CN112788702B - 一种用于卫星物联网移动终端的映射表项缓存更新方法 - Google Patents

一种用于卫星物联网移动终端的映射表项缓存更新方法 Download PDF

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CN112788702B CN202110016264.6A CN202110016264A CN112788702B CN 112788702 B CN112788702 B CN 112788702B CN 202110016264 A CN202110016264 A CN 202110016264A CN 112788702 B CN112788702 B CN 112788702B
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Abstract

本发明提出了一种用于卫星物联网移动终端的映射表项缓存更新方法，用于解决现有技术中存在的不适应卫星物联网，预测模式固定，所占内存较大的技术问题。实现步骤为：构建卫星物联网模型；初始化参数；每个移动终端向覆盖自己的边缘路由器发送通信请求；边缘路由器查询活跃映射表项及其对应的标识符；边缘路由器判断tn＞1；边缘路由器对每个标识符和活跃映射表项的形状参数进行更新；边缘路由器获取活跃映射表项的优先级集合P；边缘路由器进行缓存替换；获取卫星物联网的映射表项缓存更新结果。本发明结合卫星物联网的特性，采用汤普森采样的基本思想使得预测具有随机性的同时降低所占内存，适应终端的移动性。

Description

一种用于卫星物联网移动终端的映射表项缓存更新方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种物联网移动终端的映射表项缓存更新方法，具体涉及一种用于卫星物联网移动终端的映射表项缓存更新方法，用于卫星物联网标识系统中移动终端映射表项的快速查询。
背景技术
传统的IP标识方法是终端自身标识与位置信息的聚合，此种标识方法一方面将会造成核心路由表规模过大的问题，对通信网络造成巨大负担；另一方面，由于IP聚合了两种信息，不利于支持终端的移动性。
为解决传统IP标识方法的不足，位置与标识分离协议LISP(Locator IdentitySeparation Protocol)最早由思科公司提出，旨在应对越来越庞大的物联网终端规模。LISP协议的设计者认为IP地址肩负路由和寻址的双重任务，不利于核心路由表聚合，因此使用位置符RLOC(Routing Locator)和标识符EID(Endpoint Identifier)分别表示主机的位置信息和设备本身的身份信息。在位置与标识分离的情况下，需要设立映射服务器存储相应的映射信息。
在地面物联网中，终端数量庞大，映射服务器独立存储全部终端的映射信息，边缘路由器仅存储部分映射信息。映射信息代表着终端位置与标识的对应关系，通常以映射表的形式存在，若终端的位置发生改变，终端的映射表也会发生改变。而在卫星物联网的应用场景下，由于卫星可覆盖面积广，卫星与地面的通信时延长，与地面物联网相比，这要求其标识体系能够有更低的非通信时延，映射查询所耗时间尽可能缩小，同时对移动终端有较强的适应能力。
对于每个边缘路由器，由于仅存储部分映射信息，对于终端发送的通信请求，边缘路由器判断通信请求的通信目标终端的映射表项是否存储在本地，若未存储在本地，则只能在映射服务器中查询。但由于映射请求数量众多且频繁，大量的时间可能花费在映射表的查询上。
由于边缘路由器内存较小，所能存储的映射信息非常有限，若能将活跃度高、被查询次数多的映射表项缓存在边缘路由器本地，使得路由器尽可能的在本地进行映射表项的查询，则可以有效的节省路由器查询映射表项的时间。在固定的时间段内，缓存的映射表项命中率越高，边缘路由器花费在映射表查询上的时间就越短，通过此种方式可以有效减少卫星物联网中的非通信时延，降低卫星通信的负担。
目前，主流的位置与标识分离的映射表项缓存更新方法均是基于马尔科夫预测的方法，例如，Jian Wei Zhang于2012年在Advanced Materials Research上发表的文章AnIdentifier-to-Locator Mapping Buffer Management Algorithm Based on AimedPushing and Pre-Fetching Method中，提出了一种基于马尔科夫模型的缓存更新方法。该方法使用马尔科夫模型，建立状态空间及状态转移矩阵以预测下一个循环周期最可能出现的映射表项进行缓存更新。虽然该方法相较于传统的缓存更新策略能够有效提升缓存命中率，但马尔科夫模型对于所有的映射表项预测模式固定，无法根据应用场景的变化产生调整，难以适应卫星物联网终端的移动性。此外，在网络访问模式发生改变时，由于预测模式固定，对新的访问模式的适应性有限，基于马尔科夫的缓存更新方法将会使得缓存命中率急剧下降。同时，由于卫星物联网中终端的数量巨大，马尔科夫模型的状态转移矩阵的维度也会非常大，所占内存较大且计算复杂度较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种用于卫星物联网移动终端的映射表项缓存更新方法，用于解决现有技术中存在的不适应卫星物联网，预测模式固定，所占内存较大的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：
(1)构建卫星物联网模型：
构建包括H个边缘路由器L＝{Lh|1≤h≤H}、H*M个移动终端G＝{Ghm|1≤h≤H,1≤m≤M}和映射服务器K的卫星物联网模型，每个移动终端Ghm既是通信发送终端，又是其他S个移动终端G*的移动通信目标终端，
Figure BDA0002886903410000021
映射服务器K用于存储G的映射表，其中，H≥1，Lh表示第h个缓存内存为Ch的边缘路由器，M≥1，Ghm表示Lh可覆盖的第m个移动终端，Ghm的映射表为Thm＝{Thmj|1≤j≤J}，Thmj表示Thm的第j个映射表项，Thmj＝{Ihm,Whmj}，Ihm表示Ghm对应的标识符，Whmj表示Ghm对应的第j个位置符，J表示映射表项的个数，J≥1，S∈[1,H×M-1]，
Figure BDA0002886903410000031
表示Ghm的第s个移动通信目标终端，
Figure BDA0002886903410000032
的映射表为
Figure BDA0002886903410000033
Figure BDA0002886903410000034
表示
Figure BDA0002886903410000035
的第j个映射表项，
Figure BDA0002886903410000036
Figure BDA0002886903410000037
表示
Figure BDA0002886903410000038
对应的标识符，
Figure BDA0002886903410000039
表示
Figure BDA00028869034100000310
对应的第j个位置符；
(2)初始化参数：
初始化通信目标终端
Figure BDA00028869034100000311
的标识符
Figure BDA00028869034100000312
的形状参数为αhms和βhms，活跃映射表项
Figure BDA00028869034100000313
的形状参数为
Figure BDA00028869034100000314
和
Figure BDA00028869034100000315
查询活跃映射表项子集
Figure BDA00028869034100000316
的次数为Fhms，Fhms≥1，活跃映射表项
Figure BDA00028869034100000317
在活跃映射表项子集
Figure BDA00028869034100000318
中出现的次数为
Figure BDA00028869034100000319
Figure BDA00028869034100000320
循环周期为tn，最大循环周期为tN，tN≥2，并令αhms＝Fhms，βhms＝1，
Figure BDA00028869034100000321
tn＝1；
(3)每个移动终端Ghm向覆盖自己的边缘路由器Lh发送通信请求：
每个移动终端Ghm将与自己通信的每个通信目标终端
Figure BDA00028869034100000322
的标识符
Figure BDA00028869034100000323
作为通信请求，并将通信请求在循环周期tn内多次发送至覆盖自己的边缘路由器Lh；
(4)边缘路由器Lh查询活跃映射表项及其对应的标识符：
边缘路由器Lh根据每个移动终端Ghm发送的通信请求，对映射服务器K中存储的每个移动通信目标终端
Figure BDA00028869034100000324
的映射表
Figure BDA00028869034100000325
中标识符
Figure BDA00028869034100000326
及其对应的活跃映射表项进行Fhms次查询，并对所查询的活跃映射表项进行标注，得到所查询的S个移动通信目标终端
Figure BDA00028869034100000327
的标识符集合
Figure BDA00028869034100000328
及
Figure BDA00028869034100000329
对应的活跃映射表项的集合
Figure BDA00028869034100000330
Lh查询的所有活跃映射表项集合
Figure BDA00028869034100000331
的集合
Figure BDA00028869034100000332
其中，
Figure BDA00028869034100000333
表示所查询
Figure BDA00028869034100000334
对应的标识符子集，
Figure BDA0002886903410000041
Figure BDA0002886903410000042
表示第x次查询
Figure BDA0002886903410000043
对应的标识符；
Figure BDA0002886903410000044
表示
Figure BDA0002886903410000045
对应的活跃映射表项子集，
Figure BDA0002886903410000046
Figure BDA0002886903410000047
表示
Figure BDA0002886903410000048
对应的活跃映射表项；
(5)边缘路由器Lh判断tn＞1：
边缘路由器Lh判断tn＞1是否成立，若是，Lh读取Lh在tn-1时缓存的活跃映射表项的集合D(tn-1)以及D(tn-1)对应的标识符集合X(tn-1)，并执行步骤(6)，否则，执行步骤(7)，D(tn-1)以及X(tn-1)分别表示为：
D(tn-1)＝{Dk(tn-1)|1≤k≤Numh(tn-1)}
X(tn-1)＝{Xk(tn-1)|1≤k≤Numh(tn-1)}
其中，Dk(tn-1)表示在tn-1时Lh缓存的第k个活跃映射表项，Numh(tn-1)表示Lh在tn-1时可缓存的最大映射表项个数，Xk(tn-1)表示Dk(tn-1)对应的标识符；
(6)边缘路由器Lh对每个标识符
Figure BDA0002886903410000049
和活跃映射表项
Figure BDA00028869034100000410
的形状参数进行更新：
边缘路由器Lh对标识符
Figure BDA00028869034100000411
的形状参数αhms和βhms，以及活跃映射表项
Figure BDA00028869034100000412
的形状参数
Figure BDA00028869034100000413
和
Figure BDA00028869034100000414
进行更新，并执行步骤(7)，αhms和βhms以及
Figure BDA00028869034100000415
和
Figure BDA00028869034100000416
的更新公式分别为：
Figure BDA00028869034100000417
Figure BDA00028869034100000418
其中，
Figure BDA00028869034100000419
和
Figure BDA00028869034100000420
分别为αhms和βhms的更新结果，
Figure BDA00028869034100000421
和
Figure BDA00028869034100000422
分别为
Figure BDA00028869034100000423
和
Figure BDA0002886903410000051
的更新结果，Dy(tn-1)表示当
Figure BDA0002886903410000052
时，
Figure BDA0002886903410000053
在D(tn-1)中对应的活跃映射表项，y∈[1,Numh(tn-1)]，Numh(tn-1)≥1，FW表示边缘路由器Lh查询覆盖范围内所有终端的目的终端的标识符和活跃映射表项的次数，
Figure BDA0002886903410000054
∑表示求和运算；
(7)边缘路由器Lh获取活跃映射表项的优先级集合P：
(7a)边缘路由器Lh通过标识符
Figure BDA0002886903410000055
的形状参数创建
Figure BDA0002886903410000056
的Beta分布
Figure BDA0002886903410000057
同时通过活跃映射表项
Figure BDA0002886903410000058
的形状参数创建
Figure BDA0002886903410000059
的Beta分布
Figure BDA00028869034100000510
Figure BDA00028869034100000511
Figure BDA00028869034100000512
(7b)边缘路由器Lh对
Figure BDA00028869034100000513
和
Figure BDA00028869034100000514
分别进行随机采样，并通过
Figure BDA00028869034100000515
的采样值Vhms和
Figure BDA00028869034100000516
的采样值
Figure BDA00028869034100000517
计算活跃映射表项
Figure BDA00028869034100000518
的优先级
Figure BDA00028869034100000519
然后按照从大到小的顺序对所计算的FW个优先级进行排序，得到优先级集合P＝{Pq|1≤q≤FW}，其中Pq表示第q位优先级；
(8)边缘路由器Lh对缓存的映射表项进行缓存更新：
(8a)边缘路由器Lh按照P中所有优先级从大到小的顺序，对
Figure BDA00028869034100000520
中的对应的活跃映射表项进行排序，得到排顺后的映射表项集合R＝{Rq|1≤q≤FW}，其中Rq表示第q位活跃映射表项；
(8b)设缓存次数为c，边缘路由器Lh在tn时刻缓存活跃映射表项的集合为D(tn)表示，边缘路由器Lh第c次缓存的活跃映射表项为Dc(tn)，边缘路由器Lh在tn-1时刻第c次缓存的活跃映射表项为Dc(tn-1)，并令c＝1,q＝1；
(8c)边缘路由器Lh判断Rq∈D(tn)是否成立，若是，执行步骤(8d)，否则令Dc(tn)＝Rq，并执行步骤(8e)；
(8d)边缘路由器Lh判断q≥FW，若是，得到更新后的缓存的映射表项集合D(tn)，否则，令q＝q+1，执行步骤(8c)；
(8e)边缘路由器Lh判断c≥Numh(tn)是否成立，若是，得到更新后的缓存的映射表项集合D(tn)，否则，令c＝c+1，q＝q+1,并执行步骤(8c)；
(9)获取卫星物联网的映射表项缓存更新结果：
边缘路由器Lh判断tn≥tN是否成立，若是，则停止循环并获取每个循环的缓存更新结果，否则，令tn＝tn+1，并执行步骤(3)。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
第一，本发明基于汤普森采样算法，结合了卫星物联网的终端数量大，终端移动性较强的特性，分别对移动终端的标识符以及映射表项设置形状参数并计算优先级，根据缓存结果以及映射表项的查询情况对标识符与活跃映射表项参数更新的方法进行改进，两个独立的优先级一方面保障了活跃终端的映射表现被缓存，另一方面也适应了终端的移动性。
第二，本发明的形状参数更新方法灵活，可根据具体的应用对参数的更新方法进行修改，与此同时，本发明的优先级计算含有随机采样步骤，具有一定的随机性，能够更好的适应终端的移动性的同时对于网络访问模式的变化也具有较强的适应能力。
第三，本发明的方法所需存储的数据较少，对于n个映射表项，现有技术需要存储维度为n2的状态转移矩阵，本发明仅需存储7n个数值，能够满足边缘路由器存储空间有限的需求。
附图说明
图1为本发明的实现流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。
参照图1，本发明包括如下步骤：
步骤1)构建卫星物联网模型：
构建包括H个边缘路由器L＝{Lh|1≤h≤H}、H*M个移动终端G＝{Ghm|1≤h≤H,1≤m≤M}和映射服务器K的卫星物联网模型，每个移动终端Ghm既是通信发送终端，又是其他S个移动终端G*的通信目标终端，
Figure BDA0002886903410000071
映射服务器K用于存储G的映射表，其中，H＝12，Lh表示第h个缓存内存为Ch的边缘路由器，M＝24，Ghm表示Lh可覆盖的第m个移动终端，Ghm的映射表为Thm＝{Thmj|1≤j≤J}，Thmj表示Thm的第j个映射表项，Thmj＝{Ihm,Whmj}，Ihm表示Ghm对应的标识符，Whmj表示Ghm对应的第j个位置符，J表示映射表项的个数，J≥1，J的数目取决于移动终端Ghm的移动轨迹，S＝50，
Figure BDA0002886903410000072
表示Ghm的第s个通信目标终端，
Figure BDA0002886903410000073
的映射表为
Figure BDA0002886903410000074
Figure BDA0002886903410000075
表示
Figure BDA0002886903410000076
的第j个映射表项，
Figure BDA0002886903410000077
表示
Figure BDA0002886903410000078
对应的标识符，
Figure BDA0002886903410000079
表示
Figure BDA00028869034100000710
对应的第j个位置符；
每个移动终端的标识符Ihm全局唯一，一个终端仅有一个标识符，但可能具有多个位置符，同一时刻终端在映射服务器中仅能被查询到一个映射表项。该映射表项中的位置符取决于终端在该时刻所处的地理位置；
步骤2)初始化参数：
初始化通信目标终端
Figure BDA00028869034100000711
的标识符
Figure BDA00028869034100000712
的形状参数为αhms和βhms，活跃映射表项
Figure BDA00028869034100000713
的形状参数为
Figure BDA00028869034100000714
和
Figure BDA00028869034100000715
查询活跃映射表项子集
Figure BDA00028869034100000716
的次数为Fhms，Fhms≥1，活跃映射表项
Figure BDA00028869034100000717
在活跃映射表项子集
Figure BDA00028869034100000718
中出现的次数为
Figure BDA00028869034100000719
Figure BDA00028869034100000720
Fhms以及
Figure BDA00028869034100000721
由路由器统计得到，循环周期为tn，最大循环周期为tN，tN＝8，并令αhms＝Fhms，βhms＝1，
Figure BDA0002886903410000081
tn＝1；
本实施例依据汤普森采样的基本思想，为每个标识符及映射表项设置参数α以及参数β，通过对其形成的Beta分布Beta(α,β)随机采样一个数来表示该标识符或映射表项在下一循环周期出现的可能性，其中，参数α的值越大，该标识符或映射表项出现的可能性越大，参数β的值越大，标识符或映射表项出现的可能性越大；
步骤3)每个移动终端Ghm向覆盖自己的边缘路由器Lh发送通信请求：
每个移动终端Ghm将与自己通信的每个通信目标终端
Figure BDA0002886903410000082
的标识符
Figure BDA0002886903410000083
作为通信请求，并将通信请求在循环周期tn内多次发送至覆盖自己的边缘路由器Lh；
步骤4)边缘路由器Lh查询活跃映射表项及其对应的标识符：
边缘路由器Lh根据每个终端Ghm发送的通信请求，对映射服务器K中存储的每个通信目标终端
Figure BDA0002886903410000084
的映射表
Figure BDA0002886903410000085
中标识符
Figure BDA0002886903410000086
及其对应的活跃映射表项进行Fhms次查询，并对所查询的活跃映射表项进行标注，得到所查询的50个通信目标终端
Figure BDA0002886903410000087
的标识符集合
Figure BDA0002886903410000088
及
Figure BDA0002886903410000089
对应的活跃映射表项的集合
Figure BDA00028869034100000810
同一时刻，一个终端标识符仅对应一个活跃映射表项，但由于终端的位置可能产生变化，因此每个终端的活跃映射表项在不同时刻会产生变化，Lh查询的所有活跃映射表项集合
Figure BDA00028869034100000811
的集合
Figure BDA00028869034100000812
其中，
Figure BDA00028869034100000813
表示所查询
Figure BDA00028869034100000814
对应的标识符子集，
Figure BDA00028869034100000815
表示第x次查询
Figure BDA00028869034100000816
对应的标识符；
Figure BDA00028869034100000817
表示
Figure BDA00028869034100000818
对应的活跃映射表项子集，
Figure BDA00028869034100000819
Figure BDA00028869034100000820
表示
Figure BDA00028869034100000821
对应的活跃映射表项；由于每个终端标识符唯一，因此实际上
Figure BDA00028869034100000822
由于终端具有移动性。每次查询的标识符所对应的活跃映射表项
Figure BDA00028869034100000823
是不同的，且
Figure BDA00028869034100000824
中仍然会存在重复的活跃映射表项，因此需要统计
Figure BDA00028869034100000825
出现的次数
Figure BDA00028869034100000826
步骤5)边缘路由器Lh判断tn＞1：
边缘路由器Lh判断tn＞1是否成立，若是，Lh读取Lh在tn-1时缓存的活跃映射表项的集合D(tn-1)以及D(tn-1)对应的标识符集合X(tn-1)，并执行步骤(6)，否则，跳过参数更新过程，执行步骤(7)，D(tn-1)以及X(tn-1)分别表示为：
D(tn-1)＝{Dk(tn-1)|1≤k≤Numh(tn-1)}
X(tn-1)＝{Xk(tn-1)|1≤k≤Numh(tn-1)}
其中，Dk(tn-1)表示在tn-1时Lh缓存的第k个活跃映射表项，Numh(tn-1)表示Lh在tn-1时可缓存的最大映射表项个数，Numh(tn-1)＝80，Xk(tn-1)表示Dk(tn-1)对应的标识符；
步骤6)边缘路由器Lh对每个标识符
Figure BDA0002886903410000091
和活跃映射表项
Figure BDA0002886903410000092
的形状参数进行更新：
边缘路由器Lh对标识符
Figure BDA0002886903410000093
的形状参数αhms和βhms，以及活跃映射表项
Figure BDA0002886903410000094
的形状参数
Figure BDA0002886903410000095
和
Figure BDA0002886903410000096
进行更新，并执行步骤(7)，αhms和βhms以及
Figure BDA0002886903410000097
和
Figure BDA0002886903410000098
的更新公式分别为：
Figure BDA0002886903410000099
Figure BDA00028869034100000910
其中，
Figure BDA00028869034100000911
和
Figure BDA00028869034100000912
分别为αhms和βhms的更新结果，
Figure BDA00028869034100000913
和
Figure BDA00028869034100000914
分别为
Figure BDA00028869034100000915
和
Figure BDA00028869034100000916
的更新结果，Dy(tn-1)表示当
Figure BDA00028869034100000917
时，
Figure BDA00028869034100000918
在D(tn-1)中对应的活跃映射表项，y∈[1,80]，FW表示边缘路由器Lh查询覆盖范围内所有终端的目的终端的标识符和活跃映射表项的次数，
Figure BDA00028869034100000919
∑表示求和运算；
根据卫星物联网终端数量大，终端移动性强等特点，本实施例在参数更新时相较于传统的汤普森采样有所不同。由于卫星物联网终端数量巨大，则需要筛选出活跃度较高的表项，同时终端移动速度快，意味着该终端的活跃映射表项变化速度快；
对于上一循环周期tn-1缓存的映射表项Dk(tn-1)，若在当前循环周期被查询，则表示缓存的映射表项命中。为适应卫星物联网的特点，更新标识符的参数以评价该标识符对应的终端的活跃程度，同时更新活跃映射表项的参数以评价该终端的移动能力。对于缓存未命中的表项对应的标识符参数，表示在此循环周期内其对应的终端不够活跃，其βhms参数需要足够大以保障其他频繁出现的标识符被缓存，对于缓存命中的表项对应的标识符参数，表示在此循环周期内其对应的终端足够活跃，为αhms参数加上Fhms以保障自身的优先级；对于每个终端的活跃映射表项，对
Figure BDA0002886903410000101
进行更新以保障出现次数多的活跃映射表项的优先级；
由于参数更新灵活，本实施例提出的方法可以适用于多种应用场景；
步骤7)边缘路由器Lh获取活跃映射表项的优先级集合P：
步骤7a)边缘路由器Lh通过标识符
Figure BDA0002886903410000102
的形状参数创建
Figure BDA0002886903410000103
的Beta分布
Figure BDA0002886903410000104
同时通过活跃映射表项
Figure BDA0002886903410000105
的形状参数创建
Figure BDA0002886903410000106
的Beta分布
Figure BDA0002886903410000107
Figure BDA0002886903410000108
Figure BDA0002886903410000109
步骤7b)边缘路由器Lh对
Figure BDA00028869034100001010
和
Figure BDA00028869034100001011
分别进行随机采样，并通过
Figure BDA00028869034100001012
的采样值Vhms和
Figure BDA00028869034100001013
的采样值
Figure BDA00028869034100001014
计算活跃映射表项
Figure BDA00028869034100001015
的优先级
Figure BDA00028869034100001016
每个活跃映射表项的优先级由两部分组成：该表项对应的标识符的优先级，以及该表项自身的优先级。此种优先级计算方式一方面可以保障活跃的终端的优先级较高，另一方面，具有一定的随机性，当终端移动速度快时，该终端的活跃映射表项变化快，随机性使得路由器可能会以较低的概率选择出现次数不够频繁的活跃映射表项，可以一定程度上适应活跃映射表项的变化；
同时，优先级计算的随机性也可以一定程度上适应网络访问模式的变化，如，在新的活跃终端大量出现的情况之下，优先级计算的随机性使得这些新的活跃终端有一定的概率被选择，通过此种方式加速对新的活跃终端的适应；
按照从大到小的顺序对所计算的1200个优先级进行排序，得到优先级集合P＝{Pq|1≤q≤1200}，其中Pq表示第q位优先级，其中Vhms和
Figure BDA0002886903410000111
的计算公式为：
Figure BDA0002886903410000112
Figure BDA0002886903410000113
其中，Sample表示从Beta分布中随机采样一个数字，由于采样具有随机性，因此映射表项的优先级也具有一定的随机性；
统计缓存命中情况：
Figure BDA0002886903410000114
其中，H(tn,k)表示tn-1时缓存的第k个映射表项的Dk(tn-1)的命中情况；计算缓存命中率Pc(tn-1)：
Figure BDA0002886903410000115
步骤8)边缘路由器Lh对缓存的映射表项进行缓存更新：
步骤8a)边缘路由器Lh按照P中所有优先级从大到小的顺序，对
Figure BDA0002886903410000116
中的对应的活跃映射表项进行排序，得到排顺后的映射表项集合R＝{Rq|1≤q≤1200}，其中Rq表示第q位活跃映射表项；
步骤8b)设缓存次数为c，边缘路由器Lh在tn时刻缓存活跃映射表项的集合为D(tn)表示，边缘路由器Lh第c次缓存的活跃映射表项为Dc(tn)，边缘路由器Lh在tn-1时刻第c次缓存的活跃映射表项为Dc(tn-1)，并令c＝1,q＝1；
步骤8c)边缘路由器Lh判断Rq∈D(tn)是否成立，若是，执行步骤(8d)，否则令Dc(tn)＝Rq，在第一个循环周期直接进行缓存，在剩下的循环周期进行缓存替换，并执行步骤(8e)；
步骤8d)边缘路由器Lh判断q≥1200，若是，得到更新后的缓存的映射表项集合D(tn)，否则，令q＝q+1，执行步骤(8e)；
步骤8e)边缘路由器Lh判断c≥80是否成立，若是，得到更新后的缓存的映射表项集合D(tn)，否则，令c＝c+1，q＝q+1,并执行步骤(8c)；
步骤9)获取卫星物联网的映射表项缓存更新结果：
边缘路由器Lh判断tn≥8是否成立，若是，停止循环并得到每个循环的缓存更新结果，否则，令tn＝tn+1，并执行步骤(3)。

Claims (2)

1.一种用于卫星物联网移动终端的映射表项缓存更新方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)构建卫星物联网模型：
构建包括H个边缘路由器L＝{Lh|1≤h≤H}、H*M个移动终端G＝{Ghm|1≤h≤H,1≤m≤M}和映射服务器K的卫星物联网模型，每个移动终端Ghm既是通信发送终端，又是其他S个移动终端G*的通信目标终端，
Figure FDA0003676589370000011
映射服务器K用于存储G的映射表，其中，H≥1，Lh表示第h个缓存内存为Ch的边缘路由器，M≥1，Ghm表示Lh可覆盖的第m个终端，Ghm的映射表为Thm＝{Thmj|1≤j≤J}，Thmj表示Thm的第j个映射表项，Thmj＝{Ihm,Whmj}，Ihm表示Ghm对应的标识符，Whmj表示Ghm对应的第j个位置符，J表示映射表项的个数，J≥1，S∈[1,H×M-1]，
Figure FDA0003676589370000012
表示Ghm的第s个通信目标终端，
Figure FDA0003676589370000013
的映射表为
Figure FDA0003676589370000014
Figure FDA0003676589370000015
表示
Figure FDA0003676589370000016
的第j个映射表项，
Figure FDA0003676589370000017
Figure FDA0003676589370000018
表示
Figure FDA0003676589370000019
对应的标识符，
Figure FDA00036765893700000110
表示
Figure FDA00036765893700000111
对应的第j个位置符；
(2)初始化参数：
初始化通信目标终端
Figure FDA00036765893700000112
的标识符
Figure FDA00036765893700000113
的形状参数为αhms和βhms，活跃映射表项
Figure FDA00036765893700000114
的形状参数为
Figure FDA00036765893700000115
和
Figure FDA00036765893700000116
查询活跃映射表项子集
Figure FDA00036765893700000117
的次数为Fhms，Fhms≥1，活跃映射表项
Figure FDA00036765893700000118
在活跃映射表项子集
Figure FDA00036765893700000119
中出现的次数为
Figure FDA00036765893700000120
Figure FDA00036765893700000121
循环周期为tn，最大循环周期为tN，tN≥2，并令αhms＝Fhms，βhms＝1，
Figure FDA00036765893700000122
tn＝1；
(3)每个移动终端Ghm向覆盖自己的边缘路由器Lh发送通信请求：
每个移动终端Ghm将与自己通信的每个通信目标终端
Figure FDA0003676589370000021
的标识符
Figure FDA0003676589370000022
作为通信请求，并将通信请求在循环周期tn内多次发送至覆盖自己的边缘路由器Lh；
(4)边缘路由器Lh查询活跃映射表项及其对应的标识符：
边缘路由器Lh根据每个移动终端Ghm发送的通信请求，对映射服务器K中存储的每个通信目标终端
Figure FDA0003676589370000023
的映射表
Figure FDA0003676589370000024
中标识符
Figure FDA0003676589370000025
及其对应的活跃映射表项进行Fhms次查询，并对所查询的活跃映射表项进行标注，得到所查询的S个通信目标终端
Figure FDA0003676589370000026
的标识符集合
Figure FDA0003676589370000027
及
Figure FDA0003676589370000028
对应的活跃映射表项的集合
Figure FDA0003676589370000029
Lh查询的所有活跃映射表项集合
Figure FDA00036765893700000210
的集合
Figure FDA00036765893700000211
其中，
Figure FDA00036765893700000212
表示所查询
Figure FDA00036765893700000213
对应的标识符子集，
Figure FDA00036765893700000214
Figure FDA00036765893700000215
表示第x次查询
Figure FDA00036765893700000216
对应的标识符；
Figure FDA00036765893700000217
表示
Figure FDA00036765893700000218
对应的活跃映射表项子集，
Figure FDA00036765893700000219
Figure FDA00036765893700000220
表示
Figure FDA00036765893700000221
对应的活跃映射表项；
(5)边缘路由器Lh判断tn＞1：
边缘路由器Lh判断tn＞1是否成立，若是，Lh读取Lh在tn-1时缓存的活跃映射表项的集合D(tn-1)以及D(tn-1)对应的标识符集合X(tn-1)，并执行步骤(6)，否则，执行步骤(7)，D(tn-1)以及X(tn-1)分别表示为：
D(tn-1)＝{Dk(tn-1)|1≤k≤Numh(tn-1)}
X(tn-1)＝{Xk(tn-1)|1≤k≤Numh(tn-1)}
其中，Dk(tn-1)表示在tn-1时Lh缓存的第k个活跃映射表项，Numh(tn-1)表示Lh在tn-1时可缓存的最大映射表项个数，Numh(tn-1)≥1，Xk(tn-1)表示Dk(tn-1)对应的标识符；
(6)边缘路由器Lh对每个标识符
Figure FDA0003676589370000031
和活跃映射表项
Figure FDA0003676589370000032
的形状参数进行更新：
边缘路由器Lh对标识符
Figure FDA0003676589370000033
的形状参数αhms和βhms，以及活跃映射表项
Figure FDA0003676589370000034
的形状参数
Figure FDA0003676589370000035
和
Figure FDA0003676589370000036
进行更新，并执行步骤(7)，αhms和βhms以及
Figure FDA0003676589370000037
和
Figure FDA0003676589370000038
的更新公式分别为：
Figure FDA0003676589370000039
Figure FDA00036765893700000310
其中，
Figure FDA00036765893700000311
和
Figure FDA00036765893700000312
分别为αhms和βhms的更新结果，
Figure FDA00036765893700000313
和
Figure FDA00036765893700000314
分别为
Figure FDA00036765893700000315
和
Figure FDA00036765893700000316
的更新结果，Dy(tn-1)表示当
Figure FDA00036765893700000317
时，
Figure FDA00036765893700000318
在D(tn-1)中对应的活跃映射表项，y∈[1,Numh(tn-1)]，Numh(tn-1)≥1，FW表示边缘路由器Lh查询覆盖范围内所有终端的目的终端的标识符和活跃映射表项的次数，
Figure FDA00036765893700000319
∑表示求和运算；
(7)边缘路由器Lh获取活跃映射表项的优先级集合P：
(7a)边缘路由器Lh通过标识符
Figure FDA00036765893700000320
的形状参数创建
Figure FDA00036765893700000321
的Beta分布
Figure FDA00036765893700000322
同时通过活跃映射表项
Figure FDA00036765893700000323
的形状参数创建
Figure FDA00036765893700000324
的Beta分布
Figure FDA00036765893700000325
Figure FDA00036765893700000326
Figure FDA00036765893700000327
(7b)边缘路由器Lh对
Figure FDA0003676589370000041
和
Figure FDA0003676589370000042
分别进行随机采样，并通过
Figure FDA0003676589370000043
的采样值Vhms和
Figure FDA0003676589370000044
的采样值
Figure FDA0003676589370000045
计算活跃映射表项
Figure FDA0003676589370000046
的优先级
Figure FDA0003676589370000047
然后按照从大到小的顺序对所计算的FW个优先级进行排序，得到优先级集合P＝{Pq|1≤q≤FW}，其中Pq表示第q位优先级；
(8)边缘路由器Lh对缓存的映射表项进行缓存更新：
(8a)边缘路由器Lh按照P中所有优先级从大到小的顺序，对
Figure FDA0003676589370000048
中的对应的活跃映射表项进行排序，得到排顺后的映射表项集合R＝{Rq|1≤q≤FW}，其中Rq表示第q位活跃映射表项；
(8b)设缓存次数为c，边缘路由器Lh在tn时刻缓存活跃映射表项的集合为D(tn)表示，边缘路由器Lh第c次缓存的活跃映射表项为Dc(tn)，边缘路由器Lh在tn-1时刻第c次缓存的活跃映射表项为Dc(tn-1)，并令c＝1,q＝1；
(8c)边缘路由器Lh判断Rq∈D(tn)是否成立，若是，执行步骤(8d)，否则令Dc(tn)＝Rq，并执行步骤(8e)；
(8d)边缘路由器Lh判断q≥FW，若是，得到更新后的缓存的映射表项集合D(tn)，否则，令q＝q+1，执行步骤(8c)；
(8e)边缘路由器Lh判断c≥Numh(tn)是否成立，若是，得到更新后的缓存的映射表项集合D(tn)，否则，令c＝c+1，q＝q+1,并执行步骤(8c)；
(9)获取卫星物联网的映射表项缓存更新结果：
边缘路由器Lh判断tn≥tN是否成立，若是，停止循环并得到每个循环的缓存更新结果，否则，令tn＝tn+1，并执行步骤(3)。
2.根据权利要求1所述的一种用于卫星物联网移动终端的映射表项缓存更新方法，其特征在于，步骤(7b)中所述的
Figure FDA0003676589370000051
的采样值Vhms和
Figure FDA0003676589370000052
的采样值
Figure FDA0003676589370000053
计算公式为：
Figure FDA0003676589370000054
Figure FDA0003676589370000055
其中，Sample表示从Beta分布中随机采样一个数字。
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