[發明專利]一種基于位置變動的聯合LRU與LFU的緩存更新方法及網絡

有效

• 申請號: 201710156238.7
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106973088B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 吳丹;曲君躍;蔡躍明;楊煒偉;楊文東;管新榮;龍彥汕;楊蓮新
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 衛麟

一種適用于移動蜂窩網絡的流行內容緩存更新方法、通訊裝置及網絡，根據節點位置關系，結合LRU與LFU兩種緩存更新方法，在適當時機對節點中緩存的內容進行部分更新。本申請所提供的緩存更新方法大大減小了更新緩存的數據量。該方法在已有的LRU與LFU緩存內容更新方法的基礎上，針對移動蜂窩網絡用戶節點的特性對更新方法進行了調整。尤其，考慮到節點夠獲取信息的能力以及計算能力有限，本方法僅僅利用節點自身所擁有的節點位置變化、接收到的內容請求、時間等信息，結合LRU與LFU的內容價值模型，即可實時更新緩存，在一定程度上實現計算開銷與緩存命中率之間的平衡。

技術領域

本發明涉及內容緩存與分發技術，尤其，涉及一種適用于蜂窩網絡的緩存內容更新方法及網絡。

背景技術

近年來，移動數據業務呈井噴式地增長，業內提出了基于D2D通信(Device-to-Device，設備到設備)的內容緩存與分發技術。該技術將一些十分流行的內容緩存在移動節點處，而當移動節點需要某一內容的時候，就可以與其周圍已緩存該內容的用戶節點建立D2D鏈路，復用合法蜂窩用戶的信道，直接獲取該內容。這樣，相較傳統的內容下載方法而言，第一，不需要經過基站的轉發，降低了時延；第二，直傳鏈路信道狀況通常更好，可以提高下載速率；第三，復用合法蜂窩用戶的信道，提高了頻譜利用率。

然而，基于D2D通信的內容緩存與分發技術也帶來了很多新問題。首先，任意緩存節點的緩存空間均是有限的，不可能緩存下所有的內容，因此，緩存哪些內容對緩存的效果有很大影響。如果所緩存的內容并不是周圍節點所需要的，那么緩存工作反而會造成網絡資源的浪費。第二，內容的受歡迎程度是不斷變化的：隨著時間的推移，新的內容會不斷的出現，也不斷會有舊的內容不再受到關注；而且，移動節點由于用戶的個人偏好，通常具有一定社會屬性，緩存節點的移動會導致周圍網絡拓撲實時變化。因此，及時對緩存內容進行更新，稱為本領域的研究重點。

現有的研究主要集中在上述的第一個問題上，即對緩存內容的布設與選擇。而相較而言，緩存內容更新方法的研究則十分有限。目前，對緩存內容更新方法的研究主要集中在對LRU(Least Recent Used)與LFU(Least Frequency Used)兩類記錄的研究使用上。其中，LRU記錄主要包括接收到的請求內容ID(identification)以及接收到各請求內容ID的時間。LRU中，這些數據被按照接收時間由近及遠的順序排序。LFU記錄主要包括接收到的請求的內容ID(identification)以及接收到各接收到的請求的內容ID(identification)的次數。LRU中，這些數據被按照接收次數由多到少的順序排序。這兩種記錄方式的聯合使用已經在計算機內容緩存研究中取得了不少進展：1970年，Mattson、Gecsei、Slutz和Traiger等人在《IBM Systems Journal》上發表的論文Evaluation techniques for storagehierarchies中，設計了MIN算法。該算法被證明是最優的離線緩存更新算法。但是，在引入D2D通信技術的蜂窩網絡中，由于移動節點具有了個人偏好以及社會屬性，其移動性會對緩存方案產生很大的影響。隨著網絡中的移動節點時刻產生移動行為，整個網絡的拓撲時刻發生改變，用戶之前所收集的信息在使用時的參考價值大為降低。(本發明中所考慮的用戶移動性主要指用戶位置的變化。)因此，在設計內容緩存更新方法時，將用戶的移動性納入考量顯得尤為必要。

發明內容

為了解決現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種基于位置變化的聯合LRU與LFU的緩存更新方法、應用所述緩存更新方法的通信裝置及移動蜂窩網絡。

所述緩存更新方法，包括以下步驟：