一种并行传输编码缓存的性能优化方案制造技术

本发明专利技术公开了一种并行传输编码缓存背景下的性能优化方案。方案实施过程包括并行传输的编码缓存方案的确定、并行传输编码缓存优化问题的建模、优化算法的选取和实现。我们根据独立的服务器多播模型SMCC和设备对设备(D2D)传输模型D2DCC，确定了可并行传输的编码缓存模型，再将基于此模型的编码缓存问题建模为与文件分配策略、用户缓存空间分配策略有关的优化问题，优化目标为最小化传输时长，并应用基于粒子群算法和线性规划的优化算法解决此优化问题。这一并行编码缓存方案减少了传输时长，同时此优化算法减少了优化迭代次数，提高了算法性能。了算法性能。了算法性能。

【技术实现步骤摘要】
一种并行传输编码缓存的性能优化方案


[0001]本专利技术属于移动通信
，尤其涉及一种并行传输编码缓存的性能优化方案。

技术介绍

[0002]在为了尽可能缓解网络传输压力而提出的编码缓存问题中，大多数工作都通过在预缓存阶段和传输阶段创造多播机会来减少通信延迟。目前的大多数研究主要关注基于服务器多播的模型或在其他网络结构中进行的编码缓存问题。其中，多个用户的组织类型、多个用户的缓存空间大小等都是网络模型中可以更改的因素。为了评价整个编码缓存通信系统的优劣，大多数工作都将通信延迟作为评价指标。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于提供一种并行传输编码缓存的性能优化方案,考虑了基于服务器多播和基于D2D网络的两种不同传输方式，提出一种评价指标为传输时长的，针对并行传输编码缓存问题的性能优化算法，最终得到基于复杂网络模型的并行传输编码缓存方案以解决复杂网络模型中进行编码缓存的技术问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0005]一种并行传输编码缓存的性能优化方案，包括如下步骤：
[0006]步骤1、针对给定用户数K、数据库文件数N、服务器广播信道容量C
s
、D2D网络信道容量C
u
和各用户不同大小的缓存空间的编码缓存问题，使用总传输时长DT作为编码缓存方案的评价指标；定义文件分配参数l1，其中，l1∈[0，1]，表示每个文件被分配给服务器广播编码缓存模式和D2D网络内部编码缓存模式的分配策略，若l1＝0，那么所有待传文件任务都由服务器广播编码缓存模式的分配策略进行传输；定义用户缓存空间分配参数m
s
，表示用户用于服务器广播编码缓存模式分配的缓存空间，以此来表示各用户缓存空间如何划分给服务器广播编码缓存模式和D2D网络内部编码缓存模式的分配策略；
[0007]步骤2、根据D2D网络内部编码缓存模式和服务器广播编码缓存模式，并利用定义的文件分配参数l1和用户缓存空间分配参数m
s
，建立并行传输编码缓存实现方案，同时，将并行传输编码缓存实现方案建模为传输时长与文件分配参数l1和用户缓存空间分配参数m
s
有关的优化问题；解决此优化问题，便得到传输时长的最优解，并对应最优文件分配方案和最优用户缓存分配方案；
[0008]步骤3、根据建模得到的优化问题，使用基于粒子群算法和线性规划的算法进行优化；在粒子群算法的每次迭代中，监控此时的用户缓存分配参数m
s
，若分配到D2D网络传输方式的用户缓存满足下界可达条件，则可直接得到D2D网络编码缓存的最优传输时长，若分配到D2D网络传输方式的用户缓存不满足下界可达条件，使用线性规划得到D2D网络编码缓存的最优传输时长；粒子群算法多次迭代后，实现对总传输时长DT的优化，其中DT在建模为优化问题时是优化问题的目标函数，在优化算法里是适应度。
[0009]进一步的，步骤2建模得到的与文件分配参数l1和用户缓存空间分配参数m
s
有关的优化问题描述如下：
[0010]并行传输编码缓存实现方案为：服务器向各用户传递信息，同时用户之间相互传递信息，分别被称为服务器广播编码缓存模式和D2D网络内部编码缓存模式；将服务器端的每个文件都按照固定的比例划分成两部分，定义文件分配参数l1表示各文件由D2D网络内部编码缓存模式负责信息传输的比例大小；每个文件的l1F比特为需要由D2D网络内部编码缓存模式完成的任务，而(1
‑
l1)F比特利用服务器广播编码缓存模式进行预缓存和传输；
[0011]当D2D网络内部编码缓存模式的传输时长T
u
时，有：
[0012][0013]当SMCC部分的传输时长T
s
时，有：
[0014][0015]最终总的传输时长DT为：
[0016][0017]优化问题总结为：
[0018][0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026]设定每个用户分配给服务器广播编码缓存模式策略的缓存空间大小相等，m＝[m1,
…
,m
K
]为各用户归一化后的缓存空间大小，设置m1≤
…
≤m
K
，则有m
s
∈[0,m1]；每个用户分配给D2D网络内部编码缓存模式策略的缓存空间向量为m
u
＝[m1‑
m
s
,
…
,m
K
‑
m
s
]；
[0027]定义缓存向量a表示在缓存阶段，各文件预先缓存到终端用户的分配策略，缓存向量a中分量a
S
表示了缓存在用户集合S中的每一个用户的子文件的大小，a
S
∈[0,1]，1≤|S|≤K；
[0028]定义传输变量表示在传输阶段，用户j传递给中每一个用户的信息的大小，代表任意用户集合，A
[K]/j
表示所有用户中排除用户j后的用户集合，表示所有用户中排除用户j后的用户集合，v
j
→
{i}
表示用户j发送给用户i的信息X
j
→
{i}的大小；
[0029]定义分配变量表示对于同时存在于用户集合S中的子文件，其大小由a
S
表示，发送给不同用户集合时针对该子文件的分配策略，
[0030]为满足的用户集合；
[0031]在给定各用户缓存空间大小m＝(m1,
…
,m
K
)的基础上，总传输时长DT与文件分配参数l1和用户缓存空间分配参数m
s
有关，建模得到优化变量为文件分配参数l1、用户缓存空间分配参数m
s
，优化指标为传输时长的优化问题。
[0032]进一步的，步骤3基于粒子群算法和线性规划的算法如下：
[0033]粒子群算法将鸟群行为抽象为数学概念，搜索空间中的每只鸟，称为粒子，鸟到食物的距离抽象为适应度，即为优化函数值，通过适应度来评价解的好坏；在每次迭代中，粒子通过跟踪个体极值pBest和全局极值gBest来更新自己，每个粒子下一次的位置和速度更新策略为：
[0034]v
i
＝v
i
+c1×
rand()
×
(pBest
i
‑
x
i
)+c2×
rand()
×
(gBest
i
‑
x
i
)
[0035]x
i
＝x
i
+v
i
[0036]其中，rand()是介于(0,1)之间的随机数，c1、c2是学习因子；
[0037]利用粒子群算法，把文件分配参数l1和缓存本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种并行传输编码缓存的性能优化方案，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、针对给定用户数K、数据库文件数N、服务器广播信道容量C
s
、D2D网络信道容量C
u
和各用户不同大小的缓存空间的编码缓存问题，使用总传输时长DT作为编码缓存方案的评价指标；定义文件分配参数l1，其中，l1∈[0，1]，表示每个文件被分配给服务器广播编码缓存模式和D2D网络内部编码缓存模式的分配策略，若l1＝0，那么所有待传文件任务都由服务器广播编码缓存模式的分配策略进行传输；定义用户缓存空间分配参数m
s
，表示用户用于服务器广播编码缓存模式分配的缓存空间，以此来表示各用户缓存空间如何划分给服务器广播编码缓存模式和D2D网络内部编码缓存模式的分配策略；步骤2、根据D2D网络内部编码缓存模式和服务器广播编码缓存模式，并利用定义的文件分配参数l1和用户缓存空间分配参数m
s
，建立并行传输编码缓存实现方案，同时，将并行传输编码缓存实现方案建模为传输时长与文件分配参数l1和用户缓存空间分配参数m
s
有关的优化问题；解决此优化问题，便得到传输时长的最优解，并对应最优文件分配方案和最优用户缓存分配方案；步骤3、根据建模得到的优化问题，使用基于粒子群算法和线性规划的算法进行优化；在粒子群算法的每次迭代中，监控此时的用户缓存分配参数m
s
，若分配到D2D网络传输方式的用户缓存满足下界可达条件，则可直接得到D2D网络编码缓存的最优传输时长，若分配到D2D网络传输方式的用户缓存不满足下界可达条件，使用线性规划得到D2D网络编码缓存的最优传输时长；粒子群算法多次迭代后，实现对总传输时长DT的优化，其中DT在建模为优化问题时是优化问题的目标函数，在优化算法里是适应度。2.根据权利要求1所述的并行传输编码缓存的性能优化方法，其特征在于，步骤2建模得到的与文件分配参数l1和用户缓存空间分配参数m
s
有关的优化问题描述如下：并行传输编码缓存实现方案为：服务器向各用户传递信息，同时用户之间相互传递信息，分别被称为服务器广播编码缓存模式和D2D网络内部编码缓存模式；将服务器端的每个文件都按照固定的比例划分成两部分，定义文件分配参数l1表示各文件由D2D网络内部编码缓存模式负责信息传输的比例大小；每个文件的l1F比特为需要由D2D网络内部编码缓存模式完成的任务，而(1
‑
l1)F比特利用服务器广播编码缓存模式进行预缓存和传输；当D2D网络内部编码缓存模式的传输时长T
u
时，有：当SMCC部分的传输时长T
s
时，有：最终总的传输时长DT为：优化问题总结为：DT
2≤|S|≤K
‑
11设定每个用户分配给服务器广播编码缓存模式策略的缓存空间大小相等，m＝[m1,
…
,m
K
]为各用户归一化后的缓存空间大小，设置m1≤
…
≤m
K
，则有m
s
∈[0,m1]；每个用户分配给D2D网络内部编码缓存模式策略的缓存空间向量为m
u
＝[m1‑
m
s
,
…
,m
K
‑
m
s
]；定义缓存向量a表示在缓存阶段，各文件预先缓存到终端用户的分配策略，缓存向量a中分量a
S
表示了缓存在用户集合S中的每一个用户的子文件的大小，a
S
∈[0,1]，1≤|S|≤K；定义传输变量表示在传输阶段，用户j传递给中每一个用户的信息的大小，代表任意用户集合，A
[K]/j
表示所有用户中排除用户j后的用户集合，表示所有用户中排除用户j后的用户集合，v
j
→
{i}
表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘楠，林霄，康维，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：