[发明专利]采用信源发布内容的请求率与动态性的移动边缘缓存替换方法

说明书

本发明公开了一种采用信源发布内容的请求率与动态性的移动边缘缓存替换方法，路边通信单元是将缓存替换问题建模为马尔可夫决策过程，进而得到执行缓存替换条件；采用深度强化学习工具进行动态内容条目缓存替换；本发明通过联合考虑信源发布内容的请求率以及动态性的方式进行缓存替换，以最大化由路边通信单元缓存直接服务的数据量，从而显著减少冗余数据传输、减轻回程链路压力。在保证用户收到请求内容时效性的同时，显著减少冗余数据传输、减轻回程链路压力、降低平均服务延时。

技术领域

本发明涉及在路边通信单元(RSU，road side unit)内进行信源发布内容(SPC，source publish content)的缓存替换处理方法，更特别地说，是指一种利用SPC的请求率与DC－SPC的动态性这两个特性进行边缘缓存替换的处理。

背景技术

在车联网(IOV，internet of vehicles)技术领域中，路边通信单元(RSU，roadside unit)就是建设在路边的基础设施，用来实现车辆和因特网之间的连接。RSU遵循国家标准为GB20851，通讯频率为5.8GHz进行服务。RSU是由高增益定向束控读写天线和射频控制器组成。高增益定向束控读写天线是一个微波收发模块，负责信号和数据的发送与接收、调制与解调、编码与解码、加密与解密；射频控制器是控制发射和接收数据以及处理向上位机收发信息的模块。

2020年09月18日公开的“Low-Latency and Fresh Content Provision inInformation-Centric Vehicular Networks”中，介绍了在车联网场景中，RSU能够用来缓存信源发布内容(SPC，source publish content)，以方便用户请求(user requests)到达时可直接提供服务，避免直接从信源处(source)获取信源发布内容，从而有效减少服务延时，提升用户(user)体验。所述的SPC可以是车联网IOV中的交通状况、道路状况、车辆状况以及辅助的服务设施等信息的总称。

近年来的车联网中，增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、自动驾驶等新兴移动应用不断涌现，这些应用需要大量SPC来了解周围环境，例如，街道的实时3D地图以及周围街区的交通状况等。这类能够反映周围环境，并随环境及时间不断变化的信息称之为情境信息(CIF，context information)。情境信息具有信息量大、延时敏感、时效性强的特点。所缓存的情境信息应及时进行版本刷新，否则用户(user)可能会收到过时甚至无效的SPC，严重降低用户(user)体验。因此，除服务延时以外，信息时效性(information timeliness)成为衡量RSU服务性能的又一重要指标。在云游戏、自动驾驶等诸多应用场景中，信息时效性已引起越来越多的关注。RSU在提供动态内容服务时，应设计有效的SPC的内容交付机制(contentdelivery scheme，CDS)，以同时满足信息时效性和服务延时的要求。

考虑到RSU的缓存空间有限，将海量的SPC均缓存是不现实的。因此，RSU只能通过缓存替换策略将当前访问量低的内容替换出来，存储重复访问的内容。缓存替换策略是RSU缓存管理的重要组成，其用请求到达率高的内容替换请求到达率低的内容，从而获得更高的缓存命中率。目前，大量研究关注RSU中的缓存替换问题，在该类研究中常见的替换策略有：先进先出(FIFO)策略、最近最少使用(LRU)策略、最少频率使用(LFU)策略等，但其主要针对静态内容条目，即内容本身不随时间、环境变化。而对于情境信息来说，RSU应及时进行内容刷新，使得缓存内容为最新版本，否则用户可能收到过时信息甚至做出错误决策。但缓存刷新会消耗传输资源，尤其对于高动态性的内容来说。因此，在研究情境信息的缓存放置问题时，不仅要考虑SPC的请求到达率，还应关注DC－SPC的内容动态性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：在路边通信单元(RSU)缓存空间有限的情况下，如何进行动态信源发布内容(DC-SPC)的缓存替换，以最大化由RSU边缘缓存直接服务的数据量，从而显著减少冗余数据传输、减轻回程链路压力、降低平均服务延时。