[发明专利]无线网络中文件的主动式协作缓存方法及缓存管理装置

说明书

本发明公开了一种无线网络中文件的主动式协作缓存方法及装置，属于无线通信技术领域，包括：在当前时段，得到流行文件库预测下一时段的链路l的平均带宽B_l、网络拓扑以及缓存最大空间C_n；获得备选路由路径集合将沿传输记为随机事件将p的缓存节点n缓存流行文件f(k)记为随机事件x_nf，根据B_l和C_n设置概率和根据和x_nf复合得到多个复合随机事件，并根据和计算所有复合随机事件均不发生的联合条件概率函数；为每个下载请求确定一条备选路由路径，使得联合条件概率函数值为零，从而得到预路由策略，并反向推理得到缓存策略，之后更新缓存节点存储的文件列表。本发明能够避免网络拥塞，并提高网络中缓存文件的缓存击中率。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种无线网络中文件的主动式协作缓存方法及缓存管理装置。

背景技术

通过在通信节点中部署存储设备，如服务器、缓存器等，运营商可将内容提供商的授权文件复制多个文件副本，缓存在用户较为密集的网络设备中，以使得用户向内容远端内容服务器请求访问数据时，可从本地缓存获取文件数据，即为网络内缓存技术，图1所示为应用了网络内缓存技术的一种无线网络通信场景。网络内缓存技术显著降低了通信时延和后端通信链路负载。部署存储设备的通信节点包括但不限于宏基站(Macro Base-station)、小基站(Small-cell Base-station)、边缘计算服务器(Edge-computingServer)、交换机(Switch)和路由器(Router)。网络内缓存技术的核心问题之一是如何制定缓存策略，即确认每个文件的副本数量，与每个副本被存储的缓存位置。

无线网络中缓存文件的方式分为被动式缓存和主动式缓存。被动式缓存在处理用户下载文件的请求时，基于局部最优性假设确定下载的路由路径，并在下载的过程中对被下载文件进行缓存；相比于传统基于局部最优性假设的缓存方法，如最小访问频率更新(Least Frequently Used，LFU)，主动式缓存方法通过预测不同地区用户的文件访问规律，优化缓存文件的放置策略，显著提升通信网络中缓存节点缓存文件的击中率。

但是，现有的主动式缓存技术存在至少两个问题：(1)针对大规模缓存网络，未充分考虑无线网络带宽受限的特点，盲目地在热点地区缓存大量流行文件的副本，导致热点地区缓存节点流量显著提升，造成局部网络拥塞，影响缓存击中率；(2)针对多个缓存节点中同一文件的多个副本，未考虑多用户请求的负载均衡问题，盲目地将所有下载请求路由至有限的缓存节点中，造成局部网络拥塞，影响缓存击中率。总的来说，现有的主动式缓存方法，缓存击中率有待提高。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种无线网络中文件的主动式协作缓存方法及缓存管理装置，其目的在于，避免网络拥塞，并提高无线网络的缓存击中率。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种无线网络中文件的主动式协作缓存方法，包括：

(1)在当前时段，根据用户行为数据，利用机器学习方法预测被下载文件的地理位置分布与热度，将其中热度最高的topK文件作为流行文件，从而得到流行文件库topK为正整数；

(2)根据网络状态信息、文件的地理位置分布与热度，预测下一时段的链路l的平均带宽B_l、网络拓扑以及缓存最大空间C_n；

(3)根据网络拓扑为每个＜用户源节点k、缓存节点n＞对确定至少一条备选路由路径，从而得到备选路由路径集合