[发明专利]一种基于车辆分簇的协作缓存方法

说明书

本发明公开了一种基于车辆分簇的协作缓存方法，该方法可以充分利用车载自组织网络中有限的缓存资源，有效降低车辆请求内容时的时延和成本。具体步骤如下：首先根据车辆的速度和位置以及邻居车辆的数目对车辆进行分簇，移动车辆发出内容请求后，按照簇头‑相邻簇‑路边单元RSU‑不相邻簇的顺序进行内容搜索，当找到本地缓存内容时，按原传输路径将内容返回请求车辆，相邻簇间通信通过V2V方式进行，不相邻簇间通信以路边单元作为中继。然后计算每种内容获取方式所需的时延和成本，构建一个时延和成本联合最小化的优化问题，随后采用蚁群算法对该问题进行求解，得到最优的缓存放置方案。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于车辆分簇的协作缓存方法。

背景技术

随着智能交通系统(ITS)的发展，司机和乘客不仅需要交通信息，还需要更多其他内容，例如车内娱乐和移动广告，这给车载网络造成了很大的压力。边缘缓存是在系统的边缘部署缓存，在车载网络中引入边缘缓存技术，将内容缓存在路边单元和车辆中，可以减少从远程内容服务商获取内容的概率，有效地降低内容获取时延，缓解车载网络的压力。

传统的车载网络中的缓存方法，不考虑移动车辆和路边单元之间的协作，这使得整个网络的请求内容成功率很低，也不考虑车辆分簇方法，这导致车载网络中通信链路混乱。因此应该考虑移动车辆和路边单元之间的协作缓存，将内容协同分配在车辆和路边单元RSU中，以此提高网络中缓存内容的多样性，减少冗余，降低获取缓存内容的时延和成本。同时应该引入车辆分簇的方法，提高车载自组织网络中通信的稳定性。

发明内容

本发明的目的：在于提供一种基于车辆分簇的协作缓存方法，利用车载自组织网络中有限的缓存资源，降低车辆请求缓存内容时的时延和成本。

为实现以上功能，本发明设计一种基于车辆分簇的协作缓存方法，基于缓存内容保存在目标路段上的各路边单元RSU或各路边单元RSU通信覆盖范围中的各车辆簇的簇头中，车辆簇中的车辆请求缓存内容时，先向其所属车辆簇的簇头请求，若其所属车辆簇的簇头中没有所请求的内容，则向路边单元RSU和路边单元RSU的通信覆盖范围中的其他车辆簇的簇头发出请求，车辆向与其所属车辆簇不相邻的车辆簇的簇头发出请求时，需要以路边单元RSU作为中继，按预设周期执行以下步骤，完成缓存内容位置的放置，使车辆从车辆簇的簇头或路边单元RSU中获取缓存内容，实现获取缓存内容过程中的时延和成本的最小化；

S1.分别针对目标路段上的各路边单元RSU，在各路边单元RSU的通信覆盖范围内划分车辆簇，每个路边单元RSU的通信覆盖范围中至少包括一个车辆簇，每个车辆簇中至少包括一个车辆；

S2.初始化车辆信息：分别针对目标路段上各个车辆簇内的各个车辆，以车辆通信范围内的其他车辆为邻居车辆，获取邻居车辆数量N、车辆与各邻居车辆的平均距离d、车辆与各邻居车辆的速度差总和v_d；

S3.分别计算车辆所属车辆簇内各车辆的权重，如果车辆的权重大于其所属车辆簇内各车辆的权重，则以该车辆为该车辆簇的簇头，否则该车辆为该车辆簇的簇成员；

S4.基于车辆从车辆簇的簇头或其所属通信范围的路边单元RSU获取缓存内容的方法，分别针对不同的获取缓存内容的方法，构建获取缓存内容的时延函数和获取缓存内容总成本函数；

S5.基于获取缓存内容的时延函数和获取缓存内容总成本函数，构建时延和获取缓存内容总成本最小化目标函数及约束条件；

S6.构建缓存方案样本，采用蚁群算法对时延和获取缓存内容总成本最小化目标函数进行求解，获得缓存方案样本所对应的时延和获取缓存内容总成本，以及缓存方案样本所对应的信息素、启发式信息、转移概率；

S7.以最小化时延和获取缓存内容总成本为目标，通过各缓存方案样本的参与迭代，获得使时延和获取缓存内容总成本最小的缓存方案样本，并基于该缓存方案样本，完成缓存内容位置的放置。