基于车载网络边缘的缓存内容放置方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于车载网络边缘的缓存内容放置方法及系统。将预定基站通信范围内的车辆定义为请求车辆和服务车辆并划分优先级；针对通信范围内的车辆得出基站所需服务的数据包数量；根据缓存内容的流行度、请求车辆的数量、通信区域内服务车辆的数目、服务车辆中的缓存内容放置状况，得出基站的平均能耗；构建优化问题模型以降低基站的总功耗。本方法综合考虑车辆缓存更新的时间、车辆的数目、车辆移动性、车辆之间的通信时间不固定以及服务车辆无法传递自身存储的所有数据包，在提出车辆选择策略的基础上，制定缓存内容放置方法，并提出优化问题，将问题转化为拟阵约束下子模函数的最大化问题，最终利用贪婪算法解决，达到节能的目的。到节能的目的。到节能的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于车载网络边缘的缓存内容放置方法及系统


[0001]本专利技术涉及领域为：H04W无线通信网络入，尤其涉及车联网通信
，具体涉及一种基于车载网络边缘的缓存内容放置方法及系统。

技术介绍

[0002]目前关于缓存内容分发策略的研究大多是基于给定的缓存部署策略，如最流行内容缓存部署策略、随机缓存部署策略、基于内容流行度的随机缓存部署策略等基础的缓存部署策略或是按照某一性能指标优化后的缓存部署策略。
[0003]当缓存部署策略给定后，再根据边缘网络中基站侧或用户侧的缓存状态、无线网络环境状态等设计合理的缓存内容分发策略，如用户接入控制策略、资源调度策略等。
[0004]事实上，现有的一些技术未考虑到连接到边缘服务器的车辆是不断移动的，从而使得内容受欢迎程度变化并且难以预测。除此之外，由于每个连接的车辆都在边缘服务器区域停留很短的时间，导致缓存的内容也很容易过时。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：提出一种基于车载网络边缘的缓存内容放置方法，并进一步提出一种实现上述方法的系统，以解决现有技术存在的上述问题。
[0006]第一方面，本专利技术提出了一种基于车载网络边缘的缓存内容放置方法，该方法步骤包括：步骤1、以一固定基站为中心，将所述基站的通信范围内的车辆定义为请求车辆和服务车辆；对于任意所述请求车辆，除该请求车辆自身外，其余车辆划分为进入通信范围的车辆、及离开通信范围的车辆；步骤2、对通信范围内的所有车辆划分优先级；步骤3、针对通信范围内的车辆，得出基站所需服务的数据包数量；步骤4、根据缓存内容的流行度、请求车辆的数量、通信区域内服务车辆的数目、以及服务车辆中的缓存内容放置状况，得出基站的平均能耗；步骤5、构建优化问题模型，以降低基站的总功耗。
[0007]在第一方面的一些可实现方式中，步骤2对车辆划分优先级的过程进一步包括：根据LRU策略，计算车辆中缓存内容最近一次的更新时间与当前时刻的差值，来对所有车辆划分优先级；差值越大的车辆具有越高的优先级；优先级越高的车辆，更新通信信息越早。
[0008]在第一方面的一些可实现方式中，对车辆划分优先级的过程进一步包括：步骤2
‑
1、以每个所述请求车辆为圆心、半径为R的圆形区域为所述请求车辆的V2V通信区域，根据Zipf指数，请求内容i的概率如下：
式中，j表示请求车辆；步骤2
‑
2、把数据中心的第i个内容通过最大距离分离编码成个片段，每个数据包的大小定义为s，车辆的缓存容量定义为M；在所述请求车辆和所述服务车辆处高速缓存的内容被表示为和，其中，和分别代表请求车辆j缓存内容i的数据包数量和请求车辆j通信范围内的第k个相邻车辆缓存内容i的数据包数量；步骤2
‑
3、V2V通信的平均速率给出为：其中，是V2V通信的宽带大小，SINR由下式定义：其中，代表车辆的传输功率，是加性高斯白噪声的功率，是对数正态阴影分量，均值为0dB，标准差为；是路径损耗因子，在[2，4]上选择，是瑞利分布损耗幅度，满足，遵循零均值复数高斯分布，是车辆之间的距离；步骤2
‑
4、服务车辆进入的过程遵循平均速率为的泊松分布,离开的过程遵循平均速率为的泊松分布,每个服务车辆都以概率去进行数据包的传输,得能够进行V2V通信的车辆数量的概率质量函数为：式中，表示服务车辆进入请求车辆V2V通信区域过程遵循的平均速率，表示离开过程遵循的平均速率，表示服务车辆数量。
[0009]在第一方面的一些可实现方式中，步骤3进一步包括：定义有n个服务车辆正在向j个请求车辆传输关于请求内容i的数据包，则基站所需服务的数据包数量为；
式中，j表示请求车辆，表示片段数，表示请求车辆j请求内容i的数据包数量，表示通信的平均速率，表示数据包大小，表示V2V通信区域的移出用户的离开率，n表示服务车辆数量，。
[0010]在第一方面的一些可实现方式中，步骤4中所述基站的平均能耗通过下式定义：式中，e表示基站传输的能量系数，m表示当前总请求车辆数量，n表示服务车辆数量，F表示请求车辆的缓存内容，表示请求内容i的概率，表示能够进行V2V通信的车辆数量的概率质量函数，表示基站所需服务的数据包数量，s表示数据包大小；在第一方面的一些可实现方式中，构建优化问题模型的过程进一步包括：步骤5
‑
1、定义一个内容放置集合，以找到请求车辆的最佳缓存内容放置，以最大程度地减少基站的平均能耗；其中，F表示请求车辆的缓存内容，j表示请求车辆，表示任意一个请求车辆j，表示请求车辆j缓存内容F的数据包数量；步骤5
‑
2、构建优化问题模型P：式中，表示基站的平均能耗，表示请求车辆j请求内容i的数据包数量，表示任意一个请求内容i，j表示请求车辆，i表示请求内容，F表示请求车辆的缓存内容，m表示当前总请求车辆数量，表示第i个内容通过最大距离可分离编码成个片段，表示当前总请求内容，s.t.表示subject to ,后接限制条件；步骤5
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3、根据步骤5
‑
2中构建得到的优化问题模型，使用贪婪算法获得接近最佳的性能。
[0011]在第一方面的一些可实现方式中，使用贪婪算法获得接近最佳的性能的过程进一步包括：一个基站覆盖范围内，选择出进行缓存更新的车辆数量为m，车辆的缓存空间大小为M，因此需要经过次迭代；在每次迭代过程中，寻找使得边际增益最大化的数据包并将其添加到相应集合
中，从而获得接近最优的内容放置。
[0012]第二方面，提出一种缓存内容放置系统，该系统包括车辆划分模块、优先级划分模块、数据包预估模块、能耗预估模块、以及能耗优化模块五部分。
[0013]车辆划分模块用于对以预定基站为中心，其通信范围的车辆进行定义划分；优先级划分模块用于对通信范围内的车辆的优先级进行划分；数据包预估模块用于针对通信范围内的车辆预估得出基站所需服务的数据包数量；能耗预估模块用于根据缓存内容的流行度、请求车辆的数量、通信区域内服务车辆的数目、以及服务车辆中的缓存内容放置状况，预估出基站的平均能耗；能耗优化模块用于降低基站的总功耗。
[0014]第三方面，提出一种缓存内容放置设备，该设备包括至少一个处理器和存储器；存储器存储计算机执行指令；至少一个处理器执行存储器存储的计算机执行指令，使得至少一个处理器执行如第一方面及第一方面的一些实施例中提及的缓存内容放置方法。
[0015]第四方面，提出一种可读存储介质，该可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如第一方面及第一方面的一些实施例中提及的缓存内容放置方法。
[0016]有益效果：本专利技术提供的基于车载网络边缘的缓存内容放置方法综合考虑了车辆缓存更新的时间、车辆的数目、车辆移动性、车辆之间的通信时间不固定以及服务车辆无法传递自身存储的所有数据包，在提出车辆选择策略的基础上，制定一个最佳的缓存内容放置方法，接着提出优化问题，并将问题转化为拟阵约束下子模函数的最大化问题，最终利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于车载网络边缘的缓存内容放置方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、以一固定基站为中心，将所述基站的通信范围内的车辆定义为请求车辆和服务车辆；对于任意所述请求车辆，除该请求车辆自身外，其余车辆划分为进入通信范围的车辆、及离开通信范围的车辆；步骤2、对通信范围内的所有车辆划分优先级；步骤3、针对通信范围内的车辆，得出基站所需服务的数据包数量；步骤4、根据缓存内容的流行度、请求车辆的数量、通信区域内服务车辆的数目、以及服务车辆中的缓存内容放置状况，得出基站的平均能耗；步骤5、构建优化问题模型，以降低基站的总功耗。2.根据权利要求1所述的缓存内容放置方法，其特征在于，步骤2对车辆划分优先级的过程进一步包括：根据LRU策略，计算车辆中缓存内容最近一次的更新时间与当前时刻的差值，来对所有车辆划分优先级；差值越大的车辆具有越高的优先级；优先级越高的车辆，更新通信信息越早。3.根据权利要求2所述的缓存内容放置方法，其特征在于，步骤2对车辆划分优先级的过程进一步包括：步骤2
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1、以每个所述请求车辆为圆心、半径为R的圆形区域为所述请求车辆的V2V通信区域，根据Zipf指数，请求内容i的概率如下：式中，j表示请求车辆；步骤2
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2、把数据中心的第i个内容通过最大距离分离编码成个片段，每个数据包的大小定义为s，车辆的缓存容量定义为M；在所述请求车辆和所述服务车辆处高速缓存的内容被表示为和，其中，和分别代表请求车辆j缓存内容i的数据包数量和请求车辆j通信范围内的第k个相邻车辆缓存内容i的数据包数量；步骤2
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3、V2V通信的平均速率给出为：其中，是V2V通信的宽带大小，SINR由下式定义：其中，代表车辆的传输功率，是加性高斯白噪声的功率，是对数正态阴影分量，均
值为0dB，标准差为；是路径损耗因子，在[2，4]上选择，是瑞利分布损耗幅度，满足，遵循零均值复数高斯分布，是车辆之间的距离；步骤2
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4、所述服务车辆进入的过程遵循平均速率为的泊松分布,离开的过程遵循平均速率为的泊松分布,每个服务车辆都以概率去进行数据包的传输,得能够进行V2V通信的车辆数量的概率质量函数为：式中，表示服务车辆进入请求车辆V2V通信区域过程遵循的平均速率，表示离开过程遵循的平均速率，表示服务车辆数量。4.根据权利要求1所述的缓存内容放置方法，其特征在于，步骤3进一步包括：定义有n个服务车辆正在向j个请求车辆传输关于请求内容i的数据包，则基站所需服务的数据包数量为；式中，j表示请求车辆，表示片段数，表示请求车辆j请求内容i的数据包数量，表示通信的平均速率，表示数据包大小，表示V2V通信区域的移出用户的离开率，n表示服务...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晔，龚淑蕾，童恩，楼思嘉，吕明，金花，
申请(专利权)人：江苏移动信息系统集成有限公司，
类型：发明
国别省市：