数据广播系统缓存一致性维护及缓存替换算法的研究

摘要

近年来，无线通信技术、Internet技术以及移动设备的广泛应用促进了移动计算技术的发展。移动计算环境不同于传统的分布式计算环境，有着鲜明的特点：移动性、频繁断连性、资源的局限性、通信不对称性和多样性。这些特点限制了分布式数据库技术在移动环境下的应用，同时促进了新研究领域的发展。移动计算环境中的数据广播技术作为有效利用无线带宽进行数据分发的技术已经被广泛和深入的研究，国内外的很多学者都对数据广播系统的效率进行过研究验证。
　　数据广播系统的核心技术是服务器端的广播算法和客户端的缓存管理算法。服务器端广播算法包括广播调度算法和广播内容选择算法等，而客户端缓存算法包括缓存一致性维护算法和缓存替换算法等。
　　本文分析了经典磁盘广播算法，并采用该算法作为系统模拟分析的服务器端算法。本文分析了缓存管理的三个关键问题，即缓存粒度、缓存一致性维护算法、缓存替换算法，并在缓存一致性算法和缓存替换算法上作出了改进。
　　本文提出了RPCC缓存一致性维护协议，它的主要优点是利用了移动节点之间的数据共享，从而数据请求节点可以以较少的通信代价而获得相应数据；同时，由于从节点到节点的延迟时间比从节点到服务器的延迟时间小，因此减少了数据请求的延迟时间。
　　本文采用了NS2网络模拟软件对数据广播系统进行模拟，对客户端数据请求进行了带宽测量和查询延迟时间的测量。结果表明，本文提出的缓存管理算法在缓存一致性维护的开销和缓存的查询延迟等指标上具有较好的性能，因此文中改进和提出的算法有很好的理论价值和实际应用价值。在未来的研究中，缓存替换算法是值得进一步研究的热点问题。

目录

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第1章 绪论

1.1课题背景

1.2研究内容

1.3本文主要工作

1.4论文结构

第2章 数据广播系统

2.1引言

2.2移动计算环境

2.2.1 移动计算环境模型

2.2.2 移动计算环境约束

2.2.3 移动计算环境特点

2.3移动数据库

2.3.1 移动数据库结构

2.3.2 移动数据库关键技术

2.4数据广播技术

2.4.1 数据广播的基本假设

2.4.2 数据广播系统的结构

2.4.3 服务器广播技术

2.4.4 客户端缓存技术

2.5本章小结

第3章 缓存一致性维护策略的设计

3.1引言

3.2缓存一致性算法的分类

3.3基于单元网络的失效报告算法

3.3.1 广播时间印方法

3.3.2 自适应方法

3.3.3 异步状态法

3.3.4 基于有效值方法

3.4多跳网络缓存一致性维护算法设计方案

3.5本章小结

第4章 缓存一致性维护协议的实现

4.1引言

4.2协作式缓存的构建过程

4.3 RPCC协作式缓存一致性维护协议

4.3.1 RPCC协议中使用的数据结构和消息结构

4.3.2 RPCC协议的工作过程

4.3.3 RPCC协议处理不同的缓存一致性需求

4.3.4 RPCC协议处理断连问题

4.4本章小结

第5章 缓存替换算法的改进

5.1引言

5.2缓存替换算法的分类

5.2.1 传统替换算法直接扩展

5.2.2 基于特征的替换算法

5.2.3 基于代价函数的替换算法

5.3数据广播系统的缓存替换算法

5.3.1 PIX和LIX缓存替换算法

5.3.2基于RPCC协议的缓存替换算法

5.4本章小结

第6章 系统模型和算法结果分析

6.1系统模拟参数

6.2缓存一致性维护算法的比较协议

6.3缓存一致性维护算法的性能分析实验

6.3.1 衡量系统性能的参数

6.3.2 缓存一致性维护算法的实验步骤

6.4缓存一致性维护算法的实验结果

6.4.1 查询间隔时间的影响

6.4.2 更新间隔时间的影响

6.4.3 系统的平均消息开销

6.5本章小结

结论

参考文献

发表的学术论文

原创性声明

授权书

致谢