專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于動(dòng)態(tài)索引的按需數(shù)據(jù)廣播調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按需數(shù)據(jù)廣播調(diào)度方法，尤其是涉及一種基于動(dòng)態(tài)索引的按需數(shù)據(jù)廣播調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
移動(dòng)計(jì)算，為移動(dòng)客戶(hù)機(jī)隨時(shí)隨地訪問(wèn)數(shù)據(jù)提供了基礎(chǔ)，使得用戶(hù)在任何地點(diǎn)任何時(shí)間訪問(wèn)信息成為了可能，它有效的彌補(bǔ)了 IP網(wǎng)絡(luò)帶寬的嚴(yán)重不足，應(yīng)用前景已越來(lái)越廣闊，例如3G、LTE和4G等移動(dòng)通信技術(shù)。不同于固定網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)分布式計(jì)算環(huán)境，移動(dòng)計(jì)算環(huán)境有許多特有特點(diǎn)，如移動(dòng)性、頻繁間斷性、網(wǎng)絡(luò)條件的多樣性和非對(duì)稱(chēng)性，因此移動(dòng)計(jì)算中最主要的研究課題是數(shù)據(jù)廣播的調(diào)度問(wèn)題，它研究服務(wù)器在有限帶寬下如何組織生成廣播數(shù)據(jù)序列，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體服務(wù)質(zhì)量(Quality of service, Qos)最好。數(shù)據(jù)廣播通過(guò)帶寬復(fù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)大量用戶(hù)同時(shí)訪問(wèn)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，而且這種數(shù)據(jù)廣播方式，能支持移動(dòng)客戶(hù)端的移動(dòng)計(jì)算特性。按照廣播的方式，數(shù)據(jù)廣播主要包括靜態(tài)周期廣播(push-based)、按需廣播(pull-based)和混合廣播三種方式。靜態(tài)周期廣播是服務(wù)器根據(jù)用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)的請(qǐng)求分布，周期性的廣播熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，這種方式不需要用戶(hù)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，如小區(qū)廣播和軍事作戰(zhàn)指令傳輸?shù)?。大量文獻(xiàn)研究了靜態(tài)周期廣播方式，其中最有影響的算法是多盤(pán)調(diào)度算法，它將所有的數(shù)據(jù)項(xiàng)按照用戶(hù)請(qǐng)求概率進(jìn)行排列，然后將這些數(shù)據(jù)項(xiàng)按照優(yōu)先級(jí)歸并成幾個(gè)集合，每個(gè)集合被定義成一個(gè)盤(pán)，整體優(yōu)先級(jí)大的盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)速度快，優(yōu)先級(jí)小的盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)速度慢，分別向空中廣播數(shù)據(jù)，所以?xún)?yōu)先級(jí)大的數(shù)據(jù)項(xiàng)將被多次廣播。但在實(shí)際情況中，不同的用戶(hù)在不同的時(shí)間對(duì)不同的數(shù)據(jù)的要求不同，而且熱點(diǎn)數(shù)據(jù)隨著時(shí)間在不斷變化，按需廣播就反映了這種需求，它按照移動(dòng)客戶(hù)端的動(dòng)態(tài)需求來(lái)組織廣播數(shù)據(jù)項(xiàng)?；旌蠌V播方式是上述兩種方式的結(jié)合，一部分熱點(diǎn)數(shù)據(jù)周期廣播，非熱點(diǎn)數(shù)據(jù)則按需廣播。

以下幾種典型按需數(shù)據(jù)廣播調(diào)度算法，其中有截止期約束的算法，也有非截止期約束的算法。EDF (最早截止期優(yōu)先)是基于數(shù)據(jù)項(xiàng)最早截止期的優(yōu)先調(diào)度，即第一個(gè)被廣播的數(shù)據(jù)項(xiàng)是被請(qǐng)求最緊急的數(shù)據(jù)項(xiàng)。假設(shè)數(shù)據(jù)項(xiàng)為屯，當(dāng)前第k個(gè)索引周期調(diào)度第j個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，屯優(yōu)先級(jí)計(jì)算式為t i。值越小的數(shù)據(jù)項(xiàng)優(yōu)先級(jí)越高。算法的缺點(diǎn)是只考慮了截止期情況，可能造成請(qǐng)求少的數(shù)據(jù)項(xiàng)比請(qǐng)求多的數(shù)據(jù)項(xiàng)優(yōu)先廣播，導(dǎo)致失效率不夠低。MRF (最多請(qǐng)求優(yōu)先)首先廣播擁有最多請(qǐng)求的數(shù)據(jù)項(xiàng)，即廣播那些最熱點(diǎn)的數(shù)據(jù)。假設(shè)數(shù)據(jù)項(xiàng)為屯，當(dāng)前第k個(gè)索引周期調(diào)度第j個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，Cli優(yōu)先級(jí)計(jì)算式為幻。值越小的數(shù)據(jù)項(xiàng)優(yōu)先級(jí)越高。算法的缺點(diǎn)是只考慮了數(shù)據(jù)項(xiàng)的請(qǐng)求情況，若應(yīng)用到實(shí)時(shí)按需廣播中，對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)請(qǐng)求的緊急度不明感，因此失效率可能很大。RxW(請(qǐng)求數(shù)和等待時(shí)間)優(yōu)先廣播有最大RxW值的數(shù)據(jù)項(xiàng)。其中R表示數(shù)據(jù)項(xiàng)的有效請(qǐng)求數(shù)，W是數(shù)據(jù)項(xiàng)的最長(zhǎng)等待時(shí)間。RxW結(jié)合訪問(wèn)頻率和等待時(shí)間來(lái)減少響應(yīng)時(shí)間。假設(shè)數(shù)據(jù)項(xiàng)為屯，當(dāng)前第k個(gè)索引周期調(diào)度第j個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，屯優(yōu)先級(jí)計(jì)算式為值越小的數(shù)據(jù)項(xiàng)優(yōu)先級(jí)越高。算法的缺點(diǎn)是雖然可以減少平均訪問(wèn)時(shí)間和平均調(diào)諧時(shí)間，但不能針對(duì)實(shí)時(shí)按需廣播問(wèn)題，與MRF算法一樣，失效率可能很大。SIN-α (偏移時(shí)間比請(qǐng)求數(shù))在每個(gè)廣播時(shí)刻，廣播最小SIN值的數(shù)據(jù)項(xiàng)。SIN值被定義成數(shù)據(jù)項(xiàng)的偏移時(shí)間和請(qǐng)求數(shù)的比例。SIN結(jié)合訪問(wèn)頻率和緊急度來(lái)改善調(diào)度性能。假設(shè)數(shù)據(jù)項(xiàng)為屯，當(dāng)前第k個(gè)索引周期調(diào)度第j個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，屯優(yōu)先級(jí)計(jì)算式為starfs^, 。值越小的數(shù)據(jù)項(xiàng)優(yōu)先級(jí)越高，算法中α是衡量截止期和請(qǐng)求數(shù)的權(quán)值因子，文獻(xiàn) Wirelessreal-time on-demand data broadcast scheduling with dualdeadlines指出a =1時(shí)計(jì)算式的效果與最優(yōu)情況相近。算法的缺點(diǎn)是用截止期來(lái)反映數(shù)據(jù)項(xiàng)的整體緊急度，不夠完善，而且沒(méi)有考慮到等待時(shí)間情況。實(shí)時(shí)按需數(shù)據(jù)廣播更能滿(mǎn)足實(shí)際中用戶(hù)對(duì)信息實(shí)時(shí)多樣化的需求，因此它越來(lái)越成為研究熱點(diǎn)。目前很多研究提出了有效的調(diào)度算法來(lái)提高非實(shí)時(shí)按需廣播系統(tǒng)的性能，即使有些算法考慮了請(qǐng)求截止期(實(shí)時(shí))因素，也僅僅考慮用數(shù)據(jù)項(xiàng)請(qǐng)求集合中的最小截止期來(lái)代表這個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的整體緊急度，這可能導(dǎo)致真正大量請(qǐng)求緊急的數(shù)據(jù)項(xiàng)未被廣播。另夕卜，大多數(shù)調(diào)度算法只考慮如何降低整個(gè)系統(tǒng)的請(qǐng)求失效率，沒(méi)有考慮如何降低未失效請(qǐng)求的平均訪問(wèn)時(shí)間和平均調(diào)諧時(shí)間。目前還沒(méi)有一種數(shù)據(jù)廣播調(diào)度算法既能滿(mǎn)足用戶(hù)請(qǐng)求的截止期約束，又能減少移動(dòng)終端的能量消耗(調(diào)諧時(shí)間)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的一種基于動(dòng)態(tài)索引的按需數(shù)據(jù)廣播調(diào)度方法，其特征在于，基于定義數(shù)據(jù)項(xiàng)信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)項(xiàng)的編號(hào)、即將失效請(qǐng)求數(shù)、當(dāng)前請(qǐng)求數(shù)、最長(zhǎng)等待時(shí)間以及請(qǐng)求列表，其中請(qǐng)求列表包含多個(gè)請(qǐng)求，請(qǐng)求信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括請(qǐng)求的編號(hào)、截止期、訪問(wèn)時(shí)間、調(diào)諧時(shí)間和起始時(shí)間，具體包括以下步驟接收步驟當(dāng)某 客戶(hù)端通過(guò)上行信道向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，請(qǐng)求包含請(qǐng)求時(shí)間、請(qǐng)求截止期和請(qǐng)求信息描述，首先接收模塊首先查看請(qǐng)求的信息是否已經(jīng)在請(qǐng)求隊(duì)列或者廣播隊(duì)列中，如果在，就直接加入到相應(yīng)數(shù)據(jù)項(xiàng)的請(qǐng)求列表中，否則這個(gè)請(qǐng)求將被請(qǐng)求接收模塊放入請(qǐng)求隊(duì)列中；所有的請(qǐng)求按照請(qǐng)求時(shí)間先后順序或者用戶(hù)設(shè)定的優(yōu)先級(jí)排列，先進(jìn)先出；獲取步驟數(shù)據(jù)獲取模塊從請(qǐng)求隊(duì)列中不斷按照順序取出請(qǐng)求，然后從數(shù)據(jù)庫(kù)、Internet或者緩存中查找獲取滿(mǎn)足請(qǐng)求的數(shù)據(jù)項(xiàng)，獲取數(shù)據(jù)項(xiàng)后，該請(qǐng)求被加入到了調(diào)度模塊的就緒隊(duì)列中；調(diào)度步驟在每一個(gè)索引周期開(kāi)始時(shí)刻，調(diào)度模塊先根據(jù)調(diào)度算法對(duì)就緒隊(duì)列進(jìn)行調(diào)度組織，動(dòng)態(tài)決定廣播隊(duì)列中的每一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，然后添加索引信息到廣播隊(duì)列中，最后通過(guò)下行信道廣播相應(yīng)的廣播隊(duì)列。在上述的一種基于動(dòng)態(tài)索引的按需數(shù)據(jù)廣播調(diào)度方法，所述的調(diào)度步驟中，調(diào)度模塊先根據(jù)調(diào)度算法對(duì)就緒隊(duì)列進(jìn)行調(diào)度組織基于數(shù)據(jù)項(xiàng)即將失效請(qǐng)求數(shù)&^、當(dāng)前請(qǐng)求數(shù)尤,和最長(zhǎng)等待時(shí)間巧作為調(diào)度的策略因素，基于公式調(diào)度策略值
權(quán)利要求
1.ー種基于動(dòng)態(tài)索引的按需數(shù)據(jù)廣播調(diào)度方法，其特征在于，基于定義數(shù)據(jù)項(xiàng)信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)項(xiàng)的編號(hào)、即將失效請(qǐng)求數(shù)、當(dāng)前請(qǐng)求數(shù)、最長(zhǎng)等待時(shí)間以及請(qǐng)求列表，其中請(qǐng)求列表包含多個(gè)請(qǐng)求，請(qǐng)求信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括請(qǐng)求的編號(hào)、截止期、訪問(wèn)時(shí)間、調(diào)諧時(shí)間和起始時(shí)間，具體包括以下步驟 接收步驟當(dāng)某客戶(hù)端通過(guò)上行信道向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，請(qǐng)求包含請(qǐng)求時(shí)間、請(qǐng)求截止期和請(qǐng)求信息描述，首先接收模塊首先查看請(qǐng)求的信息是否已經(jīng)在請(qǐng)求隊(duì)列或者廣播隊(duì)列中，如果在，就直接加入到相應(yīng)數(shù)據(jù)項(xiàng)的請(qǐng)求列表中，否則這個(gè)請(qǐng)求將被請(qǐng)求接收模塊放入請(qǐng)求隊(duì)列中；所有的請(qǐng)求按照請(qǐng)求時(shí)間先后順序或者用戶(hù)設(shè)定的優(yōu)先級(jí)排列，先進(jìn)先出； 獲取步驟數(shù)據(jù)獲取模塊從請(qǐng)求隊(duì)列中不斷按照順序取出請(qǐng)求，然后從數(shù)據(jù)庫(kù)、Internet或者緩存中查找獲取滿(mǎn)足請(qǐng)求的數(shù)據(jù)項(xiàng)，獲取數(shù)據(jù)項(xiàng)后，該請(qǐng)求被加入到了調(diào)度模塊的就緒隊(duì)列中； 調(diào)度步驟在每ー個(gè)索引周期開(kāi)始時(shí)刻，調(diào)度模塊先根據(jù)調(diào)度算法對(duì)就緒隊(duì)列進(jìn)行調(diào)度組織，動(dòng)態(tài)決定廣播隊(duì)列中的每ー個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，然后添加索引信息到廣播隊(duì)列中，最后通過(guò)下行信道廣播相應(yīng)的廣播隊(duì)列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種基于動(dòng)態(tài)索引的按需數(shù)據(jù)廣播調(diào)度方法，其特征在干，所述的調(diào)度步驟中，調(diào)度模塊先根據(jù)調(diào)度算法對(duì)就緒隊(duì)列進(jìn)行調(diào)度組織基于數(shù)據(jù)項(xiàng)即將失效請(qǐng)求數(shù)ん&、當(dāng)前請(qǐng)求數(shù)和最長(zhǎng)等待時(shí)間ル⑷作為調(diào)度的策略因素，基于公式調(diào)
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種基于動(dòng)態(tài)索引的按需數(shù)據(jù)廣播調(diào)度方法，其特征在干，所述的調(diào)度步驟中，加入添加索引信息到廣播隊(duì)列的具體方法是首先假設(shè)某ー個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)被廣播，則可以統(tǒng)計(jì)被廣播之后將要失效的請(qǐng)求數(shù)，根據(jù)這個(gè)將失效請(qǐng)求數(shù)用來(lái)計(jì)算正在被廣播的數(shù)據(jù)項(xiàng)的調(diào)度策略值，只有值最小的優(yōu)先級(jí)最大，這個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)被添加在實(shí)際廣播隊(duì)列中，然后再假設(shè)第二個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)被廣播，又可以統(tǒng)計(jì)此時(shí)所有數(shù)據(jù)項(xiàng)的將要失效請(qǐng)求數(shù)，同樣計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的調(diào)度優(yōu)先級(jí)值，可以選擇一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)項(xiàng)插入到廣播隊(duì)列中，以此類(lèi)推，當(dāng)達(dá)到索引周期長(zhǎng)度后，根據(jù)實(shí)際廣播隊(duì)列構(gòu)造索引集合即索引項(xiàng)，再將索引項(xiàng)插入到廣播隊(duì)列最前面，最后根據(jù)這個(gè)帶索引項(xiàng)的廣播隊(duì)列來(lái)實(shí)際廣播數(shù)據(jù)項(xiàng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種基于動(dòng)態(tài)索引的按需數(shù)據(jù)廣播調(diào)度方法，其特征在干，所述的建立索引周期的步驟具體方法如下在預(yù)測(cè)出數(shù)據(jù)項(xiàng)bdk, j后，再假設(shè)bdu被廣播，然后統(tǒng)計(jì)評(píng)估bdu到bdy之間的請(qǐng)求失效率、平均訪問(wèn)時(shí)間和平均調(diào)諧時(shí)間，最后根據(jù)這三個(gè)指標(biāo)新值計(jì)算此時(shí)的總代價(jià)，總代價(jià)決定是否將bdk, j插入到實(shí)際廣播隊(duì)列，即索引從j-1増加到j(luò)，定義fjj)是索引周期為j時(shí)的總代價(jià)
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于動(dòng)態(tài)索引的按需數(shù)據(jù)廣播調(diào)度方法。包括接收步驟當(dāng)某客戶(hù)端通過(guò)上行信道向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，請(qǐng)求包含請(qǐng)求時(shí)間、請(qǐng)求截止期和請(qǐng)求信息描述；獲取步驟數(shù)據(jù)獲取模塊從請(qǐng)求隊(duì)列中不斷按照順序取出請(qǐng)求，然后從數(shù)據(jù)庫(kù)或其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中查找獲取滿(mǎn)足請(qǐng)求的數(shù)據(jù)項(xiàng)，獲取數(shù)據(jù)項(xiàng)后，該請(qǐng)求被加入到調(diào)度模塊的就緒隊(duì)列中；調(diào)度步驟調(diào)度模塊先根據(jù)調(diào)度算法對(duì)就緒隊(duì)列進(jìn)行調(diào)度組織，然后添加索引信息到廣播隊(duì)列中，最后通過(guò)下行信道廣播相應(yīng)的廣播隊(duì)列。優(yōu)點(diǎn)有利于降低平均訪問(wèn)時(shí)間和調(diào)諧時(shí)間，并且降低失效率；能動(dòng)態(tài)確定最優(yōu)索引周期長(zhǎng)度并使請(qǐng)求失效率、平均訪問(wèn)時(shí)間和平均調(diào)諧時(shí)間達(dá)到期望代價(jià)最小值，總體效果更優(yōu)。
文檔編號(hào)H04L12/865GK103036806SQ201210422270
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者胡文斌, 范存聯(lián), 夏暢, 彭超, 梁歡樂(lè), 劉開(kāi)增 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)