本發(fā)明涉及車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下一種基于噴泉碼的異構(gòu)節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作緩存方法，能夠降低延遲和網(wǎng)絡(luò)擁塞，提高系統(tǒng)吞吐量。
背景技術(shù)：
：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息與通信技術(shù)的不斷發(fā)展，車(chē)聯(lián)網(wǎng)(InternetofVehicles)技術(shù)在近兩年也迅速發(fā)展。車(chē)聯(lián)網(wǎng)是以車(chē)內(nèi)網(wǎng)、車(chē)際網(wǎng)和車(chē)載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，按照約定的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，在車(chē)-X(X：車(chē)、路、行人及互聯(lián)網(wǎng)等)之間，進(jìn)行無(wú)線通訊和信息交換的大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，是能夠?qū)崿F(xiàn)智能化交通管理、智能動(dòng)態(tài)信息服務(wù)和車(chē)輛智能化控制的一體化網(wǎng)絡(luò)。隨著近幾年車(chē)聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的車(chē)載終端(Vehiclesterminal)也能夠接入到互聯(lián)網(wǎng)中，因此給整個(gè)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。尤其隨著行駛中的移動(dòng)用戶對(duì)視頻等文件的大量需求，更是給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了很大的數(shù)據(jù)延遲、網(wǎng)絡(luò)擁塞以及巨大的流量壓力。為了解決上述問(wèn)題，傳統(tǒng)的方法有:增大帶寬，增建沿路基站以及微蜂窩的數(shù)量。雖然傳統(tǒng)的方法在一定程度上能夠降低網(wǎng)絡(luò)延遲，增大網(wǎng)絡(luò)流量，但由于頻譜資源的短缺，增建基站和微蜂窩帶來(lái)巨大的成本壓力，使得傳統(tǒng)方法達(dá)到了一定的極限。因此，可以采用緩存和編碼技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存并傳輸，尤其考慮到行駛中的移動(dòng)用戶的位置的不斷改變的特性，采用噴泉碼與緩存相結(jié)合的技術(shù)，在沿途中的小基站、道路基礎(chǔ)設(shè)施(如路燈，站牌，指示牌等)進(jìn)行存儲(chǔ)流行程度高的文件，行駛在高速路中的車(chē)輛，只要在沿途基礎(chǔ)設(shè)施中能夠接收到足夠多(即文件塊的數(shù)量只要大于分塊前初始文件的數(shù)量)經(jīng)過(guò)噴泉碼編碼后的數(shù)據(jù)文件塊，移動(dòng)用戶(車(chē)輛)就能夠恢復(fù)原文件，從而大大降低了網(wǎng)絡(luò)擁塞和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，急劇提升了系統(tǒng)容量。因此，將噴泉編碼結(jié)合緩存技術(shù)存儲(chǔ)到小基站和道路基礎(chǔ)設(shè)施上會(huì)有很大的發(fā)展前景。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了解決上述問(wèn)題，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高車(chē)聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸效率，提出車(chē)聯(lián)網(wǎng)下基于噴泉碼的異構(gòu)節(jié)點(diǎn)協(xié)作緩存方法，在保證車(chē)輛在通信質(zhì)量(QoS)的前提下，設(shè)計(jì)一種基于噴泉編碼的緩存，在異構(gòu)節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作緩存方法，以一種低延遲、高吞吐量的通信方式，大大降低網(wǎng)絡(luò)擁塞，避免在受限的容量回程連接中出現(xiàn)瓶頸等問(wèn)題。車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下一種基于噴泉編碼的異構(gòu)節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作緩存方法，主要包括以下幾個(gè)步驟：步驟1：建立車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下車(chē)與基站、道路基礎(chǔ)設(shè)施之間的緩存模型；步驟2：基于Zipf算法，得到所有視頻文件的流行程度分布；步驟3：將每個(gè)受歡迎的視頻文件按照噴泉編碼的規(guī)則進(jìn)行編碼分組，平均緩存到小基站和基礎(chǔ)設(shè)施中；步驟4：計(jì)算所有車(chē)輛用戶u從小基站和道路基礎(chǔ)設(shè)施中獲得所有的請(qǐng)求視頻文件的下載時(shí)間。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)車(chē)聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)近兩年提出的新概念，能夠充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)。在車(chē)聯(lián)網(wǎng)方面研究緩存的分配，是一個(gè)新的領(lǐng)域的拓展；(2)傳統(tǒng)的編碼，是在標(biāo)準(zhǔn)文件傳輸協(xié)議編碼時(shí)把簡(jiǎn)單的文件分成K個(gè)數(shù)據(jù)包，進(jìn)行重復(fù)傳輸直到每個(gè)數(shù)據(jù)包都被無(wú)差錯(cuò)的收到，同時(shí)采用反饋信道告知哪些數(shù)據(jù)包需要重新傳輸，占據(jù)有限的頻譜鏈路資源。而噴泉編碼是一種與碼率無(wú)關(guān)的無(wú)需反饋信道的隨機(jī)編碼方式，是對(duì)文件的隨機(jī)編碼過(guò)程，可以產(chǎn)生半無(wú)限長(zhǎng)編碼序列，只要接收端接收到任意N個(gè)(N稍微比K大一點(diǎn))數(shù)據(jù)包，就能恢復(fù)源文件，對(duì)解決網(wǎng)絡(luò)擁塞及廣播通信“反饋破裂”問(wèn)題和車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信具有很大的應(yīng)用前景；(3)現(xiàn)有的編碼緩存方法，需要接收者對(duì)發(fā)送者做出應(yīng)答，占用了有限的頻譜鏈路，而噴泉編碼無(wú)需做出應(yīng)答，只要移動(dòng)的車(chē)輛從小的基站或者基礎(chǔ)設(shè)施接收到一定數(shù)量的編碼分組，就能夠恢復(fù)源文件，保證了可靠的通信傳輸。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的方法流程圖；圖2是本發(fā)明的是實(shí)施仿真場(chǎng)景。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明是在車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下一種基于噴泉編碼的異構(gòu)節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作緩存方法，如圖1所示，包括以下幾個(gè)步驟：步驟1：車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，移動(dòng)車(chē)輛用戶，基站以及基礎(chǔ)設(shè)施的基本模型。如圖2所示，在車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，一組移動(dòng)車(chē)輛用戶U,任意一個(gè)移動(dòng)用戶車(chē)輛u，其中u∈U＝{1,2,...,U}，一個(gè)宏基站BS(BaseStation)，一組小基站sbs(smallBaseStation),用集合表示,其中N表示小基站集合中的數(shù)量，沿途道路基礎(chǔ)設(shè)施，用集合表示，其中M表示基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量，用戶隨機(jī)請(qǐng)求的一組視頻文件集合F＝{1,2,...F,，其中每個(gè)視頻文件f∈F都有相同的大小Sfbits。其中宏基站BS有足夠大的緩存容量來(lái)儲(chǔ)存所有的文件，每個(gè)小基站sBS和道路基礎(chǔ)設(shè)施緩存容量相同，能夠最多緩存Cbits的數(shù)據(jù)，每個(gè)移動(dòng)車(chē)輛都能夠從BS或者小基站以及道路基礎(chǔ)設(shè)施中獲得服務(wù)，如果一個(gè)移動(dòng)用戶車(chē)輛不能夠從服務(wù)他的小基站或者道路基礎(chǔ)設(shè)施中獲得想要的視頻內(nèi)容，就會(huì)從宏基站BS獲得，這也是為了能夠使得移動(dòng)車(chē)輛的請(qǐng)求總能夠獲得服務(wù)。顯然，從小基站或者道路基礎(chǔ)設(shè)施下載內(nèi)容的時(shí)間會(huì)比從大基站BS下載的時(shí)間短很多，并能夠有效減小鏈路負(fù)載。步驟2：基于請(qǐng)求文件的分布服從齊普夫Zipf分布，按照流行程度由高到低進(jìn)行排序，選取前50％的文件:移動(dòng)用戶請(qǐng)求文件的流行程度符合Zipf分布，即：其中，1≤i≤F其中：fi是視頻文件受歡迎程度的概率，即在所有請(qǐng)求文件中所占的概率，γ表示請(qǐng)求文件的相對(duì)流行程度的分布，γ越大，請(qǐng)求就越集中在流行程度高的文件中。根據(jù)請(qǐng)求視頻文件的流行程度分布，用集合Ω表示，Ω＝{f1,f2,...,fF}，選取視頻文件中前50％的流行程度高的文件ΩF/2＝{f1,f2,...,fF/2}進(jìn)行編碼緩存。步驟3:利用噴泉碼，將選取受歡迎的視頻文件平均緩存到小基站和道路基礎(chǔ)設(shè)施中：噴泉編碼的編碼方式遵從如下法則：每個(gè)源文件等大小的分為K個(gè)碼元，即表示為s1,s2,…sK，經(jīng)過(guò)噴泉碼編碼產(chǎn)生的碼元tn是從s1,s2,…sK中隨機(jī)dn個(gè)相互異或而得到，其中源文件進(jìn)行異或的個(gè)數(shù)dn，稱(chēng)之為度，而度服從一個(gè)概率分布ρ(d)，本發(fā)明采用理想情況下也是最常用的度概率分布：ρ(d)=1Kd=1;1d(d-1)d=2,3,...,K;]]>顯然，ρ的選擇依賴(lài)于源文件的碼元個(gè)數(shù)K，所有的選擇都是隨機(jī)的，其中dn表示參與編碼的sk的個(gè)數(shù)，輸出的碼元tn是有任意的dn個(gè)sk異或而得。度只是決定了編碼有幾個(gè)sk異或而成，但并沒(méi)有確定是哪幾個(gè)sk異或，而sk的選取也是由隨機(jī)的源文件s1,s2,…sK序列中隨機(jī)的選取兩個(gè)進(jìn)行異或得到編碼分組tn。只要接收者，也就是文章中的移動(dòng)用戶車(chē)輛收到任意K個(gè)以上的tn，就能夠恢復(fù)源文件。根據(jù)視頻文件的流行程度分布和步驟2中選取的文件集合，ΩF/2＝{f1,f2,...,fF/2}，將選出的受歡迎的每個(gè)視頻文件f分成K塊，按照噴泉碼的編碼規(guī)則，將根據(jù)度的分布，隨機(jī)選擇進(jìn)行異或，編碼后每個(gè)視頻文件f都會(huì)得到L個(gè)編碼分組tn(f)，(tn(f)表示文件f經(jīng)過(guò)編碼后得到的分組)，其中L是每個(gè)視頻文件編碼后得到的總的分組個(gè)數(shù)，根據(jù)小基站和道路基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量，平均分配每個(gè)視頻文件的編碼分組：l=LM+N]]>其中：l表示平均緩存到每個(gè)小基站和基礎(chǔ)設(shè)施中編碼分組的數(shù)量，方便起見(jiàn)L是M+N的整數(shù)倍，M是小基站的數(shù)量，N是道路基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量，注意，每個(gè)小基站和基礎(chǔ)設(shè)施中緩存的視頻數(shù)據(jù)大小不能超過(guò)其容量大小Cbits。步驟4：行駛中的移動(dòng)車(chē)輛發(fā)出請(qǐng)求的文件后，沿路的小基站以及道路基礎(chǔ)設(shè)施首先查看本地緩存中有沒(méi)有緩存該請(qǐng)求的文件，若有，則緩存命中并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給車(chē)輛，行駛中的車(chē)輛只要從沿途小基站和基礎(chǔ)設(shè)施接收到任意K個(gè)編碼后的文件即可恢復(fù)出源文件，否則，將該請(qǐng)求發(fā)送給宏基站，宏基站再將該請(qǐng)求的文件發(fā)送給請(qǐng)求的車(chē)輛。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3