一种内容流行度分布不一致的雾无线接入网非同步编码缓存方法技术

本发明专利技术公开了一种内容流行度分布不一致的雾无线接入网非同步编码缓存方法，包括：(1)设定一个不一致的内容流行度分布，利用一维搜索得到缓存分布向量；(2)每个雾接入点根据缓存分布向量，从云服务器的每个文件中随机选择相应数量的子文件缓存，同时进行记录；(3)每个雾接入点在接收到用户的文件请求时，向云服务器发出文件传输请求；(4)当雾接入点非同步请求的时间间隔大于最大请求时延约束时，云服务器采用非同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件；(5)当小于等于最大请求时延时，云服务器采用同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件。本发明专利技术可以减少前传负载，获得负载时延折衷。

An Asynchronous Coding Cache Method for Fog Wireless Access Network with Inconsistent Content Popularity Distribution

The invention discloses an asynchronous coding buffer method for fog wireless access network with inconsistent content popularity distribution, which includes: (1) setting an inconsistent content popularity distribution and obtaining the buffer distribution vector by one-dimensional search; (2) each fog access point is randomly selected from each file of the cloud server according to the buffer distribution vector. Select the appropriate number of sub-file caches and record at the same time; (3) When each fog access point receives a user's file request, it sends a file transfer request to the cloud server; (4) When the time interval of asynchronous requests at the fog access point is greater than the maximum request delay constraint, the cloud server adopts the asynchronous coding transmission method to fog. Access point transfers the requested file; (5) When the request delay is less than or equal to the maximum request delay, cloud server uses synchronous coding transmission method to transfer the requested file to fog access point. The invention can reduce the forward load and obtain the tradeoff of load delay.

【技术实现步骤摘要】
一种内容流行度分布不一致的雾无线接入网非同步编码缓存方法
本专利技术涉及编码缓存方法，尤其涉及一种内容流行度分布不一致的雾无线接入网非同步编码缓存方法。
技术介绍
为应对移动数据爆炸式增长带来的网络拥堵问题，边缘缓存技术能通过存储流行内容，来显著降低前传负载和时延，已成为研究的热点。通过对传输内容进行编码，编码缓存能进一步降低前传负载。雾无线接入网中F-AP(FogAccessPoint，雾接入点)分布在离用户近的网络边缘，能利用边缘计算和缓存资源与云服务器协作，带给用户更好的网络体验。然而目前对编码缓存方法的研究大多集中于信息论领域，缺少结合具体无线网络系统如雾无线接入网的编码缓存研究，而且假设用户请求是同步的理想条件，忽略了用户对内容的需求是非同步的这一事实。另外，实际上内容流行度分布是不一致的，因为某些内容会比其他内容更加流行。因此如何设计内容流行度分布不一致时的非同步编码缓存方法，来减少前传负载，是一个迫切需要解决的关键问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种内容流行度分布不一致的雾无线接入网非同步编码缓存方法，该方法可以减少前传负载。技术方案：本专利技术所述的内容流行度分布不一致的雾无线接入网非同步编码缓存方法包括：(1)设定一个不一致的内容流行度分布，利用一维搜索得到缓存分布向量；(2)每个雾接入点根据缓存分布向量，从存储于云服务器的每个文件中随机选择相应数量的子文件，下载到本地进行缓存，同时云服务器对每个雾接入点的缓存内容进行记录；(3)每个雾接入点在接收到用户的文件请求时，向云服务器发出文件传输请求；(4)当雾接入点非同步请求的时间间隔大于最大请求时延约束时，云服务器采用非同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件；(5)当雾接入点非同步请求的时间间隔小于等于最大请求时延时，云服务器采用同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件。进一步的，所述步骤(1)具体包括：(1-1)设定一个满足Zipf分布的内容流行度分布q＝(q1,q2,...,qn,...,qN)，其中，表示云服务器存储的第n个文件Wn被请求的概率，α≥0为Zipf参数，N为云服务器存储的文件数；(1-2)根据设定的内容流行度分布进行一维搜索，包括：A、设置x＝M，其中M为雾接入点的缓存容量大小，F表示每个文件的大小，即比特数，K表示雾接入点数；B、若则更新其中，C、更新x＝x+1，返回执行步骤B，直至x＝N时截止；(1-3)将分配给前个文件的缓存容量所占比例设置为剩下的个文件的缓存容量所占比例设置为0，得到缓存分布向量p＝(p1,p2,...,pn,...,pN)，其中：表示分配给文件Wn的缓存容量所占比例。进一步的，所述步骤(2)具体包括：(2-1)设定一个整数G，将每个文件Wn分割为G个大小为F/G的子文件{Wn,g:g＝1,2,...,G}，F表示每个文件的标准大小；(2-2)每个雾接入点独立且随机地选择每个文件Wn的pnMG个子文件，下载到本地进行缓存，其中，pn表示缓存分布向量中文件Wn对应的缓存容量所占比例，M为雾接入点的缓存容量大小；(2-3)云服务器对每个雾接入点的缓存内容进行记录。进一步的，所述步骤(4)具体包括：(4-1)当雾接入点非同步请求的时间间隔大于最大请求时延时，即Δb＜B，云服务器按照步骤(4-2)到(4-4)执行；其中时隙1为第一个雾接入点发出请求所在的时隙，时隙B为最后一个雾接入点发出请求所在的时隙，也表示非同步请求的时间间隔(0,T]中的总时隙数，每个时隙的时长为T/B，Δb为雾接入点从发出请求到获得请求文件所经历的总时隙数，即最大请求时延为Δb个时隙；(4-2)在时隙b＝1到时隙b＝Δb-1之间，云服务器不传输内容；其中，b为云服务器当前传输内容所在时隙；(4-3)在时隙b＝Δb到时隙b＝B-1之间，首先将在时隙b-Δb+1,b-Δb+2,..,b内雾接入点请求的但尚未传输的子文件构建为冲突图，然后对冲突图应用贪婪着色算法，云服务器再根据冲突图将时隙(b-Δb+1)内雾接入点请求的但尚未传输的所有子文件相关的内容进行编码后全部传输；(4-4)在时隙b＝B末，首先将在时隙b-Δb+1,b-Δb+2,..,b内雾接入点请求的但尚未传输的子文件构建为冲突图，然后对冲突图应用贪婪着色算法，云服务器再根据冲突图将所有雾接入点请求的尚未传输的内容编码后全部传输。进一步的，所述步骤(4-3)具体包括：(4-3-1)在时隙b＝Δb末，云服务器执行以下步骤：A、获取在时隙b-Δb+1,b-Δb+2,..,b内雾接入点请求的但尚未传输的子文件，记为标签{子文件ID，请求雾接入点集合，缓存雾接入点集合}；其中子文件ID为(n,g)，包括文件号n和子文件号g；请求雾接入点集合为中请求该子文件的雾接入点集合；缓雾接入点集合为中缓存该子文件的雾接入点集合；表示在时隙b-Δb+1,b-Δb+2,..,b内所有发出文件传输请求的雾接入点的集合；B、将相同标签的子文件看作同一个顶点，所有不同标签的子文件作为冲突图的顶点集合，对于顶点集合中的任意两个顶点，当同时满足下面两个条件时：1)顶点v1和顶点v2不是同一个子文件，即ρ(v1)≠ρ(v2)；2)请求一个顶点对应子文件的雾接入点不在另一个顶点的缓存雾接入点集合中，即或者则判定这两个顶点之间存在一条边，即相互冲突，则构建冲突图；其中，ρ(v)、μ(v)、η(v)分别表示顶点v的子文件ID，请求雾接入点集合，缓存雾接入点集合；C、对冲突图应用贪婪着色算法，得到若干顶点集合；D、对于每一个顶点集合，若中包含中的顶点，即则云服务器传输顶点集合对应的编码多播内容其中，表示雾接入点在时隙b-Δb+1内请求的但尚未传输的子文件对应顶点集合，Wρ(v)表示顶点v对应的子文件，表示对中所有顶点对应的子文件按照比特位进行异或编码得到的编码内容；(4-3-2)进入下个时隙，即b＝b+1时隙，按照时隙b＝Δb末执行的步骤执行，直至时隙到达b＝B，执行(4-4)。进一步的，所述步骤(5)具体包括：(5-1)当雾接入点非同步请求的时间间隔小于等于最大请求时延时，即Δb≥B，云服务器执行步骤(5-2)到(5-3)；其中时隙1为第一个雾接入点发出请求所在的时隙，时隙B为最后一个雾接入点发出请求所在的时隙，也表示非同步请求的时间间隔(0,T]中的总时隙数，每个时隙的时长为T/B，Δb为雾接入点从发出请求到获得请求文件所经历的总时隙数，即最大请求时延为Δb个时隙；(5-2)在时隙b＝1到时隙b＝B-1之间，每个时隙内的雾接入点会向云服务器发出专属请求，云服务器不传输内容；(5-3)在时隙b＝B末，首先将在时隙b-Δb+1,b-Δb+2,..,b内雾接入点请求的但尚未传输的子文件构建为冲突图，然后对冲突图应用贪婪着色算法，云服务器根据冲突图将所有雾接入点请求的尚未传输的内容编码后全部传输。进一步的，所述首先将在时隙b-Δb+1,b-Δb+2,..,b内雾接入点请求的但尚未传输的子文件构建为冲突图，然后对冲突图应用贪婪着色算法，云服务器将所有雾接入点请求的尚未传输的内容编码后全部传输，具体包括：A、获取在时隙b-Δb+1,b-Δb+2,..,b内雾接入点请求的但尚未传输的子文件，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内容流行度分布不一致的雾无线接入网非同步编码缓存方法，其特征在于该方法包括：(1)设定一个不一致的内容流行度分布，利用一维搜索得到缓存分布向量；(2)每个雾接入点根据缓存分布向量，从存储于云服务器的每个文件中随机选择相应数量的子文件，下载到本地进行缓存，同时云服务器对每个雾接入点的缓存内容进行记录；(3)每个雾接入点在接收到用户的文件请求时，向云服务器发出文件传输请求；(4)当雾接入点非同步请求的时间间隔大于最大请求时延约束时，云服务器采用非同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件；(5)当雾接入点非同步请求的时间间隔小于等于最大请求时延时，云服务器采用同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件。

【技术特征摘要】
1.一种内容流行度分布不一致的雾无线接入网非同步编码缓存方法，其特征在于该方法包括：(1)设定一个不一致的内容流行度分布，利用一维搜索得到缓存分布向量；(2)每个雾接入点根据缓存分布向量，从存储于云服务器的每个文件中随机选择相应数量的子文件，下载到本地进行缓存，同时云服务器对每个雾接入点的缓存内容进行记录；(3)每个雾接入点在接收到用户的文件请求时，向云服务器发出文件传输请求；(4)当雾接入点非同步请求的时间间隔大于最大请求时延约束时，云服务器采用非同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件；(5)当雾接入点非同步请求的时间间隔小于等于最大请求时延时，云服务器采用同步编码传输方法向雾接入点传输请求的文件。2.根据权利要求1所述的内容流行度分布不一致的雾无线接入网非同步编码缓存方法，其特征在于：所述步骤(1)具体包括：(1-1)设定一个满足Zipf分布的内容流行度分布q＝(q1,q2,...,qn,...,qN)，其中，表示云服务器存储的第n个文件Wn被请求的概率，α≥0为Zipf参数，N为云服务器存储的文件数；(1-2)根据设定的内容流行度分布进行一维搜索，包括：A、设置x＝M，其中M为雾接入点的缓存容量大小，F表示每个文件的大小，即比特数，K表示雾接入点数；B、若则更新其中，C、更新x＝x+1，返回执行步骤B，直至x＝N时截止；(1-3)将分配给前个文件的缓存容量所占比例设置为剩下的个文件的缓存容量所占比例设置为0，得到缓存分布向量p＝(p1,p2,...,pn,...,pN)，其中：表示分配给文件Wn的缓存容量所占比例。3.根据权利要求1所述的内容流行度分布不一致的雾无线接入网非同步编码缓存方法，其特征在于：所述步骤(2)具体包括：(2-1)设定一个整数G，将每个文件Wn分割为G个大小为F/G的子文件{Wn,g:g＝1,2,...,G}，F表示每个文件的标准大小；(2-2)每个雾接入点独立且随机地选择每个文件Wn的pnMG个子文件，下载到本地进行缓存，其中，pn表示缓存分布向量中文件Wn对应的缓存容量所占比例，M为雾接入点的缓存容量大小；(2-3)云服务器对每个雾接入点的缓存内容进行记录。4.根据权利要求1所述的内容流行度分布不一致的雾无线接入网非同步编码缓存方法，其特征在于：所述步骤(4)具体包括：(4-1)当雾接入点非同步请求的时间间隔大于最大请求时延时，即Δb＜B，云服务器按照步骤(4-2)到(4-4)执行；其中时隙1为第一个雾接入点发出请求所在的时隙，时隙B为最后一个雾接入点发出请求所在的时隙，也表示非同步请求的时间间隔(0,T]中的总时隙数，每个时隙的时长为T/B，Δb为雾接入点从发出请求到获得请求文件所经历的总时隙数，即最大请求时延为Δb个时隙；(4-2)在时隙b＝1到时隙b＝Δb-1之间，云服务器不传输内容；其中，b为云服务器当前传输内容所在时隙；(4-3)在时隙b＝Δb到时隙b＝B-1之间，首先将在时隙b-Δb+1,b-Δb+2,..,b内雾接入点请求的但尚未传输的子文件构建为冲突图，然后对冲突图应用贪婪着色算法，云服务器再根据冲突图将时隙(b-Δb+1)内雾接入点请求的但尚未传输的所有子文件相关的内容进行编码后全部传输；(4-4)在时隙b＝B末，首先将在时隙b-Δb+1,b-Δb+2,..,b内雾接入点请求的但尚未传输的子文件构建为冲突图，然后对冲突图应用贪婪着色算法，云服务器再根据冲突图将所有雾接入点请求的尚未传输的内容编码后全部传输。5.根据权利要求4所述的内容流行度分布不一致的雾无线接入网非同步编码缓存方法，其特征在于：所述步骤(4-3)具体包括：(4-3-1)在时隙b＝Δb末，云服务器执行以下步骤：A、获取在时隙b-Δb+1,b-Δb+2,..,b内雾接入点请求的但尚未传输的子文件，记为标签{子文件ID，请求雾接入点集合，缓存雾接入点集合}；其中子文件ID为(n,g)，包括文件号n和子文件号g；请求雾接入点集合为中请求该子文件的雾接入点集合；缓雾接入点集合为中缓存该子文件的雾接入点集合；表示在时隙b-Δb+1,b-Δb+2,..,b内所有发出文件传输请求的雾接入点的集合；B、将相同标签的子文件看作同一个顶点，所有不同标签的子文件作为冲突图...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋雁翔，黄文龙，郑福春，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32