CN114422960A - 一种基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法 - Google Patents

一种基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法，包括，当目标车辆请求服务时，根据通信基础设施与目标车辆之间的信道传输速率，将多播数据传递给目标车辆；将目标车辆设置为目标节点，为目标节点选择源节点，并确定源节点到目标节点的路由；根据路由选择对应的缓存策略，最大化请求的成功率；本发明将车联网与边缘计算相结合，充分利用有限的资源为车辆分发和缓存数据，提供及时服务，更好地分散和平衡无线通信网络的数据流量。

Description

一种基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法
技术领域
本发明涉及数据分发和缓存的技术领域，尤其涉及一种基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法。
背景技术
传统的车联网中，用户请求的服务需要从云端获取，对于海量用户和大数据而言，都将带来极大的延迟以及带宽成本，极大影响了用户体验。随着车辆数目和业务类型的增加，车联网中的数据流量呈爆炸式增长，所有的数据流量都被传输到云服务器进行处理，会造成回程网络承载量过大，造成延迟激增、拥塞严重等问题，不利于整体网络性能。因此，用云计算扩充车辆可用资源的方法无法完全满足车联网应用的低延迟和高带宽需求。相比于云计算资源来说，边缘计算可以为用户提供更及时可靠的服务，但边缘的资源是有限的，考虑到道路上的车辆密度增加、数据时效性以及边缘资源有限等关键因素，边缘不能有效地满足车辆用户的服务请求。因此，亟需充分利用有限的资源为车辆分发和缓存数据，提供及时服务。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，当目标车辆请求服务时，根据通信基础设施与目标车辆之间的信道传输速率，将多播数据传递给目标车辆；将目标车辆设置为目标节点，为目标节点选择源节点，并确定源节点到目标节点的路由；根据路由选择对应的缓存策略，最大化请求的成功率。
作为本发明所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法的一种优选方案，其中：包括，若信道传输速率小于3000b/s，则通过车辆的中继将多播数据传递给目标车辆，否则，则直接将目标车辆设置为目标节点。
作为本发明所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法的一种优选方案，其中：包括，通过路由器中的最短路径树将多播数据传递给目标车辆。
作为本发明所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法的一种优选方案，其中：最短路径树包括，当一个路由器收到多播数据时，生成了n个拓扑；根据n个拓扑，并通过Dijkstra算法获得m个最短路径树，其中，n＝m。
作为本发明所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法的一种优选方案，其中：选择源节点包括，通过数组建立映射表，根据映射表为目标节点选择源节点。
作为本发明所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法的一种优选方案，其中：源节点到目标节点的路由包括，通过源节点基准树路由表中的信息从零开始创建一个路由表，当源节点收到一个多播分组时，转发此多播分组，获得对应路由。
作为本发明所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法的一种优选方案，其中：缓存策略包括LRU策略、LFU策略和FBR策略。
作为本发明所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法的一种优选方案，其中：包括，对于源节点到目标节点的路径最短的路由，选取LRU策略；对于源节点到目标节点的路径最长的路由，选取FBR策略；其余路由选取LFU策略。
本发明的有益效果：本发明将车联网与边缘计算相结合，充分利用有限的资源为车辆分发和缓存数据，提供及时服务，更好地分散和平衡无线通信网络的数据流量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一个实施例所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法，包括：
S1：当目标车辆请求服务时，根据通信基础设施与目标车辆之间的信道传输速率，将多播数据传递给目标车辆。
服务包括消息A和消息B，具体的，消息A包括含有车辆用户的服务质量要求、当前位置、速度、信道状态等信息的消息；消息B包括声明车辆为簇头节点的消息。
若信道传输速率小于3000b/s，则通过路由器中的最短路径树将多播数据传递给目标车辆，否则，则直接将目标车辆设置为目标节点。
最短路径树的生成过程如下：
(1)当一个路由器收到多播数据时，生成了n个拓扑；
(2)根据n个拓扑，并通过Dijkstra算法获得m个最短路径树，其中，n＝m。
Dijkstra算法算是贪心思想实现的，首先把起点到所有点的距离存下来找个最短的，然后松弛一次再找出最短的，松弛操作就是，遍历一遍看通过刚刚找到的距离最短的点作为中转站会不会更近，如果更近了就更新距离，这样把所有的点找遍之后就存下了起点到其他所有点的最短距离。
S2：将目标车辆设置为目标节点，为目标节点选择源节点，并确定源节点到目标节点的路由。
通过数组建立映射表，根据映射表为目标节点选择源节点。
通过源节点基准树路由表中的信息从零开始创建一个路由表，当源节点收到一个多播分组时，转发此多播分组，获得对应路由。
S3：根据路由选择对应的缓存策略，最大化请求的成功率。
缓存策略包括LRU策略、LFU策略和FBR策略；LRU策略维护一个缓存项队列，队列中的缓存项按每项的最后被访问时间排序，当缓存空间已满时,将处于队尾，即删除最后一次被访问时间距现在最久的项，将新的区段放入队列首部。LFU策略按每个缓存块的被访问频率将缓存中的各块排序，当缓存空间已满时，替换掉缓存队列中访问频率最低的一项。FBR策略维护一个LRU队列，并将该队列分为New、Middle、Old三段，对队列中的每一缓存项均维护一个计数值，当缓存中的一项被命中时，被命中的缓存项被移至New段的MRU端，如果该项原本位于Old或Middle段，则其计数值加1，原位于New段则计数值不变；当进行替换操作时，删除Old段计数值最小的一项(LRU端)。
对于源节点到目标节点的路径最短的路由，选取LRU策略；
对于源节点到目标节点的路径最长的路由，选取FBR策略；
其余路由选取LFU策略。
实施例2
为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择传统的技术方案和采用本方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。
传统的技术方案优先考虑了车辆到基础设施传输的选择，然后探索车辆到基础设施与所选传输没有冲突的车辆到车辆广播，无法充分利用车辆到车辆减轻边缘上的流量负载，且忽略了数据分发和缓存决策会相互影响。
为验证本方法相对传统的技术方案具有较小的流量开销和更好的缓存性能，本实施例中将采用传统的技术方案和本方法分别对数据进行分发、缓存对比，结果如下表所示。
表1：数据分发和缓存结果。
流量开销 缓存利用率
传统的技术方案 10.4MB/s 79.5％
本方法 7.2MB/s 100％
由实验结果可得，本方法相较于传统的技术方案，明显降低了流量开销，提高缓存利用率。
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
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，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而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 (8)

1.一种基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法，其特征在于：包括，
当目标车辆请求服务时，根据通信基础设施与目标车辆之间的信道传输速率，将多播数据传递给目标车辆；
将目标车辆设置为目标节点，为目标节点选择源节点，并确定源节点到目标节点的路由；
根据路由选择对应的缓存策略，最大化请求的成功率。
2.如权利要求1所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法，其特征在于：包括，
若信道传输速率小于3000b/s，则将多播数据传递给目标车辆，否则，则直接将目标车辆设置为目标节点。
3.如权利要求2所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法，其特征在于：包括，
通过路由器中的最短路径树将多播数据传递给目标车辆。
4.如权利要求3所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法，其特征在于：最短路径树包括，
当一个路由器收到多播数据时，生成了n个拓扑；
根据n个拓扑，并通过Dijkstra算法获得m个最短路径树，其中，n＝m。
5.如权利要求3或4所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法，其特征在于：选择源节点包括，
通过数组建立映射表，根据映射表为目标节点选择源节点。
6.如权利要求5所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法，其特征在于：源节点到目标节点的路由包括，
通过源节点基准树路由表中的信息从零开始创建一个路由表，当源节点收到一个多播分组时，转发此多播分组，获得对应路由。
7.如权利要求6所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法，其特征在于：缓存策略包括LRU策略、LFU策略和FBR策略。
8.如权利要求7所述的基于边缘计算技术的数据分发和缓存方法，其特征在于：包括，
对于源节点到目标节点的路径最短的路由，选取LRU策略；
对于源节点到目标节点的路径最长的路由，选取FBR策略；
其余路由选取LFU策略。
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