CN116600349B - 卫星数据边缘缓存方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种卫星数据边缘缓存方法，包括计算出客户端与相近卫星之间传输的所需能耗，得到综合比较值，选取最小的综合比较值对应的边缘缓存卫星作为第一优选卫星；当出现多区域同时缓存数据时，获取出各缓存数据的客户端所在区域的卫星信息，将第一优选级的缓存数据发送给其所在区域的第一优选卫星，将第二优选级的缓存数据发送给其所在区域的第一优选卫星，若两个卫星为同一卫星，则将第二优选级的缓存数据发送给其所在区域的第二优选卫星。本发明在客户端的节点周围的多个边缘缓存卫星中，选取最优的边缘缓存卫星作为通信数据的缓存卫星，提高了数据缓存的效率，缓解卫星传输压力。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种卫星数据边缘缓存方法。
背景技术
随着高性能计算环境的不断发展，数据传输和存储也迈入了新的发展阶段。缓存长期以来一直是存储临时数据或文件供用户快速检索的机制。由于全球来自从城市中心到不同地点对数字资源的需求不断增长，边缘计算成了将开发人员和服务提供商与互联网客户连接起来的主要方式。边缘缓存将传统的缓存方法和机制集成到边缘计算基础设施中，通过将内存存储移到更靠近最终用户的地方。边缘缓存减轻了网络的压力，并改善了内容交付。
在相关技术中，边缘缓存的过程时，客户端将内存存储转移到靠近用户地理位置最近的缓存卫星时，往往因为路由的时间长短以及响应时间过长等问题导致缓存的延迟增高，缓存的效率较低，进而降低了用户的体验感,并且在数据缓存时没有做出很好的优先级划分，导致单个卫星可能接受到较多的数据信息，增大了卫星的负担。
发明内容
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种卫星数据边缘缓存方法，能够有效地解决现有技术中缓存效率低的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
本发明提供一种卫星数据边缘缓存方法，包括：获取缓存数据的客户端节点信息，其中节点信息包括区域信息识别码和生成时刻值，获取与客户端相近的卫星信息；
分析获取到的数据类型和数据的大小，计算客户端节点至各个边缘缓存卫星的响应时间间隔，并计算出客户端与相近卫星之间传输的所需能耗，将各个边缘缓存卫星的能耗值与对应的响应时间间隔值相加得到综合比较值，选取最小的综合比较值对应的边缘缓存卫星作为第一优选卫星；
当客户端节点周围卫星较少时，调节卫星信号覆盖的范围，提高相邻卫星之间信号覆盖范围的重合信号范围，并使客户端节点处在该重合信号范围中，提高客户端节点可选择的传输卫星；
根据数据的大小来判断数据的处理方式，当数据较大时对数据进行压缩处理后传输；当数据较小时根据文件的数量选择处理方式，若文件的数量较多选择整合压缩后传输，若文件数量较少时选择直接传输；
当出现多区域同时缓存数据时，获取出各缓存数据的客户端所在区域的卫星信息，判断出卫星的优选级，判断各数据的优选级，将第一优选级的缓存数据发送给其所在区域的第一优选卫星，将第二优选级的缓存数据发送给其所在区域的第一优选卫星，若两个卫星为同一卫星，则将第二优选级的缓存数据发送给其所在区域的第二优选卫星。
进一步地，计算客户端节点至边缘缓存卫星的能耗值包括：
获取客户端节点至边缘缓存卫星的路由能耗与缓存文件大小V；
根据第一公式得到所述客户端节点至边缘缓存卫星的能耗E，其中，所述第一公式：。
进一步地，所述综合比较值，其计算方法为：其中S为综合比较值，T为所述客户端节点至各个边缘缓存卫星的响应时间间隔，/>分别为权重系数。
进一步地，获取以时间间隔为周期的各个采样时刻的综合比较值，以时间间隔为周期根据所述各个采样时刻的综合比较值生成瞬时综合比较值数据组，其中，，Z表示所述以时间间隔/>为周期的个数，/>；
将得到瞬时综合比较值数据组的平均值作为待处理综合比较值，并将所述待处理综合比较值存储于历史综合比较值数据组。
进一步地，获取缓存文件类别区分码；
判断所述缓存文件类别区分码是否为读档文件，若是，则选取边缘卫星响应时间间隔短的边缘缓存器作为所述第一优选卫星。
进一步地，获取所述缓存文件类别区分码；
判断所述缓存文件类别区分码是否为存档文件，若是，则判断所述存档文件的大小是否大于第一预设阈值，若是，预先压缩再选取边缘卫星能耗小的边缘缓存器作为所述第一优选卫星，若否，进一步判断所述缓存文件的文件数量是否大于第二预设阈值，若是，对所述缓存文件进行预先压缩处理并选取边缘卫星能耗小的边缘缓存器作为所述第一优选卫星，若否，直接选取边缘卫星能耗小的边缘缓存器作为所述第一优选卫星。
本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
本发明通过获取客户端的节点信息，计算得到各个边缘缓存卫星的能耗和响应时间间隔，并将各个边缘缓存卫星的能耗值与对应的响应时间间隔值加权得到综合比较值，选取最小的综合比较值对应的边缘缓存卫星作为第一优选卫星，其次在多个客户端同时选择同一个卫星作为传输对象时，现在传送最优先级数据，将其他数据传输给相近的次级优先卫星，以此来缓解卫星的传输压力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中卫星数据边缘缓存方法的流程图；
图2为本发明中针对不同卫星数据类型缓存方法流程图；
图3为本发明中多个区域数据同时进行缓存时的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
本实施例提供了一种卫星数据边缘缓存方法，以解决因选择距离用户地理位置最近的边缘缓存卫星进行缓存而导致的缓存效率低的问题。
图1为本发明的应用场景示意图。如图1所示，客户端向卫星发送数据请求，卫星响应请求数据，验证并获取客户端的节点信息，其中节点信息包括用户基本信息、用户区域信息、区域权限信息、空间信息、空间名称、空间位置和空间权限信息等进行识别，其中，用户的区域信息可以包括区域信息识别码。值得说明的是，该卫星的通信覆盖范围包含所有的边缘缓存卫星，并根据位置信息来确定距离客户端最近的边缘缓存卫星，接着边缘缓存卫星与客户端建立有效链接，最终进行数据的缓存。在上述过程中，一方面，因在边缘缓存卫星与客户端之间数据的传输过程中会出现一些干扰因素，会出现延迟增高现象、丢包率增加等现象，进而影响到传输的效率降低，其中，干扰因素包括公网网络的波动等；另一方面，不同的边缘缓存卫星在与客户端进行数据缓存过程时，因其核心路由器的数量、边缘路由器的数量不同导致其缓存的效率也不相同，导致不同的边缘缓存卫星的缓存效率存在着差异。综上，优选选取缓存效率高的边缘缓存卫星进行缓存数据是迫切需要的。
图2为本发明实施例的所示的卫星数据边缘缓存方法的流程图，参照图2所示，该方法可以包括步骤S201至步骤S203。
步骤S201：获取缓存数据的客户端节点信息，其中节点信息包括区域信息识别码和生成时刻值，获取与客户端相近的卫星信息；
步骤S202：分析获取到的数据类型和数据的大小，计算客户端节点至各个边缘缓存卫星的响应时间间隔，并计算出客户端与相近卫星之间传输的所需能耗，
步骤S203：将各个边缘缓存卫星的能耗值与对应的响应时间间隔值相加得到综合比较值，选取最小的综合比较值对应的边缘缓存卫星作为第一优选卫星；
当客户端节点周围卫星较少时，调节卫星信号覆盖的范围，提高相邻卫星之间信号覆盖范围的重合信号范围，并使客户端节点处在该重合信号范围中，提高客户端节点可选择的传输卫星；
根据数据的大小来判断数据的处理方式，当数据较大时对数据进行压缩处理后传输；当数据较小时根据文件的数量选择处理方式，若文件的数量较多选择整合压缩后传输，若文件数量较少时选择直接传输。
在此值得说明的是，一方面，边缘缓存卫星的正常工作需要消耗一定电能，另一方面，由于边缘缓存的存储容量有限，需要对缓存的内容进行频繁的更新，这些更新会导致额外的网络传输能耗。在步骤S202中，根据区域信息识别码分别计算客户点节点至各个边缘缓存卫星的能耗，得到各个边缘缓存卫星缓存客户端数据的能耗值，其中，该能耗值为由核心路由器能耗、边缘路由器数量及能耗、宽带网络网关能耗、以太网交换机能耗等组成的路由能耗，相应地，路由能耗高，说明数据缓存路由路径长，缓存时间增加，进而缓存效率降低，反之路由能耗越低，数据缓存路由路径短，缓存时间减少，进而缓存效率提高。在步骤S202中，客户请求的缓存文件的元数据中携带生成时刻值，缓存文件的元数据还包括访问频度、文件大小、文件指纹和文件UUID（universally unique identifier）信息，文件指纹和UUID可由算法生成，文件指纹主要用来向卫星***发送验证请求，以校验文件是否过期，文件的UUID信息可以用来判定文件的类型。由于客户端的节点位置与各个边缘缓存卫星的通信距离、地理环境、天线增益以及各个通信信道的容量不同，所以客户端节点至各个边缘缓存卫星的响应时间间隔也不相同，根据客户端的节点生成时刻值与边缘缓存卫星的响应时刻得到响应时间间隔，响应时间间隔短，边缘缓存卫星与客户端的节点之间的通信干扰较小，则数据缓存效率高。
综上，在边缘缓存卫星的能耗与对应的响应时间间隔值两个参考因素的考量下，选取缓存效率高的边缘缓存卫星作为缓存数据的边缘缓存卫星，能够解决现有技术中因客户端将内存存储转移到靠近用户地理位置最近的缓存卫星而导致缓存的效率低的问题，相对应的提高缓存效率。
作为可选的实施例，在步骤S202中，获取客户端节点至边缘缓存卫星的路由能耗与缓存文件大小V；根据第一公式得到客户端节点至边缘缓存卫星的能耗E，其中，第一公式：/>，该路由能耗由核心路由器能耗值、边缘路由器数量及能耗值、宽带网络网关能耗值、以太网交换机能耗值求和得到，缓存文件大小V可由客户请求的缓存文件的元数据中读取。
作为可选的实施例，在步骤S203中，计算综合比较值，其计算方法为：其中S为综合比较值，T为客户端节点至各个边缘缓存卫星的响应时间间隔，/>分别为权重系数。将各个边缘缓存卫星的能耗值与对应的响应时间间隔值加权得到综合比较值，得到综合比较值数据组，选取最小的综合比较值对应的边缘缓存卫星作为第一优选卫星，第一优选卫星即客户端节点请求缓存文件的边缘缓存卫星。
在一些实施例中，获取以时间间隔为周期的各个采样时刻的综合比较值，以时间间隔/>为周期根据所述各个采样时刻的综合比较值生成瞬时综合比较值数据组，其中，，Z表示所述以时间间隔/>为周期的个数，/>。在此可以举例说明，可选取时间段为9点至12点，时间间隔/>为4个小时，时间间隔/>为1个小时，获取9点、10点、11点及12点时刻的综合比较值，生成瞬时综合比较值数据组，根据瞬时综合比较值数据组得到平均值，并将该平均值作为待处理综合比较值，并将待处理综合比较值存储于历史综合比较值数据组中。当客户端的节点再次在同位置区域、同时段进行相同类型数据缓存请求时，可以依据该时段的历史综合比较值数据中查询对应的待处理综合比较值，可以将该对应的待处理综合比较值作为综合比较值。根据历史的综合比较值数据可以快速得到该客户端节点在同位置区域、同时段进行相同类型数据缓存的综合比较值，进而快速判断该边缘缓存卫星是否为当前缓存效率最快的边缘缓存卫星，并选取当前缓存效率较高的边缘缓存卫星作为边缘缓存卫星，进而节省了计算综合比较值的时间，相应地，数据缓存的效率得到了提高。
作为优选的实施例，选取R个任意连续的时间间隔的周期记为周期S，得到R个待处理综合比较值按照存储时间由长到短的排序组成历史综合比较值数据集，并将历史综合比较值数据集中存储时间最长的待处理综合比较值清除。综上，周期性地更新历史综合比较值数据组的待处理综合比较值，能够更加准确的反应该边缘缓存卫星的缓存效率情况，能够快速地选取边缘缓存卫星，进而提高缓存效率。
在一些实施例中，图2为本发明实施例的所示的另一种卫星数据边缘缓存方法的流程图，
获取缓存文件类别区分码；
判断所述缓存文件类别区分码是否为读档文件，若是，则选取边缘卫星响应时间间隔短的边缘缓存器作为所述第一优选卫星；
判断所述缓存文件类别区分码是否为存档文件，若是，则判断所述存档文件的大小是否大于第一预设阈值，若是，预先压缩再选取边缘卫星能耗小的边缘缓存器作为所述第一优选卫星，若否，进一步判断所述缓存文件的文件数量是否大于第二预设阈值，若是，对所述缓存文件进行预先压缩处理并选取边缘卫星能耗小的边缘缓存器作为所述第一优选卫星，若否，直接选取边缘卫星能耗小的边缘缓存器作为所述第一优选卫星。
综上，客户端进行数据缓存请求时，卫星对缓存文件的类别进行识别，识别出该缓存文件的区分码为读档文件，为保证读档文件的时效性，对边缓存器的响应效率有极大的依赖性，因此要优选选取边缘卫星响应时间间隔短的边缘缓存器作为第一优选卫星，可以更有效地提高边缘缓存卫星的选取效率，相应地，提高缓存效率，提高用户的体验感。
对存档文件大小大于第一预设阈值的文件，可以对存档文件进行压缩再选择边缘卫星能耗小的边缘缓存器作为第一优选卫星，并进行缓存文件，可以节省边缘缓存卫星的电量消耗，提高边缘卫星的续航能力，而在缓存文件较小时，可以判断内部文件的数量是否过多，若过多也会选择压缩再进行传输，反之则直接传输。
当出现多区域同时缓存数据时，获取出各缓存数据的客户端所在区域的卫星信息，判断出卫星的优选级，判断各数据的优选级，将第一优选级的缓存数据发送给其所在区域的第一优选卫星，将第二优选级的缓存数据发送给其所在区域的第一优选卫星，若两个卫星为同一卫星，则将第二优选级的缓存数据发送给其所在区域的第二优选卫星。
如图3所述，以四个客户端同时发送缓存数据为例，将这四个客户端分别标记为：A、B、C、D，为了保证四个客户端将设备都能被尽可能多的卫星所覆盖，则设定四个客户端周围最多会有九个卫星，即相邻的两个客户端会有重复的两个卫星被使用，对每种信息传输情况进行标记：
客户端A传输的情况分别标记为：；
客户端B传输的情况分别标记为：；
客户端C传输的情况分别标记为：；
客户端D传输的情况分别标记为：；
在此设定数据优先级为：A＞B＞C＞D，以客户端A和客户端B为例，二者均可将数据传递到2号卫星和5号卫星，通过综合计算，2号卫星5号卫星分别为第一优选卫星和第二优先卫星，此时需要根据客户端的优先级对客户端A和客户端B进行传输，当客户端A的优先级大于客户端B时，即客户端A的数据优先传输给第一优选卫星（即2号卫星），即客户端A的传输标记最终确认为：，而在客户端A的数据传送到2号卫星后，2号卫星相对于其覆盖的其他的客户端失去优先权，即其他客户端数据在挑选传输卫星时会将2号卫星排除（前提是优先级低于客户端A），即客户端B最后会在/>三种传输选项中选择最优级传送卫星，即客户端B就会优先选择到5号卫星。
以此类推，当C客户端和D客户端选择卫星进行数据缓存时，当5号卫星同样作为C客户端和D客户端的最优选卫星时，在客户端B的数据优先级大于C客户端和D客户端时，C客户端和D客户端就会在选择传输卫星时直接跳过5号卫星，即最终C客户端的传输选项包括；D客户端的传输选项包括/>，此时C客户端和D客户端，若此时8号卫星同为客户端CD的最优传输卫星，则8号卫星就会优先输送C客户端的数据，同时D客户端会跳过8号卫星。
上述的传输方式可以大大缓解卫星的传输压力。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种卫星数据边缘缓存方法，其特征在于，所述方法包括：
获取缓存数据的客户端节点信息，其中节点信息包括区域信息识别码和生成时刻值，获取与客户端相近的卫星信息；
分析获取到的数据类型和数据的大小，计算客户端节点至各个边缘缓存卫星的响应时间间隔，并计算出客户端与相近卫星之间传输的所需能耗，将各个边缘缓存卫星的能耗值与对应的响应时间间隔值相加得到综合比较值，选取最小的综合比较值对应的边缘缓存卫星作为第一优选卫星；
当客户端节点周围卫星较少时，调节卫星信号覆盖的范围，提高相邻卫星之间信号覆盖范围的重合信号范围，并使客户端节点处在该重合信号范围中，提高客户端节点可选择的传输卫星；
根据数据的大小来判断数据的处理方式，当数据较大时对数据进行压缩处理后传输；当数据较小时根据文件的数量选择处理方式，若文件的数量较多选择整合压缩后传输，若文件数量较少时选择直接传输；
当出现多区域同时缓存数据时，获取出各缓存数据的客户端所在区域的卫星信息，判断出卫星的优选级，判断各数据的优选级，将第一优选级的缓存数据发送给其所在区域的第一优选卫星，将第二优选级的缓存数据发送给其所在区域的第一优选卫星，若两个卫星为同一卫星，则将第二优选级的缓存数据发送给其所在区域的第二优选卫星。
2.根据权利要求1所述的一种卫星数据边缘缓存方法，其特征在于，计算客户端节点至边缘缓存卫星的能耗值包括：
获取客户端节点至边缘缓存卫星的路由能耗与缓存文件大小V；
根据第一公式得到所述客户端节点至边缘缓存卫星的能耗E，其中，所述第一公式：。
3.根据权利要求1所述的一种卫星数据边缘缓存方法，其特征在于，所述综合比较值，其计算方法为：其中S为综合比较值，T为所述客户端节点至各个边缘缓存卫星的响应时间间隔，/>分别为权重系数。
4.根据权利要求1所述的一种卫星数据边缘缓存方法，其特征在于，
获取以时间间隔为周期的各个采样时刻的综合比较值，以时间间隔/>为周期根据所述各个采样时刻的综合比较值生成瞬时综合比较值数据组，其中，/>，Z表示所述以时间间隔/>为周期的个数，/>；
将得到瞬时综合比较值数据组的平均值作为待处理综合比较值，并将所述待处理综合比较值存储于历史综合比较值数据组。
5.根据权利要求1所述的一种卫星数据边缘缓存方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取缓存文件类别区分码；
判断所述缓存文件类别区分码是否为读档文件，若是，则选取边缘卫星响应时间间隔短的边缘缓存器作为所述第一优选卫星。
6.根据权利要求5所述的一种卫星数据边缘缓存方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述缓存文件类别区分码；
判断所述缓存文件类别区分码是否为存档文件，若是，则判断所述存档文件的大小是否大于第一预设阈值，若是，预先压缩再选取边缘卫星能耗小的边缘缓存器作为所述第一优选卫星，若否，进一步判断所述缓存文件的文件数量是否大于第二预设阈值，若是，对所述缓存文件进行预先压缩处理并选取边缘卫星能耗小的边缘缓存器作为所述第一优选卫星，若否，直接选取边缘卫星能耗小的边缘缓存器作为所述第一优选卫星。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
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Also Published As
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|---|---|
| CN116600349A (zh) | 2023-08-15 |
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