中定义的请求矩阵，服务矩阵，存储矩阵，以及年龄矩阵，以上约束可以记为如下公式：

二：针对目标数据的信息年龄的约束条件：

本发明实施例中，可以认为用户终端所请求的目标数据均可以在一个时隙内传递给该用户终端，从而，信令的传输延迟不会影响到目标数据的信息年龄。则用户终端i中存储的目标数据j的信息年龄变化可以用如下公式表示：

其中，表示在时隙t向用户终端提供目标数据j的其他用户终端或者信息源中所存储的目标数据j的信息年龄。特别的，信息源提供的目标数据j是最新的，即信息年龄为0。此外，定义δ_jmin(t)为在时隙t用户终端中所存储的目标数据j的信息年龄的最小值，则当用户终端能够从周边的用户终端获取目标数据j时，应选取信息年龄为δ_jmin(t)的目标数据。从而，可以得到如下公式：

本发明实施例中，为了保证用户终端获取的目标数据的新鲜度，可预设一个年龄阈值δ_max。定义在时隙t用户终端获取的所需目标数据的平均信息年龄为需要满足

根据上式可以计算出：

从而得到针对目标数据的信息年龄的约束条件：

三：针对用户终端存储空间的约束条件：

本发明实施例中，用户终端的存储能力有限，存储目标数据时，应满足如下公式：

其中，s_j表示目标数据j所占用的存储空间，C_D表示用户终端的总存储空间。

本发明实施例中，在时隙t用于传输目标数据的能量消耗可以表示为：

其中，P_D表示用户终端之间传输目标数据的传输功率，P_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输功率，P_B>>P_D；d_D表示用户终端之间传输目标数据的传输时延，d_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输时延，d_B>>d_D。

本发明实施例中，在每个时隙信息源确定每个用户终端获取目标数据的途径均仅由当前时隙的网络状态决定，因此，所有时隙的平均能耗可以被建模为一个马尔科夫决策过程。用户终端在每个时隙的请求状态时一个有限维的马尔科夫链{A₁,...,A_t,...,A_T}。可以定义N_t为在时隙t数据传输系统的网络状态，其中，网络状态包括请求状态和数据存储情况，即 为网络状态空间。此外，定义决策状态空间B，在时隙t信息源所做决策情况可以表示为在网络状态为N_t的情况下，定义能量函数W(N_t)来表示时隙t的能耗。则对于任意初始状态N₁，在上述三种约束条件下，信息源在决定用户终端获取目标数据的途径时，应尽量使得能耗的期望取最小值。从而，所确定最小期望能耗的优化方程如下：

S204：基于最小期望能耗的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径，途径包括：从信息源获取所需目标数据，或从其他用户终端获取所需目标数据。

本发明实施例中，信息源在每个时隙所做的决策会影响后续时隙中用户终端中存储的目标数据的信息年龄，从而影响后续时隙中的决策。可以定义期望能耗总和为V^*(N₁)，对任意初始状态N₁，最小期望能耗总和V^*(N₁)＝V₁(N₁)，可以基于贝尔曼方程逆向求解，从V_T(N_T)，V_T-1(N_T-1)到V₁(N₁)遍历每个时隙的所有可能状态，其中

上式中，

为了便于计算，定义η_t为在时隙t用户终端从周边用户终端中获取目标数据的比例，相应的，1-η_t为在时隙t用户终端从信息源获取目标数据的比例。显然η_t满足如下公式：

本发明实施例中，信息源可以基于以上约束条件进行决策，从而确定出每个用户终端获取所需目标数据的途径。

在本发明一种实施例中，信息源可以确定出第一选择矩阵和第二选择矩阵中各个元素的值，从而表示每个用户终端获取所需目标数据的途径。

本发明的一种实施例中，在最终的决策中，若用户终端i获取目标数据j的途径为从信息源获取，则信息源可以直接向用户终端i发送目标数据j；若用户终端i获取目标数据j的途径为从其他用户终端获取，则信息源可以通知其他用户终端中存储有信息年龄最小的目标数据j的用户终端，由该用户终端向发送请求的用户终端反馈目标数据j。

本发明实施例对根据上述约束条件，计算第一选择矩阵和第二选择矩阵的过程不做限定。

下面结合说明书附图图3，对本发明实施例提供的数据传输方法简要说明。参见图3，图3为本发明实施例提供的数据传输方法的一种流程示意图，包括以下步骤：

S301：信息源收集用户终端发送的请求，确定请求矩阵A。

S302：确定请求是否能够被服务，即确定服务矩阵C。

S303：根据请求矩阵A和服务矩阵C，以及用户终端存储的目标数据的信息年龄求解优化问题。

S304：将求解出的决策信息发送至用户终端。

S305：判断当前时隙t是否小于总时隙T，是则令t＝t+1，并返回执行步骤S301，否则结束。

可见，应用本发明实施例提供的数据传输方法，信息源可以接收多个用户终端发送的数据请求，并确定当前用户终端的数据存储情况，数据存储情况包括每个用户终端是否存储有各个目标数据，以及每个用户终端所存储的目标数据的信息年龄，并根据当前每个用户终端的数据存储情况、用户终端的存储空间，以及预设年龄阈值，确定分配目标数据的约束条件，基于约束条件，确定每个用户获取所需目标数据的途径，途径包括：从信息源获取所需目标数据，或从其他用户终端获取所需目标数据。可见，信息源能够综合考虑用户终端的存储情况、存储空间以及目标数据的信息年龄，制定合理的数据分配方案，在尽可能降低能耗的前提下，使用户终端获取到较为新鲜的实时信息。

在本发明的一种实施例中，可以根据每个时隙用户终端请求目标数据所用能耗和目标数据信息年龄的内在关系，对最小期望能耗的优化方程进行转换，得到转换后的优化方程；

基于转换后的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径。

具体的，本发明实施例中，所有时隙的平均能耗可以被建模为一个马尔科夫决策过程。且目标数据的流行程度遵循Zipf分布，根据Zipf分布，系统稳定之前，用户终端请求目标数据j的概率f_j如下：

其中，s为预设系数。

每个时隙所产生的总请求数M如下：

设信息源接收请求的时间满足均匀分布，则用户终端i请求目标数据j成功的概率P[a_ij(t)＝1]如下：

其中，是一个分段函数，定义为：

将以上结果带入能量函数W(N_t)，可得

根据上式可知，η_t越大，则总能耗越小，因此，为了尽可能降低能耗，应确定符合约束条件的最大η_t值。

联合上文得到的针对目标数据的信息年龄的约束条件，可得：

因此，最大η_t值如下：

定义从而，在时隙t存在多个可行解时，应选择能保持θ_t(f_j,δ_jmin)较小的解，从而使得下一个时隙的η_t+1取值更大。

从而得到在时隙t的决策完成后，后续时隙的最小期望能耗为：

由于后续时隙的期望能耗与当前时隙决策后用户终端中存储的目标数据的信息年龄有关，因此，时隙t中的内容获取策略B_t对后续时隙的影响可以用θ_t(f_j,δ_jmin)表示。

为了便于计算，假设每个目标数据的数据大小均为S，因此，针对用户终端存储空间的约束条件可以用如下公式表示：

从而，得到转换后的最小期望能耗的优化方程如下：

其中，α为能耗-年龄系数，用于动态调整系统能耗和用户终端获取的目标数据的信息年龄。例如，若当前网络对低能耗的要求较为宽松，则可以适当地提高α值，从而使得用户终端获取的目标数据的信息年龄更小。

可见，本发明实施例中，还可以根据每个时隙用户终端请求目标数据所用能耗和目标数据信息年龄的内在关系，对最小期望能耗的优化方程进行转换，得到转换后的优化方程，转换后的优化方便于计算，降低了计算复杂度。

相应于本发明实施例提供的数据传输方法，本发明实施例还提供了一种数据传输装置，应用于数据传输系统中的信息源，数据传输系统包括信息源和多个互相连接的用户终端，参见图4，装置包括：

接收模块401，用于接收多个用户终端发送的数据请求，每个用户终端发送的数据请求中包括该用户终端需要获取的目标数据的标识；

第一确定模块402，用于确定当前每个用户终端的数据存储情况，数据存储情况包括每个用户终端是否存储有各个目标数据，以及每个用户终端所存储的目标数据的信息年龄；

第二确定模块403，用于根据当前每个用户终端的数据存储情况、用户终端的存储空间以及预设年龄阈值，确定最小期望能耗的优化方程；

第三确定模块404，用于基于最小期望能耗的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径，途径包括：从信息源获取所需目标数据，或从其他用户终端获取所需目标数据。

在本发明的一种实施例中，所确定的最小期望能耗的优化方程为：

其中，t表示时隙，i表示用户终端，j表示目标数据，P_D表示用户终端之间传输目标数据的传输功率，P_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输功率，d_D表示用户终端之间传输目标数据的传输时延，d_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输时延，B表示选择矩阵，包括第一选择矩阵和第二选择矩阵 为第一选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从其他用户终端处获取目标数据j；为第二选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从信息源处获取目标数据j；c_ij(t)为服务矩阵中元素，其中，U为用户终端的个数，F为目标数据的个数，c_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i的相邻用户终端中存储有符合预设条件的目标数据j；a_ij(t)为请求矩阵中元素，a_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i针对目标数据j的请求能够被响应，x_ij(t)为存储矩阵中元素，x_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i中存储有目标数据j，s_j表示目标数据j的数据大小，C_D表示用户终端的总存储空间，为在时隙t用户终端获取的所需目标数据的平均信息年龄，δ_max为预设的年龄阈值，δ_jmin(t)为在时隙t用户终端中所存储的目标数据j的信息年龄的最小值；N_t表示在时隙t数据传输系统的网络状态，网络状态包括请求状态和数据存储情况，W(N_t)表示在时隙t数据传输系统用于传输数据的能耗，T表示总时隙数。

在本发明的一种实施例中，第三确定模块404，具体可以用于：

根据每个时隙用户终端请求目标数据所用能耗和目标数据信息年龄的内在关系，对最小期望能耗的优化方程进行转换，得到转换后的优化方程；

基于转换后的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径；

转换后的优化方程为：

其中，t表示时隙，i表示用户终端，j表示目标数据，P_D表示用户终端之间传输目标数据的传输功率，P_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输功率，d_D表示用户终端之间传输目标数据的传输时延，d_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输时延，B表示选择矩阵，包括第一选择矩阵和第二选择矩阵α表示能耗-年龄系数，f_j表示用户终端请求目标数据j的概率，为第一选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从其他用户终端处获取目标数据j；为第二选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从信息源处获取目标数据j；c_ij(t)为服务矩阵中元素，其中，U为用户终端的个数，F为目标数据的个数，c_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i的相邻用户终端中存储有符合预设条件的目标数据j；a_ij(t)为请求矩阵中元素，a_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i针对目标数据j的请求能够被响应，x_ij(t)为存储矩阵中元素，x_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i中存储有目标数据j，S表示目标数据的数据大小，C_D表示用户终端的总存储空间，为在时隙t用户终端获取的所需目标数据的平均信息年龄，δ_max为预设的年龄阈值，δ_jmin(t)为在时隙t用户终端中所存储的目标数据j的信息年龄的最小值；T表示总时隙数。

在本发明的一种实施例中，在图4所示的数据传输装置基础上，还可以包括发送模块，发送模块，具体可以用于：

根据所确定的第一选择矩阵和第二选择矩阵，向每个用户终端发送决策信息，决策信息用于指示每个用户终端从其他用户终端获取目标数据，或从信息源获取目标数据。

可见，应用本发明实施例提供的数据传输装置，信息源可以接收多个用户终端发送的数据请求，并确定当前用户终端的数据存储情况，数据存储情况包括每个用户终端是否存储有各个目标数据，以及每个用户终端所存储的目标数据的信息年龄，并根据当前每个用户终端的数据存储情况、用户终端的存储空间，以及预设年龄阈值，确定分配目标数据的约束条件，基于约束条件，确定每个用户获取所需目标数据的途径，途径包括：从信息源获取所需目标数据，或从其他用户终端获取所需目标数据。可见，信息源能够综合考虑用户终端的存储情况、存储空间以及目标数据的信息年龄，制定合理的数据分配方案，在尽可能降低功耗的前提下，使用户终端获取到较为新鲜的实时信息。

本发明实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，包括处理器501、通信接口502、存储器503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信，

存储器503，用于存放计算机程序；

处理器501，用于执行存储器503上所存放的程序时，实现如下步骤：

接收多个用户终端发送的数据请求，每个用户终端发送的数据请求中包括该用户终端需要获取的目标数据的标识；

确定当前每个用户终端的数据存储情况，数据存储情况包括每个用户终端是否存储有各个目标数据，以及每个用户终端所存储的目标数据的信息年龄；

根据当前每个用户终端的数据存储情况、用户终端的存储空间以及预设年龄阈值，确定最小期望能耗的优化方程；

基于最小期望能耗的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径，途径包括：从信息源获取所需目标数据，或从其他用户终端获取所需目标数据。

上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种数据传输方法，其特征在于，应用于数据传输系统中的信息源，所述数据传输系统包括所述信息源和多个互相连接的用户终端，所述方法包括：

接收多个用户终端发送的数据请求，每个用户终端发送的数据请求中包括该用户终端需要获取的目标数据的标识；

确定当前每个用户终端的数据存储情况，所述数据存储情况包括每个用户终端是否存储有各个目标数据，以及每个用户终端所存储的目标数据的信息年龄；

根据所述当前每个用户终端的数据存储情况、用户终端的存储空间以及预设年龄阈值，确定最小期望能耗的优化方程；

基于所述最小期望能耗的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径，所述途径包括：从信息源获取所需目标数据，或从其他用户终端获取所需目标数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所确定的最小期望能耗的优化方程为：

其中，t表示时隙，i表示用户终端，j表示目标数据，P_D表示用户终端之间传输目标数据的传输功率，P_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输功率，d_D表示用户终端之间传输目标数据的传输时延，d_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输时延，B表示选择矩阵，包括第一选择矩阵和第二选择矩阵 为第一选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从其他用户终端处获取目标数据j；为第二选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从信息源处获取目标数据j；c_ij(t)为服务矩阵中元素，其中，U为用户终端的个数，F为目标数据的个数，c_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i的相邻用户终端中存储有符合预设条件的目标数据j；a_ij(t)为请求矩阵中元素，a_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i针对目标数据j的请求能够被响应，x_ij(t)为存储矩阵中元素，x_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i中存储有目标数据j，s_j表示目标数据j的数据大小，C_D表示用户终端的总存储空间，为在时隙t用户终端获取的所需目标数据的平均信息年龄，δ_max为预设的年龄阈值，δ_jmin(t)为在时隙t用户终端中所存储的目标数据j的信息年龄的最小值；N_t表示在时隙t数据传输系统的网络状态，所述网络状态包括请求状态和数据存储情况，W(N_t)表示在时隙t数据传输系统用于传输数据的能耗，T表示总时隙数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述最小期望能耗的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径的步骤，包括：

根据每个时隙用户终端请求目标数据所用能耗和目标数据信息年龄的内在关系，对所述最小期望能耗的优化方程进行转换，得到转换后的优化方程；

基于转换后的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述转换后的优化方程为：

其中，t表示时隙，i表示用户终端，j表示目标数据，P_D表示用户终端之间传输目标数据的传输功率，P_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输功率，d_D表示用户终端之间传输目标数据的传输时延，d_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输时延，B表示选择矩阵，包括第一选择矩阵和第二选择矩阵α表示能耗-年龄系数，f_j表示用户终端请求目标数据j的概率，为第一选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从其他用户终端处获取目标数据j；为第二选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从信息源处获取目标数据j；c_ij(t)为服务矩阵中元素，其中，U为用户终端的个数，F为目标数据的个数，c_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i的相邻用户终端中存储有符合预设条件的目标数据j；a_ij(t)为请求矩阵中元素，a_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i针对目标数据j的请求能够被响应，x_ij(t)为存储矩阵中元素，x_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i中存储有目标数据j，S表示目标数据的数据大小，C_D表示用户终端的总存储空间，为在时隙t用户终端获取的所需目标数据的平均信息年龄，δ_max为预设的年龄阈值，δ_jmin(t)为在时隙t用户终端中所存储的目标数据j的信息年龄的最小值；T表示总时隙数。

5.根据权利要求2-4所述的方法，其特征在于，在所述基于所述最小期望能耗的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径之后，还包括：

根据所确定的第一选择矩阵和第二选择矩阵，向每个用户终端发送决策信息，所述决策信息用于指示所述每个用户终端从其他用户终端获取目标数据，或从信息源获取目标数据。

6.一种数据传输装置，其特征在于，应用于数据传输系统中的信息源，所述数据传输系统包括所述信息源和多个互相连接的用户终端，所述装置包括：

接收模块，用于接收多个用户终端发送的数据请求，每个用户终端发送的数据请求中包括该用户终端需要获取的目标数据的标识；

第一确定模块，用于确定当前每个用户终端的数据存储情况，所述数据存储情况包括每个用户终端是否存储有各个目标数据，以及每个用户终端所存储的目标数据的信息年龄；

第二确定模块，用于根据所述当前每个用户终端的数据存储情况、用户终端的存储空间以及预设年龄阈值，确定最小期望能耗的优化方程；

第三确定模块，用于基于所述最小期望能耗的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径，所述途径包括：从信息源获取所需目标数据，或从其他用户终端获取所需目标数据。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所确定的最小期望能耗的优化方程为：

其中，t表示时隙，i表示用户终端，j表示目标数据，P_D表示用户终端之间传输目标数据的传输功率，P_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输功率，d_D表示用户终端之间传输目标数据的传输时延，d_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输时延，B表示选择矩阵，包括第一选择矩阵和第二选择矩阵 为第一选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从其他用户终端处获取目标数据j；为第二选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从信息源处获取目标数据j；c_ij(t)为服务矩阵中元素，其中，U为用户终端的个数，F为目标数据的个数，c_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i的相邻用户终端中存储有符合预设条件的目标数据j；a_ij(t)为请求矩阵中元素，a_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i针对目标数据j的请求能够被响应，x_ij(t)为存储矩阵中元素，x_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i中存储有目标数据j，s_j表示目标数据j的数据大小，C_D表示用户终端的总存储空间，为在时隙t用户终端获取的所需目标数据的平均信息年龄，δ_max为预设的年龄阈值，δ_jmin(t)为在时隙t用户终端中所存储的目标数据j的信息年龄的最小值；N_t表示在时隙t数据传输系统的网络状态，所述网络状态包括请求状态和数据存储情况，W(N_t)表示在时隙t数据传输系统用于传输数据的能耗，T表示总时隙数。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三确定模块，具体用于：

根据每个时隙用户终端请求目标数据所用能耗和目标数据信息年龄的内在关系，对所述最小期望能耗的优化方程进行转换，得到转换后的优化方程；

基于转换后的优化方程，确定每个用户终端获取所需目标数据的途径；

所述转换后的优化方程为：

其中，t表示时隙，i表示用户终端，j表示目标数据，P_D表示用户终端之间传输目标数据的传输功率，P_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输功率，d_D表示用户终端之间传输目标数据的传输时延，d_B表示信息源向用户终端传输目标数据的传输时延，B表示选择矩阵，包括第一选择矩阵和第二选择矩阵α表示能耗-年龄系数，f_j表示用户终端请求目标数据j的概率，为第一选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从其他用户终端处获取目标数据j；为第二选择矩阵中元素，表示在时隙t用户终端i从信息源处获取目标数据j；c_ij(t)为服务矩阵中元素，其中，U为用户终端的个数，F为目标数据的个数，c_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i的相邻用户终端中存储有符合预设条件的目标数据j；a_ij(t)为请求矩阵中元素，a_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i针对目标数据j的请求能够被响应，x_ij(t)为存储矩阵中元素，x_ij(t)＝1表示在时隙t用户终端i中存储有目标数据j，S表示目标数据的数据大小，C_D表示用户终端的总存储空间，为在时隙t用户终端获取的所需目标数据的平均信息年龄，δ_max为预设的年龄阈值，δ_jmin(t)为在时隙t用户终端中所存储的目标数据j的信息年龄的最小值；T表示总时隙数。

9.根据权利要求7-8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

发送模块，所述发送模块，具体用于：

根据所确定的第一选择矩阵和第二选择矩阵，向每个用户终端发送决策信息，所述决策信息用于指示所述每个用户终端从其他用户终端获取目标数据，或从信息源获取目标数据。

10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-5任一所述的方法步骤。