一种基于节点位移和LFU记录的缓存更新方法及网络技术

一种基于节点位移和LFU记录的缓存更新方法及网络。一种适用于移动网络的流行内容缓存更新方法、通讯装置及网络，根据网络中节点的位移情况，结合LFU缓存更新方法，对节点中缓存的流行内容进行部分更新。本申请所提供的缓存更新方法能够减少更新缓存所消耗的数据流量。针对移动网络中，不同区域内流行内容差异明显的特点，在进行缓存更新时将节点位移情况纳入考量。尤其，考虑到节点自身资源有限，本方法仅仅利用节点能够轻松获取的位置信息、接收到的内容请求、时间等信息，结合LFU记录，建立内容价值模型，实时更新缓存，能够在不产生额外的计算负荷的情况下，提高节点缓存中存储数据的有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于节点位移和LFU记录的缓存更新方法及网络
本专利技术涉及内容缓存与分发技术，尤其，涉及一种适用于移动网络的缓存内容更新方法及网络。
技术介绍
随着移动数据业务的迅速增长，出现了基于D2D(DevicetoDevice，设备到设备)通信的内容缓存与分发技术。该技术的特点是，在集合内的各个节点中，缓存在该集合内普遍关注的流行内容，当该集合内的某个节点需要某一内容的时候，与其周围已缓存该内容的节点建立D2D链路，通过复用合法蜂窝用户的信道获取该内容。如此一来，与传统的内容下载方法相比具有如下优点：第一，不经过基站的转发，减少了信息的传输时延；第二，直传链路有更好的信道状况和更高的下载速率；第三，由于复用了合法蜂窝用户的信道，有更高的频谱利用率。基于D2D通信的内容缓存与分发技术也有其应用上的局限性。首先，节点的缓存空间有限，因此，缓存内容的选择极其重要。如果所缓存的内容周围节点并不关注，那么该内容的缓存反而会造成网络资源的浪费。其次，缓存内容被关注的程度是随时间和节点位置不断变化的，也就是说，新的内容会不断的出现，旧的内容会逐渐变得不再受到关注；另一方面，在同一时刻，不同位置的用户群体所关注的内容也会有所差别；而且，移动节点具有个人偏好，使得其具有一定社会属性，缓存节点的移动会导致周围节点的网络拓扑发生变化。因此，缓存内容的及时准确更新，成为本领域的研究重点。现有的研究主要集中在缓存内容的布设与选择上。而相较而言，关于缓存内容筛选方法的研究还很有限。其中，利用LFU(LeastFrequencyUsed)记录对缓存内容进行更新方法较为流行。LFU记录主要包括接收到的请求的内容ID(identification)以及接收到各接收到的请求的内容ID(identification)的次数。LFU中，这些数据的受关注程度可直接反应为内容最近一次的接收时间。1970年，在《IBMSystemsJournal》上发表的论文Evaluationtechniquesforstoragehierarchies中，提出了一种MIN算法。论文中证明了该算法被证明是最优的离线缓存更新算法。但是，由于在当今的移动网络中引入了D2D通信技术，这种情况下移动节点具有了个人偏好和社会属性，节点的移动性对缓存更新算法的最优性产生了很大的影响。由于网络中的移动节点时刻产生的移动行为，整个网络的拓扑也在时刻发生着变化，用户之前所收集到的关于流行内容的信息在移动之后的新的网络环境下参考价值有可能大为降低。(本专利技术中所考虑的用户移动性主要指用户位置的变化。)因此，在设计内容缓存更新方法时，将用户的移动性纳入考量显得尤为必要。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于节点位移和LFU记录的缓存更新方法、应用所述缓存更新方法的通信装置及移动网络。所述缓存更新方法，包括以下步骤：第一步，初始化：确定缓存更新频率为K，确定缓存更新位移阈值X，确定本节点缓存空间容量为S，并根据所述缓存空间容量S确定本节点LFU记录数目为M，确定缓存的价值阈值γ(用来判断缓存中的对应内容是否应该更新)，γ∈(0,1)；第二步，接收内容下载请求，记录本节点当前位置坐标，计算并保存本节点当前位置与上一个位置之间的位移数据，合并本节点接收到的内容重复的所述下载请求，根据合并后的内容下载请求更新所述LFU记录，同时，比较本节点当前位移距离是否超出缓存更新位移阈值X，若超过则跳转至第四步，否则跳转至第三步；第三步，在位移次数未到达所述缓存更新频率K时重复第二步，位移次数达到缓存更新频率K时则先将位移次数清零然后跳转至第四步；第四步，计算本节点接收的所述内容下载请求中，每一个内容cm的价值Pm，Pm∈(0,1)，然后跳转至第五步；所述内容价值Pm＝α1α2α3v_lfum；其中，m表示所述内容下载请求中所述内容cm的ID编号，m≤M；位移波动因子其中，(x0,y0)表示该节点在本周期的初始位置，j表示本节点第j次移动，(xj,yj)表示本节点第j次移动后所处位置的坐标，xj表示本节点第j次移动后所处位置的横坐标，yj表示本节点第j次移动后所处位置的纵坐标，K表示缓存更新频率，即本节点每移动K次后需要进行缓存更新必要性的判断(即计算每个内容的价值)；位移趋势因子其中，(xK,yK)表示本节点最后一次移动后所处位置的坐标，xK表示本节点最后一次移动后所处位置的横坐标，yK表示本节点最后一次移动后所处位置的纵坐标；位移幅度因子为LFU记录中所述内容cm的LFU价值；其中，fm为LFU记录中收到所述内容cm的下载请求的次数；第五步，更新缓存内容：依次判断所述每一个内容cm的价值Pm，若所述内容cm的价值Pm大于所述价值阈值γ，则不进行缓存更新；否则，进行缓存更新。其中，所述价值阈值γ由用户设定，γ∈[0,1]。其中，所述节点中，每一个内容cm，均对应一个ID编号m(m≤M)，一条LFU记录，以及一个价值Pm。进一步，所述缓存更新方法，第二步中，更新所述LFU记录的步骤如下：步骤211，每接收到一个所述内容下载请求后，先检索当前LFU记录，若当前LFU记录中已记载有所述内容下载请求所对应的内容cm，则将所述LFU记录中所述内容cm所对应的下载请求的次数fm加一；否则，跳转至步骤212；步骤212，删除所述LFU记录中请求次数最少的内容，然后将所述内容cm记入所述LFU记录，所述内容cm所对应的请求次数fm记为1。进一步，所述缓存更新方法，第五步中，进行缓存更新的步骤如下：步骤501，判断本节点缓存空间容量是否足够存放所述内容cm，若容量足够则跳转至步骤502；否则跳转至步骤503；步骤502，在本节点缓存空间内缓存所述内容cm，更新缓存列表；步骤503，按照请求次数由多至少的顺序依次删除本节点缓存空间内的内容，直至剩余的缓存空间足够存放所述内容cm，然后在本节点缓存空间内缓存所述内容cm，更新缓存列表。其中，所述缓存更新方法，所述缓存列表包括每一个所述内容cm的ID编号、每一个所述内容cm的缓存地址以及每一个所述内容cm的缓存时间中的一个或多个。其次，为实现上述目的，还提出一种基于节点位移和LFU记录的缓存更新方法的通信装置，包括移动网络接口、LFU记录存储模块、缓存单元以及控制模块，其特征在于，所述控制模块还包括缓存更新判断模块；所述移动网络接口构成所述通信装置的输入端与输出端，所述移动网络接口的数据端同时连接所述控制模块、所述LFU记录存储模块的输入端以及所述缓存单元的输入端，所述控制模块还同时连接所述LFU记录存储模块以及所述缓存单元，所述缓存单元的输出端连接所述移动网络接口的数据端；所述移动网络接口用于将信号接收端接收到的信号转化为所述通信装置能够处理的数据内容cm，同时将所述缓存单元输出的所述数据内容cm转化为移动网络信号并发送；所述LFU记录存储模块用于记录所述缓存单元内每一个数据内容cm的请求次数fm；所述缓存单元用于根据所述控制模块的控制指令，缓存所述移动网络接口接收到的所述数据内容cm；并根据所述控制模块的控制指令，向所述移动网络接口输出其缓存的相应数据内容；所述控制模块用于响应所述移动网络中的数据内容请求，控制所述缓存单元输出相应的数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于节点位移和LFU记录的缓存更新方法，其特征在于，步骤包括：第一步，初始化：确定缓存更新频率K，确定缓存更新位移阈值X，确定本节点缓存空间容量为S，并根据所述缓存空间容量S确定本节点LFU记录数目为M，确定价值阈值γ；第二步，接收内容下载请求，记录本节点当前位置坐标，计算并保存本节点当前位置与上一个位置之间的位移数据，合并本节点接收到的内容重复的所述下载请求，根据合并后的内容下载请求更新所述LFU记录，同时，比较本节点当前位移距离是否超出缓存更新位移阈值X，若超过则跳转至第四步，否则跳转至第三步；第三步，在位移次数未到达所述缓存更新频率K时重复第二步，位移次数达到缓存更新频率K时，先将位移次数清零然后跳转至第四步；第四步，计算本节点接收的所述内容下载请求中，每一个内容c

【技术特征摘要】
1.一种基于节点位移和LFU记录的缓存更新方法，其特征在于，步骤包括：第一步，初始化：确定缓存更新频率K，确定缓存更新位移阈值X，确定本节点缓存空间容量为S，并根据所述缓存空间容量S确定本节点LFU记录数目为M，确定价值阈值γ；第二步，接收内容下载请求，记录本节点当前位置坐标，计算并保存本节点当前位置与上一个位置之间的位移数据，合并本节点接收到的内容重复的所述下载请求，根据合并后的内容下载请求更新所述LFU记录，同时，比较本节点当前位移距离是否超出缓存更新位移阈值X，若超过则跳转至第四步，否则跳转至第三步；第三步，在位移次数未到达所述缓存更新频率K时重复第二步，位移次数达到缓存更新频率K时，先将位移次数清零然后跳转至第四步；第四步，计算本节点接收的所述内容下载请求中，每一个内容cm的价值Pm，Pm∈(0,1)，然后跳转至第五步；所述价值Pm＝α1α2α3v_lfum；其中，m表示所述内容下载请求中所述内容cm的ID编号，m≤M；位移波动因子其中,(x0,y0)表示该节点在本周期的初始位置，j表示本节点第j次移动，(xj,yj)表示本节点第j次移动后所处位置的坐标，xj表示本节点第j次移动后所处位置的横坐标，yj表示本节点第j次移动后所处位置的纵坐标；位移趋势因子其中，(xK,yK)表示本节点最后一次移动后所处位置的坐标，xK表示本节点最后一次移动后所处位置的横坐标，yK表示本节点最后一次移动后所处位置的纵坐标；位移幅度因子为LFU记录中所述内容cm的LFU价值；其中，fm为LFU记录中收到所述内容cm的下载请求的次数；第五步，更新缓存内容：依次判断所述每一个内容cm的价值Pm，若所述内容cm的价值Pm大于所述价值阈值γ，则不进行缓存更新；否则，进行缓存更新，其中，所述价值阈值γ由用户设定，γ∈[0,1]。2.如权利要求1所述的基于节点位移和LFU记录的缓存更新方法，其特征在于，所述第二步中，更新所述LFU记录的步骤如下：步骤211，每接收到一个所述内容下载请求后，先检索当前LFU记录，若当前LFU记录中已记载有所述内容下载请求所对应的内容cm，则将所述LFU记录中所述内容cm所对应的下载请求的次数fm加一；否则，跳转至步骤212；步骤212，删除所述LFU记录中请求次数最少的内容，然后将所述内容cm记入所述LFU记录，所述内容cm所对应的请求次数fm记为1。3.如权利要求1和2任一所述的基于节点位移和LFU记录的缓存更新方法，其特征在于，所述第五步中，进行缓存更新的步骤如下：步骤501，判断本节点缓存空间容量是否足够存放所述内容cm，若容量足够则跳转至步骤502；否则跳转至步骤503；步骤502，在本节点缓存空间内缓存所述内容cm，更新缓存列表；步骤503，按照请求次数由少到多的顺序依次删除本节点缓存空间内的内容，直至剩余的缓存空间足够存放所述内容cm，然后在本节点缓存空间内缓存所述内容cm，更新缓存列表。4.如权利要求3所述的基于节点位移和LFU记录的缓存更新方法，其特征在于，所述缓存列表包括每一个所述内容cm的ID编号、每一个所述内容cm的缓存地址以及每一个所述内容cm的缓存时间中的一个或多个。5.一种应用如权利要求1所述基于节点位移和LFU记录的缓存更新方法的通信装置，包括：移动网络接口、LFU记录存储模块、缓存单元及控制模块，其特征在于，所述控制模块包括缓存更新判断模块；所述移动网络接口构成所述通信装置的输入与输出端，所述移动网络接口的数据端同时连接所述控制模块、所述LFU记录存储模块的输入端以及所述缓存单元的输入端，所述控制模块还同时连接所述LFU记录存储模块以及所述缓存单元，所述缓存单元的输出端连接所述移动网络接口的数据端；所述移动网络接口用于将信号接收端接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，
申请(专利权)人：宿州学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34