[发明专利]一种基于新鲜度的在线协作缓存方法

说明书

本发明公开了一种基于新鲜度的在线协作缓存方法，该方法针对物联网场景下的多基站协作缓存问题，考虑了各个基站未知文件流行度的方法，同时引入了物联网场景下的“新鲜度”概念来约束缓存在小基站中的文件的实时程度。步骤如下：该方法以文件新鲜度符合用户期望为前提，对每个请求进行缓存策略选择以及对用户进行服务策略选择，保证小基站服务用户时所支付的总成本最小化，得到了小基站缓存文件以及服务用户的最佳方案。该方法虽然在总成本上有所增加，但却大幅度提升了用户满意度，实现了文件新鲜度和总成本之间的均衡。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于新鲜度的在线协作缓存方法。

背景技术

随着网络技术和智能设备的不断发展，物联网(IoT)相比以前得到了前所未有的快速发展。物联网的数据大部分通常是通过无线通信进行传递，因此物联网的快速发展给无线网络带来了巨大的挑战。为了应对这种挑战，边缘缓存技术应运而生，即在边缘通信设备中主动缓存数据，这样可以有效减少回程链路的数据流量，降低数据传输的平均时延，从而避免流量高峰时的网络拥塞。

边缘缓存技术已经成为研究的热点，该技术的关键是如何在边缘设备中进行数据的缓存。缓存方法有多样，当基站没有缓存用户请求的内容时，该基站可以从缓存有该内容的另一个基站获得，这种方法称作协作缓存，可以有效减少因回程链路产生的时延。在协作缓存的基础上，有一种称为在线方式下基于反应式缓存的基站间协作缓存方法，其中在线方式是指基站不了解文件的内容流行度，而反应式缓存是指在用户请求到达基站后基站再根据具体请求进行缓存。

不同于传统的互联网数据，物联网数据通常在数据产生后的特定时长内有效，这个时长定义为数据生存周期，另外“新鲜度(Freshness)”这一术语则表示物联网数据产生后的时长，即年龄。

现有的缓存方法，比如反应式协作缓存方法并没有考虑到文件内容在基站中的缓存时长。传统的基站缓存通常只考虑通过回程链路从宏基站获取数据，而未考虑基站之间的相互协作。

发明内容

本发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种基于新鲜度的在线协作缓存方法，通过优化基站服务用户请求时的总成本，选择最优的缓存策略。

技术方案：一种基于新鲜度的在线协作缓存方法，包括以下步骤：

S100：判断请求文件j是否缓存在直连小基站i中，若缓存在直连小基站i中，则转入S200；否则转入S300；

S200：判断请求文件的年龄是否满足新鲜度约束，若满足约束，则直连小基站i将该请求文件j传给用户，转入S400；否则直连小基站i从互联网更新请求文件j后再将更新后的文件传给用户，将更新后的请求文件的年龄重置为0，转入S400；

S300：根据每个关联小基站k的实际缓存情况分别计算得到直连小基站i向关联基站集合中的每个关联小基站请求文件时的成本，经比较得到最小成本和对应的关联小基站k′；判断与C₀的大小，其中，C₀表示直连小基站i缓存文件的总成本，若小于C₀，则关联小基站k′根据自身缓存情况向用户发送请求文件j，并转入S400；若不小于C₀，则由直连小基站i从互联网下载请求文件j后将文件传给用户，并转入S400；

S400：更新各个小基站的缓存状态，并根据请求之间的间隔时间对缓存文件的年龄状态进行更新；

S500：判断请求次数是否能整除请求周期TD，若能，则将每个小基站的缓存文件中请求次数少于μ次或者年龄大于新鲜度约束的文件进行剔除；否则获取下一个用户请求，执行S100；

其中，S100中的请求文件j的年龄表示物联网数据从产生至当前时刻为止的时长；所述新鲜度约束表示为：