[发明专利]一种基于数据包效用值的缓存替换方法

说明书

本发明涉及一种基于数据包效用值的缓存替换方法，属于无线通信技术领域。本发明包括计算数据包的解码贡献值和被请求的密度，再根据设计的效用值计算公式计算缓存空间中每个数据包的效用值并替换效用值最小的数据包。本发明不仅能够将高流行度的数据包缓存下来，而且对高解码贡献值的数据包也有很好的响应，有利于降低按需广播网络中系统的响应时间和提高客户端的缓存命中率。

技术领域

本发明涉及一种基于数据包效用值的缓存替换方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

近年来，数据广播吸引了学术界和业界的广泛关注，因为它是向大量移动客户端传播信息的有效且可扩展的方式。按需广播是数据广播技术之一，已被广泛用于动态和大规模数据传播。客户端向服务器发送对数据项的显式请求，并且可以在一个广播中提供请求相同数据项的所有客户端。在大多数现有的按需广播策略中，每个广播中的移动客户端只能从广播信道中检索一个数据项。这限制了有限广播带宽的利用并导致服务的长响应时间。

近几十年来，已经提出网络编码技术来提高无线网络中的系统性能。以前的研究表明，网络编码可以有效地利用无线带宽来提高数据吞吐量并降低多播通信中的能耗。

为了将网络编码应用于数据广播系统，服务器需要利用关于每个客户端的高速缓存和被询问数据项的信息来构建用于广播的编码分组。因此，客户端中的缓存内容将不可避免地直接影响网络编码的效率。

然而，每个客户端的缓存容量是有限的，当缓存空间被占满后，必须根据一定的替换策略将缓存中价值较小的内容清理出来，存放新的有意义的数据，以提高缓存空间的请求命中率，由此可见，合理地对缓存内容进行管理和置换是影响系统整体性能的关键。

传统的缓存替换算法有先进先出算法(first in first out,FIFO)、最近最少使用替换算法(least frequently used,LFU)、最近最久未使用替换算法(least recentlyused,LRU)以及内容大小替换算法(SIZE)等。其中，FIFO根据队列先进先出的规则，将最先进入缓存空间的数据置换出去，这种算法复杂度低，容易实现，但请求命中率较低。LRU算法总是将最久未被访问的资源替换出缓存，认为最近被访问的数据在不久的将来被访问的概率也比较高，该算法仅从最近的请求时间上来考虑置换数据，当内容流行分布发生变化时，适应性能下降。通过统计缓存内容在过去一段时间内的访问频率，LFU替换策略认为频率高的资源其使用价值就越高，因此当缓存空间不足时，总是替换访问频率最低的内容，该算法也存在缓存污染问题，即过去访问频率高的内容即使现在不再被访问依然占据缓存空间，致使缓存空间的利用率降低。SIZE算法根据内容的大小置换数据，优先将字节数大的数据替换出去，但这种算法可能会使价值不高的小字节对象长时间保留在缓存空间中，从而降低命中率。

以上算法的设计略显片面，均采用单一目标函数来确定缓存替换对象已经不能满足多样化的网络数据需求，综上所述，如何在缓存空间的有限的情况下，合理地对缓存内容进行置换就本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了解决现有技术的上述缺陷，提供一种基于数据包效用值的缓存替换方法，综合考虑了数据包的解码贡献和被请求的密度来确定缓存对象的效用值，当缓存空间不足时，将效用值最小的数据置换出去。能够有效地提高缓存命中率，减少系统的响应时间。

本发明的技术方案是：一种基于内容价值的缓存替换方法，包括如下步骤：

客户端接收待缓存的数据包；

判断当前待缓存的数据包是否为编码包；

若待缓存的数据包是未编码包，首先判断客户端的缓存空间是否已满；

若缓存未满，则直接缓存；

若缓存已满，判断该数据包是否是客户端请求的；