本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，特別涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)感知和覆蓋率閾值矩陣的文件智能緩存方法。

背景技術(shù)：

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高，如何提高響應(yīng)速度、解決網(wǎng)絡(luò)擁擠問題、提升尋址速度和降低服務(wù)拒絕率都是影響用戶體驗(yàn)的重要問題。通過將各種信息以文件形式預(yù)先推送到作為分布式緩存的最接近用戶的網(wǎng)絡(luò)邊緣，使用戶就近取得所需的內(nèi)容，是一種有效的解決方案。具體而言，通過應(yīng)用分布式緩存、負(fù)載均衡和流量工程等技術(shù)，提供各種內(nèi)容分布和服務(wù)發(fā)送的功能，包括動(dòng)態(tài)地部署網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容到邊緣，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容處理通信量，將訪問請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給最近的服務(wù)器，使得用戶能以最快的速度，從最接近用戶的地方獲得所需的內(nèi)容，從而縮短服務(wù)提供點(diǎn)與用戶之間的網(wǎng)絡(luò)距離，提高響應(yīng)速度、減少延遲、解決網(wǎng)絡(luò)擁擠等問題，提高網(wǎng)絡(luò)利用率，改善用戶體驗(yàn)。

另一方面，隨著智能路由器和業(yè)務(wù)服務(wù)器的規(guī)模不斷增加，可以為用戶提供的服務(wù)種類也不斷豐富，包括音頻服務(wù)、視頻服務(wù)、多媒體服務(wù)、新聞提供、搜索服務(wù)、臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)、海嘯警報(bào)、災(zāi)難通知、交通情況、輿情傳播等。那些對(duì)實(shí)時(shí)性要求低的服務(wù)，其提供方式一般是由用戶主動(dòng)去獲取的，即用戶使用連接在因特網(wǎng)上的各類終端，主動(dòng)與因特網(wǎng)上的特定業(yè)務(wù)服務(wù)器建立連接，向業(yè)務(wù)服務(wù)器發(fā)送特定的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，然后從業(yè)務(wù)服務(wù)器得到響應(yīng)，該響應(yīng)中包含了用戶所需要的各類信息。但是，這樣的提供方式對(duì)很多服務(wù)來說是不適合的，或者是過于低效的，比如臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)、海嘯警報(bào)、災(zāi)難通知等。對(duì)于這些實(shí)時(shí)性要求很高的服務(wù)，用戶希望業(yè)務(wù)服務(wù)器可以主動(dòng)推送給用戶，而不需要等到用戶主動(dòng)去訪問業(yè)務(wù)服務(wù)器來獲取，因?yàn)榈却脩舻闹鲃?dòng)訪問會(huì)影響預(yù)報(bào)信息的及時(shí)性。

此外，隨著互聯(lián)網(wǎng)的信息量不斷增加，如何通過網(wǎng)絡(luò)感知獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并從海量的數(shù)據(jù)中挖掘出不同用戶的隨時(shí)變化的需求，變得尤為重要。而傳統(tǒng)的文件緩存方法大都是靜態(tài)的或缺乏時(shí)效性的，即一般不會(huì)隨著時(shí)間變化而實(shí)時(shí)調(diào)整文件緩存方法或參數(shù)，也很少根據(jù)不同用戶的實(shí)時(shí)反饋信息來動(dòng)態(tài)調(diào)整緩存方法或參數(shù)。隨著節(jié)目的數(shù)目和用戶的數(shù)量不斷增多，計(jì)算和存儲(chǔ)難度也在不斷增大，傳統(tǒng)的文 件緩存方法已經(jīng)不能準(zhǔn)確地滿足用戶的需求。因此，針對(duì)在復(fù)雜多變的廣域網(wǎng)絡(luò)中用戶的不同需求，有必要提供更智能的文件緩存方法，以滿足大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)用戶的個(gè)性化、動(dòng)態(tài)化和時(shí)效性的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服已有的文件緩存方法內(nèi)容緩存效率低、個(gè)性化不足和時(shí)效性不夠，從而提供一種具有時(shí)效性、動(dòng)態(tài)化的文件智能緩存方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于網(wǎng)絡(luò)感知和覆蓋率閾值矩陣的文件智能緩存方法，包括：

步驟1)、基于網(wǎng)絡(luò)感知采集和預(yù)處理用戶數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)文件的屬性數(shù)據(jù)，確定被緩存數(shù)據(jù)文件的源節(jié)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)更新覆蓋率閾值矩陣，然后將網(wǎng)絡(luò)中所有滿足未激活條件的節(jié)點(diǎn)放入未激活節(jié)點(diǎn)集合pinactive中；其中，

所述覆蓋率閾值矩陣是指由用戶對(duì)未訪問數(shù)據(jù)文件的感興趣程度作為權(quán)重，來決定該數(shù)據(jù)文件在相應(yīng)用戶附近的覆蓋率閾值而形成的矩陣(cij)，其中cij為在用戶i的附近關(guān)于數(shù)據(jù)文件j的覆蓋率閾值；

未激活節(jié)點(diǎn)是指在一定時(shí)效內(nèi)未執(zhí)行過對(duì)當(dāng)前文件的信令的節(jié)點(diǎn)；

步驟2)、未激活節(jié)點(diǎn)集合pinactive中的一未激活節(jié)點(diǎn)vi接收到信令后，根據(jù)所接收的信令的類型、數(shù)量，以多信令處理方式確定所要執(zhí)行的信令的類型；其中，

所述信令按照類型包括緩存信令、通知信令；所述緩存信令是指當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到該信令時(shí)，需要緩存內(nèi)容，并計(jì)算節(jié)點(diǎn)覆蓋率，且擴(kuò)散信令；所述通知信令是指當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到該信令時(shí)，不需要緩存內(nèi)容，只需要計(jì)算節(jié)點(diǎn)覆蓋率，并擴(kuò)散信令；

步驟3)、檢測(cè)未激活節(jié)點(diǎn)vi之前是否已經(jīng)執(zhí)行過緩存信令，如果是，轉(zhuǎn)到步驟11)，否則，執(zhí)行下一步；

步驟4)、判斷信令類型是否為緩存信令，如果是，則未激活節(jié)點(diǎn)vi上緩存文件，并轉(zhuǎn)到步驟6)，否則，執(zhí)行下一步；

步驟5)、檢測(cè)未激活節(jié)點(diǎn)vi之前是否已經(jīng)執(zhí)行過通知信令，如果是，轉(zhuǎn)到步驟11)，否則，執(zhí)行下一步；

步驟6)、計(jì)算未激活節(jié)點(diǎn)vi的鄰居節(jié)點(diǎn)中當(dāng)前文件的節(jié)點(diǎn)覆蓋率，得到ccur， 并將鄰居節(jié)點(diǎn)中未處理過緩存或通知信令的節(jié)點(diǎn)，添加到集合w中，所述集合w初始時(shí)為空集；其中，節(jié)點(diǎn)覆蓋率是指在未激活節(jié)點(diǎn)vi本身及其鄰居節(jié)點(diǎn)內(nèi)，已收到當(dāng)前文件的緩存信令的節(jié)點(diǎn)數(shù)pi^k與所有鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)pi^kt的比值pi^k/pi^kt；

步驟7)、判斷ccur≥cthreshold，其中cthreshold表示由覆蓋率閾值矩陣得到的覆蓋率閾值，如果是，轉(zhuǎn)到步驟9)，否則，執(zhí)行下一步；

步驟8)、在未激活節(jié)點(diǎn)vi的鄰居節(jié)點(diǎn)集合中，按照節(jié)點(diǎn)優(yōu)先順序來選擇足夠多的未收到緩存信令的節(jié)點(diǎn)，向其發(fā)送緩存信令，以便滿足當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的最小覆蓋率需求；

步驟9)、向集合w中未被隨機(jī)選擇的節(jié)點(diǎn)發(fā)送通知信令；

步驟10)、將節(jié)點(diǎn)vi從未激活節(jié)點(diǎn)集合pinactive中刪去；

步驟11)、判斷未激活節(jié)點(diǎn)集合pinactive是否為空集，如果否，則返回步驟2)，以便處理下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信令，如果是，執(zhí)行下一步；

步驟12)、判斷最后刪除的節(jié)點(diǎn)所發(fā)出的緩存信令是否還未執(zhí)行完，如果是，則執(zhí)行完所有最后刪除的節(jié)點(diǎn)所發(fā)出的緩存信令，否則，結(jié)束操作。

上述技術(shù)方案中，所述用戶數(shù)據(jù)至少包括用戶基本信息、用戶行為數(shù)據(jù)、用戶對(duì)數(shù)據(jù)文件的訪問歷史；所述數(shù)據(jù)文件的屬性數(shù)據(jù)至少包括：數(shù)據(jù)文件的基本信息，數(shù)據(jù)文件的被訪問統(tǒng)計(jì)信息。

上述技術(shù)方案中，在步驟1)中，所述覆蓋率閾值矩陣的計(jì)算方法為：根據(jù)用戶數(shù)據(jù)和節(jié)目數(shù)據(jù)，計(jì)算用戶i對(duì)已訪問數(shù)據(jù)文件k的喜愛程度c(i,k)以及任意兩個(gè)數(shù)據(jù)文件之間的相似度s(j,k)，然后用來計(jì)算出覆蓋率閾值矩陣(cij)；當(dāng)無數(shù)據(jù)時(shí)，覆蓋率閾值的缺省值為0.1。

上述技術(shù)方案中，在步驟2)中，以多信令處理方式確定所要執(zhí)行的信令的類型包括：

a)收到多個(gè)通知信令時(shí)，只處理一次通知信令；

b)收到多個(gè)緩存信令時(shí)，只處理一次緩存信令；

c)收到多個(gè)通知和多個(gè)緩存信令時(shí)，只處理一次緩存信令；

d、)已經(jīng)處理過一次緩存信令后，不再處理任何信令；

e)已經(jīng)處理過一次通知信令后，不再處理通知信令，但如果又接收到緩存信令，允許再處理一次緩存信令。

上述技術(shù)方案中，在步驟8)中，所述節(jié)點(diǎn)優(yōu)先順序包括：首先，若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)沒有緩存當(dāng)前文件，則優(yōu)先在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上緩存該文件；其次，選擇在未處理過信令的節(jié)點(diǎn)上緩存該文件；再次，選擇在未緩存該文件的其他節(jié)點(diǎn)上緩存該文件；如果優(yōu)先級(jí)相同，則隨機(jī)選擇。

上述技術(shù)方案中，在步驟8)中，所述足夠多的未收到緩存信令的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量通過如下計(jì)算公式確定：cthreshold×pi^kt—pi^k。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明提高了內(nèi)容緩存效率和自適應(yīng)性，以滿足不同用戶的個(gè)性化需求和高時(shí)效性的需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于網(wǎng)絡(luò)感知和覆蓋率閾值矩陣的文件智能緩存方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

如圖1所示，本發(fā)明的基于網(wǎng)絡(luò)感知和覆蓋率閾值矩陣的文件智能緩存方法包括：

步驟1：先利用網(wǎng)絡(luò)感知技術(shù)，采集和預(yù)處理用戶數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)文件的屬性數(shù)據(jù)，確定被緩存數(shù)據(jù)文件的源節(jié)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)更新覆蓋率閾值矩陣，然后將網(wǎng)絡(luò)中所有滿足未激活條件的節(jié)點(diǎn)放入未激活節(jié)點(diǎn)集合pinactive中，設(shè)v0為數(shù)據(jù)文件緩存的源節(jié)點(diǎn)，v0的鄰居節(jié)點(diǎn)集合為vneigh＝{vj}。

在本步驟中，用戶數(shù)據(jù)包括用戶基本信息、用戶行為數(shù)據(jù)、用戶對(duì)數(shù)據(jù)文件的訪問歷史等；所述數(shù)據(jù)文件的屬性數(shù)據(jù)包括：數(shù)據(jù)文件的基本信息，數(shù)據(jù)文件的被訪問統(tǒng)計(jì)信息等。在本發(fā)明中，所述數(shù)據(jù)文件主要是指大容量的數(shù)據(jù)文件，在一個(gè)實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)文件為視頻節(jié)目，在其他實(shí)施例中，可以為其他類型的大容量數(shù)據(jù)文件。

緩存有數(shù)據(jù)文件的源節(jié)點(diǎn)可以是網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點(diǎn)，被緩存數(shù)據(jù)文件的唯一標(biāo)識(shí)符記為file_id。

覆蓋率閾值矩陣是指由用戶對(duì)未訪問數(shù)據(jù)文件的感興趣程度作為權(quán)重，來決定該數(shù)據(jù)文件在相應(yīng)用戶附近的覆蓋率閾值而形成的矩陣(cij)，其中cij為在用戶i的附近關(guān)于數(shù)據(jù)文件j的覆蓋率閾值。在該矩陣中，一行向量代表一個(gè)用戶，矩陣中的每一個(gè)元素的用途是：針對(duì)某一被緩存數(shù)據(jù)文件file_id的節(jié)點(diǎn)覆蓋率的閾值。

具體地，覆蓋率閾值矩陣的計(jì)算方法為：根據(jù)用戶數(shù)據(jù)和節(jié)目數(shù)據(jù)，采用現(xiàn)有方法來計(jì)算用戶i對(duì)已訪問數(shù)據(jù)文件k的喜愛程度c(i,k)以及任意兩個(gè)數(shù)據(jù)文件之間的相似度s(j,k)，然后用來計(jì)算出覆蓋率閾值矩陣(cij)；當(dāng)無數(shù)據(jù)時(shí)，覆蓋率閾值的缺省值為0.1。

未激活節(jié)點(diǎn)是指在一定時(shí)效內(nèi)未執(zhí)行過對(duì)當(dāng)前文件的信令的節(jié)點(diǎn)。

步驟2：未激活節(jié)點(diǎn)vi接收到當(dāng)前文件的緩存或通知信令，若在節(jié)點(diǎn)vi收到多條信令，則對(duì)vi收到的信令的類型進(jìn)行“或”運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果作為要執(zhí)行的信令類型。

在本發(fā)明中，信令的類型分為緩存信令與通知信令，所述緩存信令是指當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到該信令時(shí)，需要緩存內(nèi)容，并計(jì)算節(jié)點(diǎn)覆蓋率，且擴(kuò)散信令；所述通知信令是指當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到該信令時(shí)，不需要緩存內(nèi)容，只需要計(jì)算節(jié)點(diǎn)覆蓋率，并擴(kuò)散信令。

節(jié)點(diǎn)在收到多條信令時(shí)，可按照多信令處理方式來確定所要執(zhí)行的信令的類型。所述多信令處理方式是指當(dāng)前節(jié)點(diǎn)對(duì)相同文件收到多個(gè)信令時(shí)的處理方式如下：1)收到多個(gè)通知信令時(shí)，只處理一次通知信令；2)收到多個(gè)緩存信令時(shí)，只處理一次緩存信令；3)收到多個(gè)通知和多個(gè)緩存信令時(shí)，只處理一次緩存信令；4)已經(jīng)處理過一次緩存信令后，不再處理任何信令；5)已經(jīng)處理過一次通知信令后，不再處理通知信令，但如果又接收到緩存信令，可以再處理一次緩存信令。

在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)時(shí)，可將用于表示信令類型的位設(shè)置為1，表示該信令為緩存信令，將用于表示信令類型的位設(shè)置為0，表示該信令為通知信令。根據(jù)這一設(shè)置方式，通過“或”運(yùn)算來確定所要執(zhí)行的信令的類型。

步驟3：檢測(cè)節(jié)點(diǎn)vi是否已經(jīng)執(zhí)行過緩存信令，如果是，轉(zhuǎn)到步驟11，否則，執(zhí)行下一步。

步驟4：判斷信令類型是否為緩存，如果是，則節(jié)點(diǎn)vi上緩存，并轉(zhuǎn)到步驟6，否則，執(zhí)行下一步。

步驟5：檢測(cè)節(jié)點(diǎn)vi是否已經(jīng)執(zhí)行過通知信令，如果是，轉(zhuǎn)到步驟11，否則，執(zhí)行下一步。

步驟6：計(jì)算節(jié)點(diǎn)vi的鄰居節(jié)點(diǎn)中當(dāng)前文件的節(jié)點(diǎn)覆蓋率，得到ccur，并將鄰居節(jié)點(diǎn)中未處理過緩存或通知信令的節(jié)點(diǎn)，添加到集合w中，即更新w。

其中，鄰居節(jié)點(diǎn)是指與節(jié)點(diǎn)vi的距離為k跳以內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，k是一個(gè)自然數(shù)，其 缺省值為1；鄰居節(jié)點(diǎn)集合記為vneigh，鄰居列表的獲取不局限于跳數(shù)，也可以用帶寬、時(shí)延等指標(biāo)來生成鄰居列表。節(jié)點(diǎn)覆蓋率是指在節(jié)點(diǎn)vi本身及其鄰居節(jié)點(diǎn)內(nèi)，已收到當(dāng)前文件的緩存信令的節(jié)點(diǎn)數(shù)pi^k與所有鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)pi^kt的比值pi^k/pi^kt，根據(jù)該定義即可計(jì)算節(jié)點(diǎn)覆蓋率的數(shù)值。

步驟7：判斷ccur≥cthreshold，如果是，轉(zhuǎn)到步驟9，否則，執(zhí)行下一步。

本步驟中的cthreshold表示覆蓋率閾值，所述覆蓋率閾值由覆蓋率閾值矩陣給出。

步驟8：在鄰居節(jié)點(diǎn)集合中，按照節(jié)點(diǎn)優(yōu)先順序來選擇足夠多的未收到緩存信令的節(jié)點(diǎn)，向其發(fā)送緩存信令，以便滿足當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的最小覆蓋率需求。

本步驟中所涉及的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先順序如下：首先，若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)沒有緩存當(dāng)前文件，則優(yōu)先在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上緩存該文件；其次，選擇在未處理過信令的節(jié)點(diǎn)上緩存該文件；再次，選擇在未緩存該文件的其他節(jié)點(diǎn)上緩存該文件；如果優(yōu)先級(jí)相同，則隨機(jī)選擇。所述足夠多的未收到緩存信令的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量可通過如下計(jì)算公式確定：cthreshold×pi^kt—pi^k。

步驟9：向集合w中未被隨機(jī)選擇的節(jié)點(diǎn)發(fā)送通知信令。

步驟10：將節(jié)點(diǎn)vi從未激活節(jié)點(diǎn)集合pinactive中刪去，即更新集合pinactive。

步驟11：判斷未激活節(jié)點(diǎn)集合pinactive是否為空集，如果否，則返回步驟2，以便處理下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信令，如果是，執(zhí)行下一步。

步驟12：判斷最后刪除的節(jié)點(diǎn)所發(fā)出的緩存信令是否還未執(zhí)行完，如果是，則執(zhí)行完所有最后刪除的節(jié)點(diǎn)所發(fā)出的緩存信令，否則，結(jié)束操作。

最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。