基于VANET的最新缓存技术研究与分析

随着车载自组织网络的发展,用户对广播数据的实时性要求也越来越高,而数据缓存技术正是提高数据传播实时性的关键因素,这项技术也因此受到了学术界的广泛关注。笔者首先介绍了一些最新的缓存技术,进行分析了这些缓存技术,最后对这些缓存技术的可改进之处进行了总结思考与展望,希望能够为相关研究提供借鉴。     

基于PIT相似性的VANET混合协同缓存策略

针对车载自组织网络存在内容重复传输和访问时延长的问题,设计一种基于待处理请求表(PIT)相似性的混合协同缓存策略。依据中心节点PIT相似度,给出自适应构建缓存社区的方法。采用虚拟分布式哈希表实现相似区域的缓存调度,并在区域外采用下游节点保留副本策略实现混合协同。实验结果表明,与ICN经典缓存算法相比,该策略能够以较低的通信开销和存储代价,降低网络负载和节点缓存操作频度,提高缓存利用率。     

MANET中基于簇的缓存一致性维护策略

协作缓存在移动自组织网络中得到了充分的应用和部署.提出了一种基于簇的一致性维护策略CCS(cluster-based consistency scheme).在CCS中,相邻的节点组成一个簇.每个簇中挑选一个能量较高、较稳定的节点作为簇头,而簇中的其他节点与簇头节点最多相距两跳.簇头节点利用基于DHT(distributed Hash table,分布式哈希表)的Chord协议作为组管理协议,即簇头节点组戍一个Chord环.通过动态地在Chord环上建立更新树传播更新内容.这样,更新数据在不同的簇之间是通过更新树传播的,而在簇内是通过MAC层的广播传播的.仿真实验结果表明,与基于流言传播的缓存一致性维护策略相比,CCS具有开销小、成功率高和传播快的特点.     

车载自组织网络中基于蚁群算法的簇路由协议

由于车辆的高速移动及拓扑动态变化,构建稳定的传输路径是车载自组织网络VANETs(Vehicular ad hoc Networks)应用的关键。而簇技术建立稳定传输路径的有效技术之一。为此,提出基于蚁群算法的簇路由ACCR(Ant Colony algorithm based cluster routing)协议。蚁群系统是典型的启发性算法,能够解决簇划分问题。据此,ACCR协议利用蚁群算法选择簇头,提高簇的稳定性和数据传输性能。仿真结果表明,与ACO-CR协议相比,提出的ACCR协议的簇头寿命提高了近20%,数据传输率提高了近45%。     

基于簇头中继的边缘车联网多层缓存策略

针对边缘车联网中移动云计算传输延迟高、车辆高速移动且单一车辆节点存储能力有限而引起内容获取延迟过高的问题,建立基于协同式自适应巡航控制的车辆簇模型,提出基于簇头中继的多层缓存策略(CHRMC),实现内容缓存位置的最优选取。在建立相对稳定的簇内车间通信和多车辆协同缓存的情况下,利用簇头车中继传输的缓存策略,降低车辆移动性和存储资源有限性对内容缓存效率的影响。仿真结果表明,相比已有研究,所提策略能够在有效增加车辆簇内容缓存的同时,降低内容获取的延迟。     

边缘计算中基于博弈论的数据协作缓存策略研究

针对边缘计算中服务器存储能力有限的问题,提出一种基于博弈论的数据协作缓存策略。该策略根据基站覆盖范围将边缘计算环境划分为多个区域,每个区域与相邻区域协作缓存数据资源。在每个区域中,计算每个数据块对本地区域及相邻区域的缓存价值,根据待缓存资源的缓存价值进行缓存决策,最小化用户获取数据资源的延迟。仿真实验结果表明,提出缓存策略比现有非协作缓存策略数据资源平均获取延迟降低了36.55%,有效降低了数据资源平均获取延迟。     

车载自组织网络基于簇的协作MAC协议研究

随着无线通信技术的发展,车载自组织网络(Vehicular Ad Hoc Network,VANET)已经成为一个新型的研究领域。针对VANET中车辆行驶的特征以及车辆间安全信息传输严格的时延限制和高可靠性要求,提出了一种基于簇的协作MAC(CCB-MAC)协议用于安全信息的传输。当在广播期间节点没有接收到安全信息时,被选择的辅助节点重传先前侦听到的安全信息到目的节点,并且重传是在未被预留的时隙中进行的,这将不会中断正常的传输。数值分析和仿真结果表明,CCB-MAC明显提高了安全信息传输成功的概率,降低了传输时延和丢包率。     

基于分簇多节点协作规划的无线传感器网络定位算法

为了提升无线传感器网络的定位精度,减少网络在进行定位运算时节点能量消耗过大等问题,提出一种基于分簇的多节点协作规划的无线传感器网络定位算法,该算法先通过将网络形成多个分簇,计算簇内节点间的相对距离,再通过协作规划的方法来提升节点坐标定位的准确度。得到簇内节点相对簇头的位置坐标后,再求出簇头相对于汇聚节点的位置坐标,从而实现在网络中对任意节点的精确定位。实验仿真结果表明,与基于加权质心和参考节点序列的定位算法相比,基于分簇的多节点协作规划的定位算法可以得到更好的定位精度。     

基于遗传特征的车载网络分簇路由算法研究

路由算法是车载自组织网络的通信基础.然而现有的路由算法存在高时延、通信性能不稳定等缺陷,难以适应车辆变道预警、超车预警、碰撞预警和车载网络安全预警需求.基于此,文中采用IEEE802.11p通信标准基于经典的曼哈顿街区提出了基于遗传特征的分簇路由(genetic-characteristics-based cluste...     

基于非协作博弈的边缘分布式缓存方案

随着多媒体数据流量的急剧增长,传统云计算模式难以满足用户对于低延时和高带宽的需求.虽然边缘计算中基站等边缘设备拥有的计算能力以及基站与用户之间的短距离通信能够使用户获得更高的服务质量,但是如何利用边缘节点的收益和成本之间的关系设计边缘缓存策略,仍然是一个具有挑战性的问题.利用5G和协作边缘计算技术,在大量短视频应用场景下,提出了一种协作边缘缓存技术来同时解决以下3个问题：（1）通过减少传输延时,提高了用户的服务体验;（2）通过近距离传输,降低了骨干网络的数据传输压力;（3）分布式的工作模式减少了云服务器的工作负载.首先定义了一个协作边缘缓存模型,其中,边缘节点配备有容量有限的存储空间,移动用户可以接入这些边缘节点,一个边缘节点可以服务多个用户;其次,设计了一个非协作博弈模型来研究边缘节点之间的协作行为,每一个边缘节点看成一个玩家并且可以做出缓存初始和缓存重放策略;最后,找到了该博弈的纳什均衡,并设计了一个分布式的算法以达到均衡.实验仿真结果表明,提出的边缘缓存策略能够降低用户20%的延时,并且减少了80%的骨干网络的流量.     

基于协作传输的大范围WSNs能耗均衡分簇算法

由于大范围无线传感器网络（WSNs）节点的数量巨大,网络的能量消耗极不均,提出一种基于协作传输的分簇算法—EBBMCC—LS算法。该算法在保证网络均匀分簇的前提下,能保证网络中簇头节点的均匀分布,在簇间通信时加入协作传输策略,传感器节点之间通过协作传输构成虚拟多天线系统,改善系统性能,解决了大范围WSNs中的能耗不均现象。实验验证：该算法能够均衡大范围WSNs中的能耗,延长网络寿命,可促进大范围WSNs应用的推广。     

内容中心网络中基于用户偏好的协作缓存策略

针对内容中心网络（CCN）中节点默认缓存所有经过的内容,未能实现对内容选择性缓存与最佳放置的问题,提出一种基于用户偏好的协作缓存策略（CCUP）。首先,考虑用户对内容类型的喜好和内容流行度作为用户本地偏好度指标,实现缓存内容的选择;然后,对需要缓存内容执行差异化缓存策略,全局活跃的内容则缓存在重要的中心节点,非活跃内容则按本地偏好度与节点同用户距离层级匹配缓存;最后,实现用户对本地偏好内容的就近获取和全局活跃内容的快速分发。仿真结果表明,相比典型缓存策略（LCE、Prob（0.6）、Betw）,CCUP在平均缓存命中率和平均请求时延方面有明显优势。     

VANET随机部署环境下基于改进型共享最近邻密度峰聚类的快速分簇算法

针对车辆高速移动场景下,网络拓扑变化过大导致网络分簇结果不稳定的问题,提出一种基于改进型共享最近邻密度峰聚类的快速成簇算法SNNCA(shared nearest neighbor clustering algorithm);通过综合考虑节点的链路生存周期和移动相似性,提出一种全新的节点连接稳定程度评估指标,并将该评估指标应用于节点共享最近邻的计算过程,以组织网络节点为划分合理的多跳簇结构;为适应网络环境的动态变化,提出一种簇维护策略,其中每个层级的簇成员承担着维护下一层级簇成员的任务,该策略能够对簇成员进行批量分离或合并,从而实现了算法的分布式快速收敛;根据随机部署场景中进行的仿真实验结果显示,相比其他较新算法,SNNCA算法降低了74%的簇数量,并且簇成员的平均存活时间增加了近1倍,表现出更好的网络稳定性和健壮性。     

基于社会关系感知的边缘网络缓存策略

针对当前的边缘缓存策略存在的传输时延高、对较小区域中用户社会关系感知不足的问题,结合热点内容平均流行度和用户兴趣度,提出基于社会关系感知的边缘缓存策略.首先,根据热点内容平均流行度和用户兴趣度,估算用户需求,用户需求相似度反映了用户的社交关系强度;然后,依据用户的关系强度选择用户作为辅助缓存位置;最后,综合考虑缓存位置的选取和用户需求的选择,设计了基站协作缓存、用户辅助缓存的联合缓存策略.仿真实验表明,所提缓存策略相比较于传统的缓存策略在缓存命中率和系统缓存时延上均有一定的提升.     

基于用户偏好的协作内容缓存策略

随着无线网络不断增长的业务需求,蜂窝架构频谱资源受限,回程容量将成为系统瓶颈。为了缓解这种瓶颈,考虑一种特殊的异构蜂窝网络,结合缓存节点的部署、用户位置分布、用户对请求内容的偏好以及缓存节点有限的存储空间,对内容存储及用户关联联合优化问题进行建模分析。将目标函数建模为请求时延的最小化,简单证明该问题是NP-hard的,并设计了基于改进KM(Kuhn-Munkres)的内容放置策略。最后,通过实验比较了该算法与其他基准方案的性能。     

基于区域用户需求感知的边缘缓存策略研究

针对当前的边缘缓存策略存在的传输能耗高、对较小区域中用户需求感知不足的问题,结合全网与区域在流行内容和流行特征的差异,提出基于区域用户需求感知的边缘缓存策略。首先,依据区域用户的长/短期兴趣和全网流行度信息,估算用户的请求意愿;然后,综合区域用户的需求选择待缓存内容及缓存优先级;最后,考虑基站的位置和用户需求的差异,设计区域缓存能耗优化的联合放置策略。仿真结果表明,所提策略与传统的缓存策略相比在请求命中率、字节命中率和缓存能耗上均有一定提升。     

VANET中基于约束区域中继的协作通信性能研究

研究了协作通信对车载自组织网络(VANET)性能的影响。中继节点参与通信会提高单链路传输的可靠性,然而大多数研究忽略了采取中继节点会扩大通信干扰范围的影响,从而带来的额外干扰也会影响其他链路的通信。为此,通过构建一个菱形的中继节点选择区域来限制增大干扰区域的不利影响,进而提出一种新的评估协作通信性能的方法,并得到中断概率和网络吞吐量的数学表达式。数值分析和仿真结果表明,协作通信能够显著降低通信中断概率,但其对整个网络的吞吐量性能并不总是有效的,合理地设置中继选择区域大小能有效提高网络吞吐量。     

一种基于分簇蚁群策略的无线传感器网络路由算法

如何最大化地延长网络的生存时间是无线传感器（WSN）网络研究的核心问题.基于分簇策略,提出一种能量有效的路由算法（EEA）.该算法利用分簇原理减少了参与寻找最优路径的节点数,从而降低了系统的能耗.同时设计一种改进的最优路径评价标准,该标准兼顾了传输路径上各节点的剩余能量和最优路径上总的能量消耗.仿真结果表明,与其他蚁群策略的路由算法（如：基于蚁群算法的路由算法（ARA）和EEAWSN）相比,该算法能在寻找最优路径时避开剩余能量少的节点,使最优路径上各节点的能量呈整体性衰落,从而沿长了网络的寿命.     

基于剩余能量等级的MANET分簇算法

移动自组织网络具有自组织、动态拓扑、多跳通信和分布式控制等特点,可应用于小型区域战场和灾后现场的通信。然而通常由于节点能源受限,网络生存时间短暂,最大化利用现有资源是研究自组织网络的重要方向。自适应分簇算法是根据监测区域和节点位置划分网格,通过比较不同簇数下LBF值,得到最合理的分簇结构,进而以剩余能量等级最高的节点作为簇头。通过对100个节点时指定簇头、轮换簇头和自适应分簇三种算法下的网络节点生存时间和每轮节点的能量方差进行仿真,得出自适应分簇算法将网络生存时间明显延长,并平衡了簇头的负载。     

无线多跳网络分簇协作路由算法

协作路由将物理层的协作通信技术和网络层的路由选择技术相结合是一种提高网络性能的跨层路由设计方案.现有的协作路由算法没有充分利用网络拓扑结构的特点,难以获得最优的协作路由.基于无线网络节点分布概况,提出一种分簇协作路由算法,以提高网络性能并增强网络的可靠性.该算法的分为三个阶段,簇的形成,簇间路由和簇内路由.算法的每个阶段都从节点分布对协作通信的影响出发优化协作路由设计,充分利用了无线网络中物理介质的广播优势和周围节点协作的优势.仿真结果表明,本文所提出的协作路由算法能够显著降低路由的中断概率,提高网络的可靠性.