一种面向车辆用户的边缘网络内容缓存与预缓存方法技术

本发明专利技术请求保护一种面向车辆用户的边缘网络内容缓存与预缓存方法，属于通信技术领域。针对车辆边缘网络架构中内容预缓存配置的资源效率与时间效率问题，提出一种面向车辆用户的边缘网络内容缓存与预缓存方法。根据内容流行度、车辆速度和发起请求位置，以及边缘服务器缓存容量等约束条件，采用内容切分的方式，通过云服务器与边缘服务器的纵向协作完成车辆请求内容的缓存与预缓存配置，最大化边缘服务器的资源利用率，降低车辆用户的内容下载时延，并减少边缘服务器的内容更新成本。并减少边缘服务器的内容更新成本。并减少边缘服务器的内容更新成本。

【技术实现步骤摘要】
一种面向车辆用户的边缘网络内容缓存与预缓存方法


[0001]本专利技术属于通信
具体涉及一种面向车辆用户的边缘网络内容缓存与预缓存方法。

技术介绍

[0002]随着互联网技术的蓬勃发展，大量基于内容下载的新兴应用和服务不断涌现，丰富和改善了人们的生活工作环境。然而，网络中数据流量的爆炸式增长，可能造成用户服务体验的下降，并增大网络的运营成本。为减轻通信网络的流量压力，提高服务质量，将云服务器资源下沉至网络边缘的移动边缘计算技术将被广泛应用于未来网络的建设与发展。
[0003]目前，边缘网络的内容缓存方案通常采用将少量高流行度内容完整缓存于边缘服务器的策略，以降低高流行度内容的下载时延。由于车辆在小区的滞留时间通常较短，用户难以在同一个小区完整下载整个内容，而边缘服务器缓存容量有限，难以存放所有内容，导致大量内容仍需从云服务器以透传方式经小区基站下载到用户端，增加了下载时延。如果为降低时延而采用频繁更新缓存内容的方法，又会使网络运营成本急剧增加。
[0004]本专利技术提出一种面向车辆用户的边缘网络内容缓存与预缓存方法。针对车辆边缘网络架构中内容预缓存配置的资源效率与时间效率问题，采用内容切分的方式，通过云服务器与边缘服务器的纵向协作，为车辆用户提供缓存、预缓存，以及透传下载服务，提高边缘服务器的资源利用率，降低内容下载时延，并减少内容更新成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种面向车辆用户的边缘网络内容缓存与预缓存方法。本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种面向车辆用户的边缘网络内容缓存与预缓存方法，其包括以下步骤：
[0007]101、将云服务器O中的所有内容放入集合I＝{i}，所有小区的边缘服务器放入集合J＝{j}，所有内容请求车辆放入集合K＝{k}，根据内容流行度P
i
，对I中的内容进行边缘服务器初始缓存配置，得到缓存配置集合其中，每个内容均可切分成多个统一大小的内容块，表示内容i缓存于边缘服务器j的内容块集合；
[0008]102、小区j内的车辆k发起内容请求i，内容i的下载时延门限为根据车辆k的速度v
k
和当前位置，计算车辆k与小区j的关联时间τ
j,k
；
[0009]103、如果边缘服务器j中的缓存内容跳转至步骤104，否则，根据关联时间τ
j,k
，计算需要从云服务器O预缓存至小区j+1的内容跳转至步骤109；
[0010]104、计算车辆k从小区j下载内容所需时间如果根据本地下载与云服务器O透传的组合下载模式，其中，本地下载表示车辆从当前小区边缘服务器下载请求内容，云服务器O透传表示车辆从云服务器O经小区基站下载请求内容，计算车辆k完整下载
内容i所需时延跳转至步骤105，否则，车辆k在小区j内执行内容的下载，令j＝j+1，跳转至步骤102；
[0011]105、如果车辆k完整下载内容i所需时延大于时延门限跳转至步骤106，否则，跳转至步骤108；
[0012]106、根据关联时间τ
j,k
与下载内容所需时间计算需要从云服务器O预缓存至小区j的内容如果跳转至步骤107，否则，跳转至步骤108；
[0013]107、令根据预缓存内容替换策略，更新边缘服务器j中的缓存内容
[0014]108、车辆k从小区j下载缓存内容计算车辆k与小区j的关联时间τ
j,k
，如果τ
j,k
＞0，跳转至步骤109，否则，令j＝j+1，跳转至步骤102；
[0015]109、根据关联时间τ
j,k
，计算需要从云服务器O经小区j向车辆k透传的内容并执行的透传下载，如果跳转至步骤110，否则，令j＝j+1，跳转至步骤102；
[0016]110、结束。
[0017]进一步的，所述步骤101中对I中内容进行初始缓存配置的方法具体包括：
[0018]1)将云服务器O中的所有内容放入集合I＝{i}中，并将其中任意内容i划分为大小为u的内容块，从而得到内容i的划分块数n
i
；
[0019]2)根据内容{i}的流行度{P
i
}的大小，对集合I中的所有内容进行降序排列；
[0020]3)根据流行度最大优先原则，分别将集合I中的内容缓存在小区{j}的边缘服务器中，并保证相邻小区的缓存数据不重复；
[0021]4)小区边缘服务器缓存容量r
j
满足
[0022]进一步的，所述步骤102中内容i的下载时延门限计算方法如公式(1)所示：
[0023][0024]公式(1)中，f
i
表示内容i的大小，R
e
表示边缘服务器与车辆之间的传输速率，R
c
表示云服务器与小区边缘服务器的传输速率，R
c
＜R
e
，t
p
表示内容从云服务器传输至小区的传播时延；
[0025]所述步骤102和108中计算车辆k与小区j的关联时间τ
j,k
的计算方法如公式(2)所示：
[0026][0027]公式(2)中，v
k
表示车辆k的速度，表示车辆k当前位置至离开小区的剩余距离，
L表示小区直径。
[0028]进一步的，所述步骤103中从云服务器预缓存至小区j+1的内容的计算方法如公式(3)所示：
[0029][0030]公式(3)中u表示内容被划分的大小，单位为比特，其中，预缓存内容服从
[0031]进一步的，所述步骤104和106中车辆k从小区j下载内容所需时间的计算方法如公式(4)所示：
[0032][0033]进一步的，所述步骤104中计算车辆k完整下载内容i所需时延的计算方法如公式(5)所示：
[0034][0035]公式(5)中，n
i
表示内容i被划分的块数，表示向上取整，表示内容i缓存于小区j的块数。
[0036]进一步的，所述步骤106中从云服务器传输至小区j的预缓存内容的计算方法如公式(6)表示：
[0037][0038]公式(6)中，预缓存内容服从约束条件和
[0039]进一步的，所述步骤107中的预缓存内容替换策略如下：
[0040]1)将中的内容按流行度大小升序排列，计算已缓存内容的超额缓存内容块其中，超额缓存内容块的计算方法如公式(7)所示：
[0041][0042]公式(7)中，v
min
表示车辆的最小速度。
[0043]2)如果且将超额缓存内容块替换为预缓存内容否则，优先替换超额缓存内容块，再依次替换流行度最小的内容块，直到预缓存内容完全写入小区j的边缘服务器。
[0044]进一步的，所述步骤109中从云服务器O经小区j向车辆k透传剩余内容的计算方法如公式(8)所示：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向车辆用户的边缘网络内容缓存与预缓存方法，其特征在于，包括以下步骤：101、将云服务器O中的所有内容放入集合I＝{i}，所有小区的边缘服务器放入集合J＝{j}，所有内容请求车辆放入集合K＝{k}，根据内容流行度P
i
，对I中的内容进行边缘服务器初始缓存配置，得到缓存配置集合其中，每个内容均可切分成多个统一大小的内容块，表示内容i缓存于边缘服务器j的内容块集合；102、小区j内的车辆k发起内容请求i，内容i的下载时延门限为根据车辆k的速度v
k
和当前位置，计算车辆k与小区j的关联时间τ
j,k
；103、如果边缘服务器j中的缓存内容跳转至步骤104，否则，根据关联时间τ
j,k
，计算需要从云服务器O预缓存至小区j+1的内容跳转至步骤109；104、计算车辆k从小区j下载内容所需时间如果根据本地下载与云服务器O透传的组合下载模式，其中，本地下载表示车辆从当前小区边缘服务器下载请求内容，云服务器O透传表示车辆从云服务器O经小区基站下载请求内容，计算车辆k完整下载内容i所需时延跳转至步骤105，否则，车辆k在小区j内执行内容的下载，令j＝j+1，跳转至步骤102；105、如果车辆k完整下载内容i所需时延大于时延门限跳转至步骤106，否则，跳转至步骤108；106、根据关联时间τ
j,k
与下载内容所需时间计算需要从云服务器O预缓存至小区j的内容如果跳转至步骤107，否则，跳转至步骤108；107、令根据预缓存内容替换策略，更新边缘服务器j中的缓存内容108、车辆k从小区j下载缓存内容计算车辆k与小区j的关联时间τ
j,k
，如果τ
j,k
＞0，跳转至步骤109，否则，令j＝j+1，跳转至步骤102；109、根据关联时间τ
j,k
，计算需要从云服务器O经小区j向车辆k透传的内容并执行的透传下载，如果跳转至步骤110，否则，令j＝j+1，跳转至步骤102；110、结束。2.根据权利要求1所述的一种面向车辆用户的边缘网络内容缓存与预缓存方法，其特征在于，所述步骤101中对I中内容进行初始缓存配置的方法具体包括：1)将云服务器O中的所有内容放入集合I＝{i}中，并将其中任意内容i划分为大小为u的内容块，从而得到内容i的划分块数n
i
；2)根据内容{i}的流行度{P
i
}的大小，对集合I中的所有内容进行降序排列；3)根据流行度最大优先原则，分别将集合I中的内容缓存在小区{j}的边缘服务器中，并保证相邻小区的缓存数据不重复；4)小区...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍宁海，许文彬，魏刚波，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：