CN113301145B - 采用信源发布内容的请求率与动态性的移动边缘缓存放置方法 - Google Patents

采用信源发布内容的请求率与动态性的移动边缘缓存放置方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113301145B
CN113301145B CN202110559747.0A CN202110559747A CN113301145B CN 113301145 B CN113301145 B CN 113301145B CN 202110559747 A CN202110559747 A CN 202110559747A CN 113301145 B CN113301145 B CN 113301145B
Authority
CN
China
Prior art keywords
content
cache
communication unit
roadside communication
rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110559747.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113301145A (zh
Inventor
张珊
罗洪斌
王柳迪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Publication of CN113301145A publication Critical patent/CN113301145A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113301145B publication Critical patent/CN113301145B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种采用信源发布内容的请求率与动态性的边缘缓存放置方法，是在路边通信单元缓存空间有限的情况下，如何从海量动态内容中选择被缓存的内容集合，以最大限度增加由路边通信单元缓存直接服务的数据量，从而显著减轻回程链路压力。本发明首先进行系统初始化，获得执行方法所需参数；然后计算内容的缓存命中率；将缓存放置问题抽象为0/1背包问题，得到被缓存的内容集合；进而路边通信单元服务用户请求。本发明关注动态内容条目，通过联合考虑信源发布内容的请求到达率以及动态性的方式进行缓存放置，保证用户收到内容时效性的同时，最大化由路边通信单元缓存直接服务的数据量，从而显著减少冗余数据传输、减轻回程链路压力。

Description

采用信源发布内容的请求率与动态性的移动边缘缓存放置 方法
技术领域
本发明涉及在路边通信单元(RSU，road side unit)内进行信源发布内容(SPC，source publish content)的缓存放置处理方法，更特别地说，是指一种利用SPC的请求到达率(λ)与 DC－SPC的动态性(μ)这两个特性进行边缘缓存放置的处理。
背景技术
在车联网(IOV，internet of vehicles)技术领域中，路边通信单元(RSU，roadside unit) 就是建设在路边的基础设施，用来实现车辆和因特网之间的连接。RSU遵循国家标准为GB20851，通讯频率为5.8GHz进行服务。RSU是由高增益定向束控读写天线和射频控制器组成。高增益定向束控读写天线是一个微波收发模块，负责信号和数据的发送与接收、调制与解调、编码与解码、加密与解密；射频控制器是控制发射和接收数据以及处理向上位机收发信息的模块。
2020年09月18日公开的“Low-Latency and Fresh Content Provision inInformation-Centric Vehicular Networks”中，介绍了在车联网场景中，RSU能够用来缓存信源发布内容(SPC，source publish content)，以方便用户请求(user requests)到达时可直接提供服务，避免直接从信源处(source)获取信源发布内容，从而有效减少服务延时，提升用户(user) 体验。所述的SPC可以是车联网IOV中的交通状况、道路状况、车辆状况以及辅助的服务设施等信息的总称。
近年来的车联网中，增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、自动驾驶等新兴移动应用不断涌现，这些应用需要大量SPC来了解周围环境，例如，街道的实时3D地图以及周围街区的交通状况等。这类能够反映周围环境，并随环境及时间不断变化的信息称之为情境信息(CIF，context information)。情境信息具有信息量大、延时敏感、时效性强的特点。所缓存的情境信息应及时进行版本刷新，否则用户(user)可能会收到过时甚至无效的SPC，严重降低用户(user)体验。因此，除服务延时以外，信息时效性(information timeliness)成为衡量RSU服务性能的又一重要指标。在云游戏、自动驾驶等诸多应用场景中，信息时效性已引起越来越多的关注。RSU在提供动态内容服务时，应设计有效的SPC的内容交付机制(contentdelivery scheme，CDS)，以同时满足信息时效性和服务延时的要求。
考虑到RSU的缓存空间有限，将海量的SPC均缓存是无法满足的。因此，如何从海量的SPC 中选取被缓存的信源发布内容(U－SPC)以充分利用RSU的缓存空间成为亟待解决的问题。目前，大量研究关注缓存的放置问题，但其主要针对常规的静态内容条目(staticcontent)，即SPC不变化，在缓存中不会过时无效。在该类研究中已经证实如果在缓存放置过程中RSU之间不相互协作，则流行度优先的缓存放置方法(MPF)方案是最佳的。但是当SPC具有动态性时(即SPC中的动态内容条目(dynamic content)，简称DC－SPC)，则MPF方案不适用。因此，在研究情境信息的缓存放置问题时，不仅要考虑SPC的请求到达率(λ)，还应关注DC－SPC的动态性(μ)。
发明内容
本发明解决的技术问题是：在路边通信单元(RSU)缓存空间有限的情况下，如何从海量的动态信源发布内容(DC－SPC)中选取被缓存的信源发布内容(U－SPC)，以最大化由RSU边缘缓存直接服务的数据量，从而显著减少冗余数据传输、减轻回程链路压力、降低平均服务延时。
本发明采用的技术手段是：提出一种采用信源发布内容的请求到达率(λ)与动态信源发布内容(DC－SPC)的动态性(μ)的边缘缓存放置方法。本发明方法通过联合考虑请求到达率(λ) 和动态性(μ)的方式进行缓存放置，旨在当RSU提供DC－SPC服务时最大限度地增加由RSU 边缘缓存直接服务的数据量，从而在保证用户收到请求内容时效性(ξ)的同时，显著减少冗余数据传输、减轻回程链路压力、降低平均服务延时。
在本发明中，是在传统路边通信单元中增加了管理模块、监测模块、传输模块。
所述的管理模块用于执行缓存放置方法，进行缓存决策。
所述的监测模块通过统计信源节点Ps发布的内容
Figure RE-GDA0003141283010000021
的请求数目来监测所述管理模块中所述内容
Figure RE-GDA0003141283010000022
的请求到达率
Figure RE-GDA0003141283010000023
的变化，若请求到达率
Figure RE-GDA0003141283010000024
的变化较大，监测模块将发送信号给管理模块，使所述的管理模块重新进行信源节点Ps发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000025
的缓存放置；同时监测模块会将所述内容
Figure RE-GDA0003141283010000026
的当前请求到达率传送到管理模块，并执行步骤二。
所述的传输模块用于将发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000027
传输给用户。
本发明的一种采用信源发布内容的请求率与动态性进行边缘缓存放置的方法，包括有下列步骤：
步骤一，初始化；
步骤101，定义信源属性；
在任意一个路边通信单元RSU的周围部署有S个信源节点，即信源节点集 PSBS＝{P1,P2,...,Ps,...,PS}；
所述信源节点集PSBS＝{P1,P2,...,Ps,...,PS}中的每一个信源节点只发布一种内容；即发布内容集
Figure RE-GDA0003141283010000031
路边通信单元RSU的任意一种发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000032
的请求到达率记为
Figure RE-GDA0003141283010000033
即请求到达率
Figure RE-GDA0003141283010000034
任意一个信源节点Ps可以监测周围环境并发布相应的情境信息。在本发明中，情境信息是指能反映周围环境，并随着环境、时间不断变化的信息，其具有信息量大、延时敏感、时效性强的特点。
在本发明中，由于情境信息会随时间、环境不断变化，任意一个信源节点Ps需要不断产生新的内容缓存版本
Figure RE-GDA0003141283010000035
以反映最新环境状态(
Figure RE-GDA0003141283010000036
或者
Figure RE-GDA0003141283010000037
)；所述的信源节点Ps产生的内容新版本(新的发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000038
内容新版本
Figure RE-GDA0003141283010000039
)后，会发布过时通告NP(NoticePacket)告知路边通信单元RSU中缓存的相应发布内容已无效，即
Figure RE-GDA00031412830100000310
步骤102，定义用户属性；
移动用户随机发出请求内容REQ(Request Packet)；移动用户收到路边通信单元RSU的任意一种发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000311
后需向路边通信单元发送收到指令ACK(Acknowledgecharacter)以表明数据已接收无误；
步骤103，定义路边通信单元属性；
路边通信单元的缓存容量，记为w；路边通信单元的缓存最大容量，记为C。
在本发明中，路边通信单元RSU具有缓存能力，其缓存的是发布内容集
Figure RE-GDA00031412830100000312
然后按照先来先服务的方式服务于移动用户的请求内容REQ。
在本发明中，路边通信单元RSU的缓存内容具有动态性，因此路边通信单元RSU记录其当前缓存的内容缓存版本是否有效，内容缓存版本记为
Figure RE-GDA00031412830100000313
当
Figure RE-GDA00031412830100000314
表明路边通信单元RSU的当前缓存的发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000315
仍然有效；否则，当
Figure RE-GDA00031412830100000316
表明内容已过时无效。
若信源节点PSBS＝{P1,P2,...,Ps,...,PS}发布新的内容版本，路边通信单元RSU将被告知其缓存的相应内容已无效，即
Figure RE-GDA00031412830100000317
已无效的缓存内容(即
Figure RE-GDA00031412830100000318
)将在下一个移动用户请求时被更新；若缓存内容有效(即
Figure RE-GDA00031412830100000319
)，则路边通信单元RSU直接将内容DATA(DataPacket)传输给移动用户；路边通信单元RSU收到移动用户发送的收到指令ACK表明一次服务完成，否则将重新传输；执行步骤二；
步骤二，计算内容的缓存命中率；
步骤201，缓存命中率获取；
任意一种发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000320
的缓存命中率，记为
Figure RE-GDA00031412830100000321
所述缓存命中率
Figure RE-GDA00031412830100000322
由公式(1)得到：
Figure RE-GDA0003141283010000041
μM为缓存未命中服务速率。
μH为缓存命中服务速率。
Figure RE-GDA0003141283010000042
为请求到达率。
Figure RE-GDA0003141283010000043
为缓存命中率。
Figure RE-GDA0003141283010000044
为新版本内容产生速率。
步骤202，缓存命中率排序序列获取；
计算发布内容集
Figure RE-GDA0003141283010000045
中各种发布内容的缓存命中率，然后采用从大至小对缓存命中率进行排序，由此得到缓存命中率的排序序列
Figure RE-GDA0003141283010000046
然后执行步骤三；
Figure RE-GDA0003141283010000047
表示发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000048
的缓存命中率。
Figure RE-GDA0003141283010000049
表示发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000410
的缓存命中率。
Figure RE-GDA00031412830100000411
表示发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000412
的缓存命中率。
Figure RE-GDA00031412830100000413
表示发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000414
的缓存命中率。
步骤三，缓存放置；
缓存放置问题为：已知路边通信单元RSU的缓存容量w和缓存最大容量C，发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000415
的缓存命中率为
Figure RE-GDA00031412830100000416
内容条目大小为
Figure RE-GDA00031412830100000417
如何在路边通信单元RSU中最大化地实现发布内容(即
Figure RE-GDA00031412830100000418
)的缓存直接服务的数据量，从而最大程度减轻回程链路压力。
步骤301，回程链路减少的数据量的获取；
将发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000419
的缓存直接服务的数据量采用公式(2)表达：
Figure RE-GDA00031412830100000420
其中：
Figure RE-GDA00031412830100000421
指示函数xs∈{0,1},1≤s≤S。
σs是指发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000422
被缓存后，单位时间内由路边通信单元RSU中缓存直接服务的数据量，即回程链路减少的数据量。而目标函数σ目标即为最大化单位时间内由路边通信单元RSU中缓存直接服务的数据量。
步骤302，最大缓存有效率的获取；
在本发明中，所述公式(2)的问题为0或1的背包问题，使用动态规划方法求解。令Values,w表示在前s个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过w的最大缓存有效率，其中 1≤s≤S,1≤w≤C；动态规划的递推关系为公式(3)：
Figure RE-GDA0003141283010000051
令Values-1,w表示在前s-1个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过w的最大缓存有效率。
令
Figure RE-GDA0003141283010000052
表示在前s-1个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过
Figure RE-GDA0003141283010000053
的最大缓存有效率。
步骤303，各个发布内容的缓存有效率的获取；
使用“填二维表”的方法求解该动态规划问题，得到发布内容的缓存有效率的数据Y，如公式 (4)所述：
Figure RE-GDA0003141283010000054
令Value1,1表示在第一个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过1的最大缓存有效率。
令Value1,C表示在第一个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过C的最大缓存有效率。
令Values,1表示在第s个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过1的最大缓存有效率。
令Values,C表示在第s个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过C的最大缓存有效率。
令ValueS,1表示在最后一个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过1的最大缓存有效率。
令ValueS,C表示在最后一个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过C的最大缓存有效率。
步骤304，各个发布内容的缓存有效率的获取；
根据数据Y得到当w＝C时最大的缓存有效率，进而得到有效缓存内容集合
Figure RE-GDA0003141283010000061
将所述
Figure RE-GDA0003141283010000062
中的内容缓存在路边通信单元中，并更新相应内容缓存版本
Figure RE-GDA0003141283010000063
的缓存状态，即
Figure RE-GDA0003141283010000064
置为1；执行步骤四；
Figure RE-GDA0003141283010000065
表示第一个信源节点P1发布的内容为有效缓存内容。
Figure RE-GDA0003141283010000066
表示第二个信源节点P2发布的内容为有效缓存内容。
Figure RE-GDA0003141283010000067
表示任意一个信源节点Ps发布的内容为有效缓存内容。
Figure RE-GDA0003141283010000068
表示最后一个信源节点PS发布的内容为有效缓存内容。
步骤四，路边通信单元服务用户的请求；
移动用户发出的请求内容REQ到达路边通信单元RSU，所述路边通信单元RSU中维护着移动用户的请求队列
Figure RE-GDA0003141283010000069
其中1≤n,1≤s≤S，下角标n表示请求队列中请求内容REQ的排序标记号，
Figure RE-GDA00031412830100000610
表示当前请求队列中第n个请求内容REQ。
每个移动用户请求
Figure RE-GDA00031412830100000611
中的任意一个发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000612
路边通信单元RSU中使用先来先服务的方式服务于移动用户的请求内容REQ；
步骤41，路边通信单元RSU的服务过程为：
步骤41A，判断是否缓存有发布内容；
当路边通信单元RSU开始服务于移动用户的任意一请求
Figure RE-GDA00031412830100000613
时，首先判断路边通信单元 RSU中是否缓存有相应的发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000614
若已缓存，执行步骤41C；否则，执行步骤41B；
步骤41B，未缓存发布内容；
若路边通信单元RSU中未缓存所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000615
则从信源节点Ps处获取所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000616
然后传送给移动用户；执行步骤42；
步骤41C，有缓存的发布内容；
若路边通信单元RSU中已缓存有所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000617
进而判断当前缓存的内容
Figure RE-GDA00031412830100000618
是否有效；
有效，即
Figure RE-GDA00031412830100000619
指缓存内容没有过时，执行步骤41E；
无效，即
Figure RE-GDA00031412830100000620
指信源节点Ps监测到环境变化并产生新的内容版本，路边通信单元RSU已经将该内容的缓存状态设置为过时无效；执行步骤41D；
步骤41D，当前缓存内容过时则重新获取发布内容；
所述路边通信单元RSU中的当前缓存内容版本已过时无效(即
Figure RE-GDA00031412830100000621
)，则从信源节点Ps处获取新版本内容，即
Figure RE-GDA00031412830100000622
并完成一次版本刷新，即
Figure RE-GDA00031412830100000623
将
Figure RE-GDA00031412830100000624
置为1；然后将所述内容
Figure RE-GDA00031412830100000625
传送给移动用户；执行步骤42；
步骤41E，当前缓存内容有效，则执行服务；
所述路边通信单元RSU中的当前所述发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000071
缓存内容版本有效(即
Figure RE-GDA0003141283010000072
)，其可以直接服务于移动用户；若在服务过程中，路边通信单元RSU收到所述发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000073
的过时通告
Figure RE-GDA0003141283010000074
将
Figure RE-GDA0003141283010000075
置为0，表明所述发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000076
过时无效；为保证移动用户收到所述发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000077
的有效性，路边通信单元RSU执行步骤41D进行版本刷新，重新服务于移动用户；否则，执行步骤42；
步骤42，刷新缓存条目状态；
步骤42A，依据路边通信单元RSU收到移动用户发送的所述发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000078
的收到指令ACK表明服务请求完成；
步骤42B，统计服务过程中路边通信单元RSU收到的所有
Figure RE-GDA0003141283010000079
的过时通告NP，并更新相应内容的缓存状态，即将当前有效内容的缓存状态设置为无效，无效内容的缓存状态不改变。
本发明为采用信源发布内容的请求率与动态性的边缘缓存放置方法，其优点在于：
①该方法关注移动边缘缓存网络中内容条目的放置问题，聚焦于具有动态性的情境信息，在路边通信单元RSU进行动态内容放置时，联合考虑内容的请求到达率以及内容版本刷新。
②该方法在路边通信单元RSU提供动态内容服务时最大化由路边通信单元缓存直接服务的数据量，从而在保证用户收到内容有效性的同时，显著减少冗余数据传输，减轻回程链路压力，降低平均服务延时，提高用户体验。
附图说明
图1是本发明路边通信单元、移动用户、信源交互图。
图2是本发明采用信源发布内容的请求率与动态性进行边缘缓存放置方法的总体流程图。
图3是路边通信单元服务过程流程图。
图4是路边通信单元存储有本发明方法进行发布内容缓存放置后的延时性能图。
图5是路边通信单元存储有本发明方法进行发布内容缓存放置后的缓存命中率性能图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
图1是车联网的场景图。图中所有的车辆都通过Internet连接在一起。路边通信单元(RSU)、用户(user)、信源节点(source node)这三者通过无线进行通讯的。
在本发明中，依据发布内容是否会随时间变化将信源发布内容(SPC，sourcepublish content) 分为静态内容条目(SC－SPC)和动态内容条目(DC－SPC)。而情境信息(CIF)体现了周围环境随时间的变化，其属于一种动态内容条目(DC－SPC)。由于CIF具有动态性，信源会产生新的内容版本以反映最新环境状态，因此RSU需要进行内容版本刷新，以避免用户获得过时无效的请求内容。对于所述的CIF本发明采用了请求到达率(λ)与动态性(μ)这两个特性进行边缘缓存放置的处理。
在本发明中，任意一个路边通信单元，记为RSU；在所述的任意一个路边通信单元RSU的周围布局的所有信源节点，记为信源节点集PSBS＝{P1,P2,...,Ps,...,PS}；
P1表示属于路边通信单元的第一个信源节点；
P2表示属于路边通信单元的第二个信源节点；
Ps表示属于路边通信单元的第s个信源节点，也称为属于路边通信单元的任意一个信源节点；
PS表示属于路边通信单元的最后一个信源节点，s∈S。下角标s表示信源节点的标识号，下角标S表示信源节点的总数目。
在本发明中，每个信源节点只发布一种内容。则有，信源节点集PSBS＝{P1,P2,...,Ps,...,PS}中的每个信源节点发布的内容，记为发布内容集
Figure RE-GDA0003141283010000081
其中：
Figure RE-GDA0003141283010000082
表示属于路边通信单元的第一个信源节点发布的内容；所述发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000083
的内容条目大小记为
Figure RE-GDA0003141283010000084
所述发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000085
的请求到达率记为
Figure RE-GDA0003141283010000086
所述发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000087
的内容缓存版本记为
Figure RE-GDA0003141283010000088
所述发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000089
的新版本内容产生速率记为
Figure RE-GDA00031412830100000810
Figure RE-GDA00031412830100000811
表示属于路边通信单元的第二个信源节点发布的内容；所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000812
的内容条目大小记为
Figure RE-GDA00031412830100000813
所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000814
的请求到达率记为
Figure RE-GDA00031412830100000815
所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000816
的内容缓存版本记为
Figure RE-GDA00031412830100000817
所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000818
的新版本内容产生速率记为
Figure RE-GDA00031412830100000819
Figure RE-GDA00031412830100000820
表示属于路边通信单元的第s个信源节点发布的内容(也称为任意一种发布内容)；所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000821
的内容条目大小记为
Figure RE-GDA00031412830100000822
所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000823
的请求到达率记为
Figure RE-GDA00031412830100000824
所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000825
的内容缓存版本记为
Figure RE-GDA00031412830100000826
所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000827
的新版本内容产生速率记为
Figure RE-GDA00031412830100000828
Figure RE-GDA00031412830100000829
表示属于路边通信单元的最后一个信源节点发布的内容；所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000830
的内容条目大小记为
Figure RE-GDA00031412830100000831
所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000832
的请求到达率记为
Figure RE-GDA00031412830100000833
所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000834
的内容缓存版本记为
Figure RE-GDA00031412830100000835
所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000836
的新版本内容产生速率记为
Figure RE-GDA00031412830100000837
参见图2所示，本发明的一种采用信源发布内容的请求率与动态性的移动边缘缓存放置方法，包括有下列步骤：
步骤一，初始化；
步骤101，定义信源属性；
设在路边通信单元RSU的周围部署有5个信源节点，信源集合为PSBS＝{P1,P2,P3,P4,P5}；每个信源发布一种内容，发布内容集合为
Figure RE-GDA0003141283010000091
根据不同应用的发布内容大小不同，如城市高清地图的内容大小远远大于红绿灯情况的内容大小。在本发明中，将内容条目大小设为：
Figure RE-GDA0003141283010000092
Figure RE-GDA0003141283010000093
根据发布内容随时间、环境变化的快慢不同。在本发明中，将新版本内容产生速率设为：
Figure RE-GDA0003141283010000094
P1表示属于路边通信单元的第一个信源节点；
Figure RE-GDA0003141283010000095
表示属于路边通信单元的第一个信源节点P1发布的内容；所述发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000096
的内容条目大小记为
Figure RE-GDA0003141283010000097
所述第一个信源节点P1发布所述内容
Figure RE-GDA0003141283010000098
的新版本内容产生速率记为
Figure RE-GDA0003141283010000099
P2表示属于路边通信单元的第二个信源节点；
Figure RE-GDA00031412830100000910
表示属于路边通信单元的第二个信源节点P2发布的内容；所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000911
的内容条目大小记为
Figure RE-GDA00031412830100000912
所述第二个信源节点P2发布所述内容
Figure RE-GDA00031412830100000934
的新版本内容产生速率记为
Figure RE-GDA00031412830100000913
P3表示属于路边通信单元的第三个信源节点；
Figure RE-GDA00031412830100000914
表示属于路边通信单元的第三个信源节点P3发布的内容；所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000915
的内容条目大小记为
Figure RE-GDA00031412830100000916
所述第三个信源节点P3发布所述内容
Figure RE-GDA00031412830100000917
的新版本内容产生速率记为
Figure RE-GDA00031412830100000918
P4表示属于路边通信单元的第四个信源节点；
Figure RE-GDA00031412830100000919
表示属于路边通信单元的第四个信源节点P4发布的内容；所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000920
的内容条目大小记为
Figure RE-GDA00031412830100000921
；所述第四个信源节点P4发布所述内容
Figure RE-GDA00031412830100000922
的新版本内容产生速率记为
Figure RE-GDA00031412830100000923
P5表示属于路边通信单元的第五个信源节点；
Figure RE-GDA00031412830100000924
表示属于路边通信单元的第五个信源节点P5发布的内容；所述发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000925
的内容条目大小记为
Figure RE-GDA00031412830100000926
所述第五个信源节点P5发布所述内容
Figure RE-GDA00031412830100000927
的新版本内容产生速率记为
Figure RE-GDA00031412830100000928
步骤102，定义用户属性；
移动用户随机发出请求内容REQ；
移动用户将发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000929
的请求到达率设为：
Figure RE-GDA00031412830100000930
Figure RE-GDA00031412830100000931
Figure RE-GDA00031412830100000932
表示发布内容
Figure RE-GDA00031412830100000933
的请求到达率；
Figure RE-GDA0003141283010000101
表示发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000102
的请求到达率；
Figure RE-GDA0003141283010000103
表示发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000104
的请求到达率；
Figure RE-GDA00031412830100001019
表示发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000105
的请求到达率；
Figure RE-GDA0003141283010000106
表示发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000107
的请求到达率；
步骤103，定义路边通信单元属性；
设置路边通信单元RSU的缓存最大容量为C＝11MB；然后执行步骤二；
步骤二，计算内容的缓存命中率；
在本发明中，发布内容的缓存命中率是指缓存发布内容后，单位时间内无需从信源节点处获取、而由路边通信单元RSU缓存直接服务的请求数目。缓存命中率能够充分反映路边通信单元RSU对发布内容的缓存的利用率。
步骤201，缓存命中率获取；
在本发明中，任意一个信源节点的发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000108
的缓存命中率
Figure RE-GDA0003141283010000109
由公式(1)得到：
Figure RE-GDA00031412830100001010
Ps表示属于路边通信单元的第s个信源节点；也称为属于路边通信单元的任意一个信源节点。
μM表示请求未命中缓存时路边通信单元的服务速率，简称为缓存未命中服务速率。
μH表示请求命中缓存时路边通信单元的服务速率，简称为缓存命中服务速率。
Figure RE-GDA00031412830100001011
表示任意一个信源节点Ps发布的内容
Figure RE-GDA00031412830100001012
的请求到达率，简称为请求到达率。
Figure RE-GDA00031412830100001013
表示任意一个信源节点Ps发布的内容
Figure RE-GDA00031412830100001014
的新版本产生速率，简称为新版本内容产生速率。
步骤202，缓存命中率排序序列获取；
在请求命中缓存的情况下，所述μH＝1000个/秒；在请求未命中缓存的情况下，所述μM＝500 个/秒；计算发布内容集合
Figure RE-GDA00031412830100001015
中所有内容的缓存命中率，然后采用从大至小对缓存命中率进行排序，由此得到缓存命中率的排序序列
Figure RE-GDA00031412830100001016
然后执行步骤三。
步骤三，缓存放置；
路边通信单元的缓存容量，记为w；路边通信单元的缓存最大容量，记为C。
在本例子中，设置的所述C被赋值为11MB，内容条目大小
Figure RE-GDA00031412830100001017
以及缓存命中率
Figure RE-GDA00031412830100001018
均已知。
如何在路边通信单元RSU中最大化地实现发布内容(即
Figure RE-GDA0003141283010000111
)的缓存直接服务的数据量，从而最大程度减轻回程链路压力；抽象该问题为公式(2)表达：
步骤301，回程链路减少的数据量的获取；
Figure RE-GDA0003141283010000112
其中：
Figure RE-GDA0003141283010000113
指示函数xs∈{0,1},1≤s≤S。
σs是指发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000114
被缓存后，单位时间内由路边通信单元RSU中缓存直接服务的数据量，即回程链路减少的数据量，简称为缓存有效率。而目标函数σ目标即为最大化单位时间内由路边通信单元RSU中缓存直接服务的数据量。
步骤302，最大缓存有效率的获取；
在本发明中，所述公式(2)的问题为0或1的背包问题，使用动态规划方法求解。令Values,w表示在前s个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过w的最大缓存有效率，其中 1≤s≤S,1≤w≤C；动态规划的递推关系为公式(3)：
Figure RE-GDA0003141283010000115
步骤303，各个发布内容的缓存有效率的获取；
使用“填二维表”的方法求解该动态规划问题，得到发布内容的缓存有效率的数据Y，如公式 (4)所述：
Figure RE-GDA0003141283010000116
采用三栏多行记录该背包问题的参数，得到表1；利用“填二维表”的方法求解该动态规划问题，得到各个发布内容的缓存有效率的数据Y，即表2；表2中行表示发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000117
列表示缓存内容的总大小w(1≤w≤C)，其中w0表示w被赋值为0，wC表示w被赋值为C；表中的值为Values,w。
表1：背包问题的参数
Figure RE-GDA0003141283010000121
表2：各个发布内容的缓存有效率二维表
Figure RE-GDA0003141283010000122
步骤304，各个发布内容的缓存有效率的获取；
根据数据Y得到当w＝C时最大的缓存有效率，进而得到被缓存的内容集合
Figure RE-GDA0003141283010000123
将所述
Figure RE-GDA0003141283010000124
中的内容缓存在路边通信单元中，并更新相应内容缓存版本
Figure RE-GDA0003141283010000125
的缓存状态，即
Figure RE-GDA0003141283010000126
均置为1；执行步骤四；
根据表2得到的路边通信单元中的当前缓存最大容量C被赋值为11时，即wC＝w11，最大缓存有效率为222MB/s，则对应的中缓存内容集合为
Figure RE-GDA0003141283010000127
然后将第三个信源节点P3的发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000128
和第四个信源节点P4的发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000129
(即
Figure RE-GDA00031412830100001210
)缓存在路边通信单元RSU的中，说明所述的
Figure RE-GDA00031412830100001211
为当前有效缓存内容，并将
Figure RE-GDA00031412830100001212
置为1；然后执行步骤四；
Figure RE-GDA00031412830100001213
表示发布内容
Figure RE-GDA00031412830100001214
的内容缓存版本。
Figure RE-GDA00031412830100001215
表示发布内容
Figure RE-GDA00031412830100001216
的内容缓存版本。
步骤四，路边通信单元服务用户的请求；
设路边通信单元RSU的当前请求队列
Figure RE-GDA0003141283010000131
路边通信单元RSU采用先来先服务的方式服务用户；
Figure RE-GDA0003141283010000132
表示请求信源节点P4的发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000133
且排序在当前请求队列的第一位请求。
Figure RE-GDA0003141283010000134
表示请求信源节点P3的发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000135
且排序在当前请求队列的第二位请求。
Figure RE-GDA0003141283010000136
表示请求信源节点P5的发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000137
且排序在当前请求队列的第三位请求。
Figure RE-GDA0003141283010000138
表示请求信源节点P4的发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000139
且排序在当前请求队列的第四位请求。
参见图3所示，路边通信单元服务请求过程为：
(A)、当路边通信单元RSU执行服务于请求
Figure RE-GDA00031412830100001310
时；执行步骤41A；
步骤41A，判断是否存在有缓存的发布内容
Figure RE-GDA00031412830100001311
若当前的路边通信单元RSU中已缓存有所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001312
执行步骤41C；
步骤41C，所述路边通信单元RSU中已缓存所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001313
判断缓存内容是否有效；由于
Figure RE-GDA00031412830100001314
执行步骤41E；
步骤41E，所述路边通信单元RSU中当前缓存内容版本
Figure RE-GDA00031412830100001315
有效(即
Figure RE-GDA00031412830100001316
)，直接将所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001317
传送给移动用户；
所述路边通信单元RSU在服务请求过程中没有收到所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001318
的过时通告NP，即内容
Figure RE-GDA00031412830100001319
在整个服务过程中保持有效；执行步骤42A；
步骤42A，所述路边通信单元RSU收到移动用户发送的针对所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001320
的收到指令ACK，说明所述
Figure RE-GDA00031412830100001321
被服务完成；执行步骤42B；
步骤42B，统计服务过程中路边通信单元RSU收到的所有过时通告NP，其中，内容
Figure RE-GDA00031412830100001322
存在有过时通告
Figure RE-GDA00031412830100001323
则更新所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001324
的缓存状态，
Figure RE-GDA00031412830100001325
设置为无效，无效内容的缓存状态不改变。
(B)、当路边通信单元RSU执行服务于请求
Figure RE-GDA00031412830100001326
时；执行步骤41A；
步骤41A，判断是否存在有缓存的发布内容
Figure RE-GDA00031412830100001327
若当前的路边通信单元RSU中已缓存有所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001328
执行步骤41C；
步骤41C，所述路边通信单元RSU中已缓存所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001329
判断缓存内容是否有效；由于
Figure RE-GDA00031412830100001330
执行步骤41D；
步骤41D，所述路边通信单元RSU中当前缓存内容版本
Figure RE-GDA00031412830100001331
已过时无效(即
Figure RE-GDA00031412830100001332
)，则从信源节点P3处获取所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001333
的新版本，即
Figure RE-GDA00031412830100001334
并完成一次版本刷新，即
Figure RE-GDA00031412830100001335
将
Figure RE-GDA00031412830100001336
置为1；然后将所述内容
Figure RE-GDA0003141283010000141
传送给移动用户；执行步骤42A；
步骤42A，所述路边通信单元RSU收到移动用户发送的针对所述内容
Figure RE-GDA0003141283010000142
的收到指令ACK，说明所述
Figure RE-GDA0003141283010000143
被服务完成；执行步骤42B；
步骤42B，统计服务过程中路边通信单元RSU未收到的过时通告NP，服务请求结束。
(C)、当路边通信单元RSU执行服务于请求
Figure RE-GDA0003141283010000144
时；执行步骤41A；
步骤41A，判断是否存在有缓存的发布内容
Figure RE-GDA0003141283010000145
若当前的路边通信单元RSU中未缓存有所述内容
Figure RE-GDA0003141283010000146
执行步骤41B；
步骤41B，所述路边通信单元RSU中未缓存所述内容
Figure RE-GDA0003141283010000147
则从信源节点P5处获取所述内容
Figure RE-GDA0003141283010000148
然后传送给移动用户；执行步骤42A；
步骤42A，所述路边通信单元RSU收到移动用户发送的针对所述内容
Figure RE-GDA0003141283010000149
的收到指令ACK，说明所述
Figure RE-GDA00031412830100001410
被服务完成；执行步骤42B；
步骤42B，统计服务过程中路边通信单元RSU未收到的过时通告NP，服务请求结束。
(D)、当路边通信单元RSU执行服务于请求
Figure RE-GDA00031412830100001411
时；执行步骤41A；
步骤41A，判断是否存在有缓存的发布内容
Figure RE-GDA00031412830100001412
若当前的路边通信单元RSU中已缓存有所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001413
执行步骤41C；
步骤41C，所述路边通信单元RSU中已缓存所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001414
判断缓存内容是否有效；由于
Figure RE-GDA00031412830100001415
执行步骤41E；
步骤41E，所述路边通信单元RSU中当前缓存内容版本
Figure RE-GDA00031412830100001416
有效(即
Figure RE-GDA00031412830100001417
)，直接将所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001418
传送给移动用户；
所述路边通信单元RSU在服务请求过程中收到所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001419
的过时通告NP，将
Figure RE-GDA00031412830100001420
置为0，表明内容无效，因此移动用户将收到过时无效的内容；为保证移动用户收到的所述所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001421
的有效性，路边通信单元RSU将执行步骤41D进行版本刷新，重新服务于移动用户；
步骤41D，所述路边通信单元RSU中当前缓存内容版本已过时无效(即
Figure RE-GDA00031412830100001422
)，则从信源节点P4处获取所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001423
的新版本，即
Figure RE-GDA00031412830100001424
并完成一次版本刷新，即
Figure RE-GDA00031412830100001425
将
Figure RE-GDA00031412830100001426
置为1；然后将所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001427
传送给移动用户；执行步骤42A；
步骤42A，所述路边通信单元RSU收到移动用户发送的针对所述内容
Figure RE-GDA00031412830100001428
的收到指令ACK，说明所述
Figure RE-GDA00031412830100001429
被服务完成；执行步骤42B；
步骤42B，统计服务过程中路边通信单元RSU收到的所有过时通告NP，其中，内容
Figure RE-GDA0003141283010000151
存在有过时通告
Figure RE-GDA0003141283010000152
则更新所述内容
Figure RE-GDA0003141283010000153
的缓存状态，
Figure RE-GDA0003141283010000154
设置为无效，无效内容的缓存状态不改变。
实施本发明方法的采用C++语言开发，使用MySQL作为数据库支撑，仿真环境为OMNeT++ (版本号5.5.1)编译器。
图4所示的路边通信单元存储有本发明方法进行发布内容缓存放置后的延时性能图，横坐标表示请求到达率(Request arrival rate)，纵坐标表示延时(Delay)，MPF表示流行度优先的缓存放置方法，PLAP表示本发明方法的简称，将本发明方法的延时性能与传统流行度优先的缓存放置方法进行对比。其中，发布内容的请求到达率服从参数为β的Zipf分布，β体现内容请求的聚集程度。图4中显示，本发明方法的延时性能优于传统方法，尤其是当内容请求聚集程度较低时，性能优势更加明显。另外，本发明方法与传统方法相比能够提升RSU的服务能力，例如，当延时为20ms，β为0.01时，传统方法的服务能力约为1000packets/s，而在相同条件下采用本发明方法可将服务能力提升至1100packets/s。
图5所示的路边通信单元存储有本发明方法进行发布内容缓存放置后的缓存命中率性能图，横坐标表示请求到达率(Request arrival rate)，纵坐标表示缓存命中率(Cache hit rate)，本发明方法的缓存命中率性能与传统流行度优先的缓存放置方法进行对比。图5显示，本发明方法的缓存命中率高于传统流行度优先的缓存放置方法，尤其是当内容请求聚集程度较低时，性能优势更加明显，例如，当请求到达率为1200packets/s，β为0.01时，传统方法的缓存命中率约为100 packets/s，而本发明方法的缓存命中率约为200packets/s，性能提升约1倍。
本发明是采用信源发布内容的请求到达率与动态性的移动边缘缓存放置方法，所要解决的问题是在路边通信单元缓存空间有限的情况下，如何从海量动态内容中选择被缓存的内容集合，以最大化由路边通信单元缓存直接服务的数据量。该方法通过联合考虑内容请求到达率以及动态性的方式进行缓存放置，能够在保证用户收到内容有效性的同时，显著减少冗余数据传输，减轻回程链路压力，降低平均服务延时，提高用户体验。

Claims (1)

1.一种采用信源发布内容的请求率与动态性进行边缘缓存放置的方法，其特征在于步骤：
步骤一，初始化；
步骤101，定义信源属性；
在任意一个路边通信单元RSU的周围部署有S个信源节点，即信源节点集PSBS＝{P1,P2,...,Ps,...,PS}；
P1表示属于路边通信单元的第一个信源节点；
P2表示属于路边通信单元的第二个信源节点；
Ps表示属于路边通信单元的第s个信源节点；
PS表示属于路边通信单元的最后一个信源节点；
所述信源节点集PSBS＝{P1,P2,...,Ps,...,PS}中的每一个信源节点只发布一种内容；即发布内容集
Figure FDA0003579586290000011
Figure FDA0003579586290000012
表示属于路边通信单元的第一个信源节点发布的内容；所述发布内容
Figure FDA0003579586290000013
的内容条目大小记为
Figure FDA0003579586290000014
所述发布内容
Figure FDA0003579586290000015
的请求到达率记为
Figure FDA0003579586290000016
所述发布内容
Figure FDA0003579586290000017
的内容缓存版本记为
Figure FDA0003579586290000018
所述发布内容
Figure FDA0003579586290000019
的新版本内容产生速率记为
Figure FDA00035795862900000110
Figure FDA00035795862900000111
表示属于路边通信单元的第二个信源节点发布的内容；所述发布内容
Figure FDA00035795862900000112
的内容条目大小记为
Figure FDA00035795862900000113
所述发布内容
Figure FDA00035795862900000114
的请求到达率记为
Figure FDA00035795862900000115
所述发布内容
Figure FDA00035795862900000116
的内容缓存版本记为
Figure FDA00035795862900000117
所述发布内容
Figure FDA00035795862900000118
的新版本内容产生速率记为
Figure FDA00035795862900000119
Figure FDA00035795862900000120
表示属于路边通信单元的第s个信源节点发布的内容；所述发布内容
Figure FDA00035795862900000121
的内容条目大小记为
Figure FDA00035795862900000122
所述发布内容
Figure FDA00035795862900000123
的请求到达率记为
Figure FDA00035795862900000124
所述发布内容
Figure FDA00035795862900000125
的内容缓存版本记为
Figure FDA00035795862900000126
所述发布内容
Figure FDA00035795862900000127
的新版本内容产生速率记为
Figure FDA00035795862900000128
Figure FDA00035795862900000129
表示属于路边通信单元的最后一个信源节点发布的内容；所述发布内容
Figure FDA00035795862900000130
的内容条目大小记为
Figure FDA00035795862900000131
所述发布内容
Figure FDA00035795862900000132
的请求到达率记为
Figure FDA00035795862900000133
所述发布内容
Figure FDA00035795862900000134
的内容缓存版本记为
Figure FDA00035795862900000135
所述发布内容
Figure FDA00035795862900000136
的新版本内容产生速率记为
Figure FDA00035795862900000137
路边通信单元RSU的任意一种发布内容
Figure FDA00035795862900000138
的请求到达率记为
Figure FDA00035795862900000139
内容缓存版本记为
Figure FDA00035795862900000140
当
Figure FDA00035795862900000141
表明路边通信单元RSU的当前缓存的发布内容
Figure FDA00035795862900000142
仍然有效；否则，当
Figure FDA00035795862900000143
表明内容已过时无效；
步骤102，定义用户属性；
移动用户随机发出请求内容REQ；移动用户收到路边通信单元RSU的任意一种发布内容
Figure FDA00035795862900000144
后需向路边通信单元发送收到指令ACK，以此表明数据已接收无误；
步骤103，定义路边通信单元属性；
路边通信单元的缓存容量，记为w；路边通信单元的缓存最大容量，记为C；
路边通信单元RSU具有缓存能力，其缓存的是发布内容集
Figure FDA0003579586290000021
然后按照先来先服务的方式服务于移动用户的请求内容REQ；执行步骤二；
步骤二，计算内容的缓存命中率；
步骤201，缓存命中率获取；
任意一种发布内容
Figure FDA0003579586290000022
的缓存命中率，记为
Figure FDA0003579586290000023
所述缓存命中率
Figure FDA0003579586290000024
由公式(1)得到：
Figure FDA0003579586290000025
μM为缓存未命中服务速率；
μH为缓存命中服务速率；
Figure FDA0003579586290000026
为请求到达率；
Figure FDA0003579586290000027
为缓存命中率；
Figure FDA0003579586290000028
为新版本内容产生速率；
步骤202，缓存命中率排序序列获取；
计算发布内容集
Figure FDA0003579586290000029
中各种发布内容的缓存命中率，然后采用从大至小对缓存命中率进行排序，由此得到缓存命中率的排序序列
Figure FDA00035795862900000210
然后执行步骤三；
Figure FDA00035795862900000211
表示发布内容
Figure FDA00035795862900000212
的缓存命中率；
Figure FDA00035795862900000213
表示发布内容
Figure FDA00035795862900000214
的缓存命中率；
Figure FDA00035795862900000215
表示发布内容
Figure FDA00035795862900000216
的缓存命中率；
Figure FDA00035795862900000217
表示发布内容
Figure FDA00035795862900000218
的缓存命中率；
步骤三，缓存放置；
步骤301，回程链路减少的数据量的获取；
将发布内容集
Figure FDA00035795862900000219
的缓存直接服务的数据量采用公式(2)表达：
Figure FDA00035795862900000220
其中：
Figure FDA0003579586290000031
指示函数xs∈{0,1},1≤s≤S；
σs是指发布内容
Figure FDA0003579586290000032
被缓存后，单位时间内由路边通信单元RSU中缓存直接服务的数据量，即回程链路减少的数据量；而目标函数σ目标即为最大化单位时间内由路边通信单元RSU中缓存直接服务的数据量；
步骤302，最大缓存有效率的获取；
所述公式(2)的问题为0或1的背包问题，使用动态规划方法求解；令Values,w表示在前s个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过w的最大缓存有效率，其中1≤s≤S,1≤w≤C；动态规划的递推关系为公式(3)：
Figure FDA0003579586290000033
令Values-1,w表示在前s-1个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过w的最大缓存有效率；
令
Figure FDA0003579586290000034
表示在前s-1个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过
Figure FDA0003579586290000035
的最大缓存有效率；
步骤303，各个发布内容的缓存有效率的获取；
使用“填二维表”的方法求解该动态规划问题，得到发布内容的缓存有效率的数据Y，如公式(4)所述：
Figure FDA0003579586290000036
令Value1,1表示在第一个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过1的最大缓存有效率；
令Value1,C表示在第一个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过C的最大缓存有效率；
令Values,1表示在第s个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过1的最大缓存有效率；
令Values,C表示在第s个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过C的最大缓存有效率；
令ValueS,1表示在最后一个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过1的最大缓存有效率；
令ValueS,C表示在最后一个信源节点发布的内容条目中缓存总大小不超过C的最大缓存有效率；
步骤304，各个发布内容的缓存有效率的获取；
根据数据Y得到当w＝C时最大的缓存有效率，进而得到有效缓存内容集合
Figure FDA0003579586290000041
将所述
Figure FDA0003579586290000042
中的内容缓存在路边通信单元中，并更新相应内容缓存版本
Figure FDA0003579586290000043
的缓存状态，即
Figure FDA0003579586290000044
置为1；执行步骤四；
Figure FDA0003579586290000045
表示第一个信源节点P1发布的内容为有效缓存内容；
Figure FDA0003579586290000046
表示第二个信源节点P2发布的内容为有效缓存内容；
Figure FDA0003579586290000047
表示任意一个信源节点Ps发布的内容为有效缓存内容；
Figure FDA0003579586290000048
表示最后一个信源节点PS发布的内容为有效缓存内容；
步骤四，路边通信单元服务用户的请求；
移动用户发出的请求内容REQ到达路边通信单元RSU，所述路边通信单元RSU中维护着移动用户的请求队列
Figure FDA0003579586290000049
其中1≤n,1≤s≤S，下角标n表示请求队列中请求内容REQ的排序标记号，
Figure FDA00035795862900000410
表示当前请求队列中第n个请求内容REQ；
每个移动用户请求发布内容集
Figure FDA00035795862900000411
中的任意一个发布内容
Figure FDA00035795862900000412
路边通信单元RSU中使用先来先服务的方式服务于移动用户的请求内容REQ；
步骤41，路边通信单元RSU的服务过程为：
步骤41A，判断是否缓存有发布内容；
当路边通信单元RSU开始服务于移动用户的任意一请求
Figure FDA00035795862900000413
时，首先判断路边通信单元RSU中是否缓存有相应的发布内容
Figure FDA00035795862900000414
若已缓存，执行步骤41C；否则，执行步骤41B；
步骤41B，未缓存发布内容；
若路边通信单元RSU中未缓存所述发布内容
Figure FDA00035795862900000415
则从信源节点Ps处获取所述发布内容
Figure FDA00035795862900000416
然后传送给移动用户；执行步骤42；
步骤41C，有缓存的发布内容；
若路边通信单元RSU中已缓存有所述发布内容
Figure FDA00035795862900000417
进而判断当前缓存的内容
Figure FDA00035795862900000418
是否有效；
有效，即
Figure FDA0003579586290000051
指缓存内容没有过时，执行步骤41E；
无效，即
Figure FDA0003579586290000052
指信源节点Ps监测到环境变化并产生新的内容版本，路边通信单元RSU已经将该内容的缓存状态设置为过时无效；执行步骤41D；
步骤41D，当前缓存内容过时则重新获取发布内容；
所述路边通信单元RSU中的当前缓存内容版本已过时无效，即
Figure FDA0003579586290000053
则从信源节点Ps处获取新版本内容，即
Figure FDA0003579586290000054
并完成一次版本刷新，即
Figure FDA0003579586290000055
将
Figure FDA0003579586290000056
置为1；然后将所述内容
Figure FDA0003579586290000057
传送给移动用户；执行步骤42；
步骤41E，当前缓存内容有效，则执行服务；
所述路边通信单元RSU中的当前所述发布内容
Figure FDA0003579586290000058
缓存内容版本有效，即
Figure FDA0003579586290000059
其可以直接服务于移动用户；若在服务过程中，路边通信单元RSU收到所述发布内容
Figure FDA00035795862900000510
的过时通告
Figure FDA00035795862900000511
将
Figure FDA00035795862900000512
置为0，表明所述发布内容
Figure FDA00035795862900000513
过时无效；为保证移动用户收到所述发布内容
Figure FDA00035795862900000514
的有效性，路边通信单元RSU执行步骤41D进行版本刷新，重新服务于移动用户；否则，执行步骤42；
步骤42，刷新缓存条目状态；
步骤42A，依据路边通信单元RSU收到移动用户发送的所述发布内容
Figure FDA00035795862900000515
的收到指令ACK表明服务请求完成；
步骤42B，统计服务过程中路边通信单元RSU收到的所有发布内容集
Figure FDA00035795862900000516
的过时通告NP，并更新相应内容的缓存状态，即将当前有效内容的缓存状态设置为无效，无效内容的缓存状态不改变。
CN202110559747.0A 2020-05-21 2021-05-21 采用信源发布内容的请求率与动态性的移动边缘缓存放置方法 Active CN113301145B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2020104366313 2020-05-21
CN202010436631 2020-05-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113301145A CN113301145A (zh) 2021-08-24
CN113301145B true CN113301145B (zh) 2022-07-08

Family

ID=77323795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110559747.0A Active CN113301145B (zh) 2020-05-21 2021-05-21 采用信源发布内容的请求率与动态性的移动边缘缓存放置方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113301145B (zh)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8868834B2 (en) * 2012-10-01 2014-10-21 Edgecast Networks, Inc. Efficient cache validation and content retrieval in a content delivery network
CN107889160B (zh) * 2017-11-15 2020-03-17 北京邮电大学 一种考虑用户时延的小小区网络边缘部分缓存方法
CN108834080B (zh) * 2018-04-17 2021-03-19 东南大学 异构网络中基于多播技术的分布式缓存和用户关联方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Content Popularity Prediction Towards Location-Aware Mobile Edge Caching;Yang,Peng;《IEEE TRANSACTIONS ON MULTIMEDIA, VOL. 21, NO. 4》;20190430;第915-929页 *
Towards Fresh and Low-Latency Content Delivery in Vehicular Networks: An Edge Caching Aspect;ZHANG,Shan等;《2018 10th International Conference on Wireless Communications and Signal Processing (WCSP)》;20181020;第1-6页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113301145A (zh) 2021-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110213627B (zh) 一种基于多小区用户移动性的流媒体缓存分配方法
CN112601197A (zh) 一种基于非正交多址的车联网络中资源优化方法
CN105512053B (zh) 移动透明计算系统服务器端多用户访问的镜像缓存方法
CN103795781B (zh) 一种基于文件预测的分布式缓存方法
Dai et al. Edge intelligence for adaptive multimedia streaming in heterogeneous internet of vehicles
WO2018213052A1 (en) System and method for efficiently distributing computation in publisher-subscriber networks
CN114973673B (zh) 车路协同系统中结合noma和内容缓存的任务卸载方法
Zhou et al. Offloading strategy with PSO for mobile edge computing based on cache mechanism
CN111479238A (zh) 一种车联网信息处理时延优化方法
CN115361710A (zh) 一种边缘缓存中的内容放置方法
CN113301145B (zh) 采用信源发布内容的请求率与动态性的移动边缘缓存放置方法
Peng et al. Value‐aware cache replacement in edge networks for Internet of Things
CN112887943B (zh) 一种基于中心度的缓存资源分配方法及系统
WO2024078132A1 (zh) 一种信息新鲜度感知的高精地图分布式缓存方法
Wang et al. NDNVIC: named data networking for vehicle infrastructure cooperation
CN106326143A (zh) 一种缓存分配、数据访问、数据发送方法、处理器及系统
CN115002138B (zh) 一种基于终端无人机巡航视频数据的边缘缓存方法
CN113630742B (zh) 采用信源发布内容的请求率与动态性的移动边缘缓存替换方法
CN115643176A (zh) 社交车联网去中心化协作缓存方法
Chen et al. A Hybrid Deep Reinforcement Learning Approach for Jointly Optimizing Offloading and Resource Management in Vehicular Networks
CN114422960A (zh) 一种基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法
Lee et al. A study of mobile edge computing system architecture for connected car media services on highway
CN105791403B (zh) 基于模糊算法的车辆自组织网络资源管理方法
WO2019182655A1 (en) System and method for indoor position determination
Su et al. Edge caching to deliver mobile content in vehicular ad hoc networks

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant