[发明专利]一种分层网络体系结构中的协作缓存方法

说明书

本发明公开了一种分层网络体系结构中的协作缓存方法，包括：构建核心服务器、宏基站以及各车辆之间的网络边缘缓存模型；将边缘层中的节点按区域划分为多个集群，每个集群节点数不超过阈值β；将一组流行文件集通过拉链分布建模，寻找不同的用户对不同车辆节点中最流行的文件；通过使用编码缓存，把内容分割为分离的编码包，构建内容放置矩阵m；以最小化总能耗为优化目标，进一步优化内容放置矩阵m的具体值，制定内容放置策略。本发明旨在最小化能耗的情况下，选择内容缓存节点，并对内容进行协作放置，具有更高的内容传递效率。

技术领域

本发明涉及车辆交通技术领域，具体而言涉及一种车联网环境下分层网络体系结构中的协作缓存方法。

背景技术

智能交通系统在当今社会发挥着至关重要的作用，大多数自动驾驶汽车用户的兴趣更加关注娱乐服务。用户在互联网上的请求出现了前所未有的增长，通常包括在不同的平台上观看和分享视频、音频和图像。为了获得更好的服务质量，无缝的内容交付显得至关重要。然而，在高度动态的环境下，很难实现长期的车对车(V2V)和车对基础设施(V2I)的连接。此外，路侧单元(RSU)和基站(BS)等基础设施组件的短传输范围将为V2I通信提供低效的解决方案。由于范围有限和高移动性，频繁的连接丢失和连接重建将带来大量的网络流量开销和内容检索延迟。

在物联网中，设备将连接到网络，并将收集到的数据共享到云服务器。在云服务器上进行数据分析和处理后，用户经常会请求有用的信息。不同的用户可以在同一时间段内请求相同的内容，从而导致相同的数据内容的重复传输。这促使运营商重新考虑他们当前的网络架构，并寻求更先进的技术，以低延迟和节能的方式使内容更接近最终用户。移动边缘计算/缓存在宏基站(MBS)覆盖范围内的设备，通过分层异构网络架构，使内容缓存降低能耗。

然而，由于边缘设备内存有限，以及车辆的高移动速度，在异构车辆网络中多层边缘缓存服务器(例如MBS和RSU)的交错覆盖范围内，不同服务器之间的跨层协作可以提供无缝连接，以方便内容下载。

专利号为CN112839082A的发明中提及一种异构边缘缓存分配方法、系统、介质及应用，在考虑内容缓存分配的同时也将功率分配问题考虑在内，为不同的内容分配不同的传输功率，以达到用户体验的最优化。但该专利不涉及编码缓存的问题。

专利号为CN113543071A的发明中提及一种车联网环境下异构节点协作边缘缓存方法，旨在最小化车辆获取总内容所需延迟、成本以及高命中率的情况下，对内容进行协作放置。但该发明采用的是喷泉码。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种车联网环境下分层网络体系结构中的协作缓存方法，旨在最小化能耗的情况下，选择内容缓存节点，并对内容进行协作放置，具有更高的内容传递效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明实施例提出了一种分层网络体系结构中的协作缓存方法，所述协作缓存方法包括以下步骤：

S1，构建核心服务器、宏基站以及各车辆之间的网络边缘缓存模型，该网络边缘缓存模型设置在一个宏基站覆盖范围内，包含核心层和边缘层的两层典型的分层网络体系结构；其中，将该宏基站和其所包含的每个车辆均视为其中一个缓存节点，边缘层中的节点协作执行内容缓存；包括宏基站在内的核心层支持大带宽和快速的数据包传输的同时，缓存边缘层未缓存部分；

S2，将边缘层中的节点按区域划分为多个集群，每个集群节点数不超过阈值β；属于一个特定集群的所有节点通过将缓存信息更新到其集群头来协同执行缓存，节点阈值β与集群节点内的通信开销相关；

S3，将一组流行文件集通过拉链分布建模，寻找不同的用户对不同车辆节点中最流行的文件；