[发明专利]一种车联网环境下异构节点协作边缘缓存方法

权利要求书

1.一种车联网环境下异构节点协作边缘缓存方法，其特征在于，所述缓存方法包括以下步骤：

S1，构建核心服务器、宏基站、路边单元以及各车辆之间的网络边缘缓存模型，该模型设置在一个宏基站覆盖范围内；其中，将该宏基站和其所包含的每个路边单元均视为其中一个缓存节点，车辆所请求的内容分块缓存在多个缓存节点对应的边缘服务器中，车辆依次进入各个缓存节点的覆盖区域，对所需内容进行下载，若车辆离开宏基站覆盖范围还未下载完，则从远程服务器下载剩余部分；

S2，将一组流行文件集通过拉链分布建模，按人气下降的顺序排序；

S3，利用喷泉码，将所有流行文件进行分块处理，每个流行文件被编码成若干个大小为l bit的数据包；

S4，以最小化车辆获取总内容所需延迟和成本为优化目标，优化网络边缘缓存模型，对车辆传输内容进行放置，分别在宏基站和路边单元上缓存部分数据包；其中，将流行文件集中的流行文件按照人气由高到低的顺序依次进行缓存。

2.根据权利要求1所述的车联网环境下异构节点协作边缘缓存方法，其特征在于，步骤S1中，所述构建核心服务器、宏基站、路边单元以及各车辆之间的网络边缘缓存模型的过程包括以下步骤：

将路边单元用集合w＝{1，2，...，W}表示，不同的路边单元覆盖范围彼此不重合；假设车辆都是单向行驶，用集合v＝{V₁，V₂，...，V_N}表示，M为车辆的数量；将流行文件集用f＝{1，2，...，F}表示；宏基站和路边单元的缓存容量分别为S_MBS和S_RSU；

车辆依次进入宏基站和路边单元的覆盖区域，依次下载在宏基站和路边单元内缓存好的各个部分，若车辆离开宏基站覆盖范围还未下载完，则从远程服务器下载剩余部分。

3.根据权利要求1所述的车联网环境下异构节点协作边缘缓存方法，其特征在于，步骤S2中，将一组流行文件集通过拉链分布建模，按人气下降的顺序排序的过程包括以下步骤：

根据下述公式计算每个流行文件的受欢迎程度：

式中，P_r(f)为用户请求流行文件集中第f个流行文件的频率；α是压缩指数，用于描述请求模式中的偏态，α越大意味着内容请求更集中在高排名的内容文件上；f＝{1，2，...，F}，F是流行文件集中的文件总数。

4.根据权利要求3所述的车联网环境下异构节点协作边缘缓存方法，其特征在于，所述缓存方法还包括以下步骤：

设置时间阈值TL与数据缓存使用次数阈值NL；

在时间阈值TL内，如果任意一个流行文件的使用次数小于NL，删除该流行文件。

5.根据权利要求1所述的车联网环境下异构节点协作边缘缓存方法，其特征在于，步骤S3中，利用喷泉码，将所有流行文件进行分块处理，每个流行文件被编码成若干个大小为lbit的数据包，假设一个文件大小为Kl bit，则每个流行文件允许从任何组K′编码包中恢复：

式中，其中c＝0.3，δ是在接收到K′个数据包后解码失败概率的界限，且设定δ为固定值0.06。

6.根据权利要求2所述的车联网环境下异构节点协作边缘缓存方法，其特征在于，步骤S4中，优化目标建模为：

式中，限制条件C1和C2用于避免宏基站和路边单元的缓存多余内容，限制条件C3和C4用于反映宏基站和路边单元的缓存容量限制，限制条件C5是对每个路边单元数据量的要求；W_D和W_C分别是延迟与成本的权重，根据移动设备对延迟与成本的偏好调整；是缓存成本，是传输成本，

D是时延，如果车辆在第n段期间访问路边单元，则每个分组的延迟为表示每个段的持续时间，是第w个路边单元中流行文件f的缓存数据量；是宏基站中流行文件f的缓存数据量；如果车辆在第n段期间访问宏基站，则每个数据包的传输延迟定义为其中代表宏基站的平均传输速率；如果剩余数据即传输将在段终止，则剩余数据s的传输时延或者否则，如果在车辆通过所有段后，车辆将从远程服务器下载剩余的数据，传输时延为其中为每个数据包的回程链路传输时延。