无线自组网中基于松散位置依赖的缓存搜索方法

摘要

本发明公开了一种无线自组网中基于松散位置依赖的缓存搜索方法，松散位置依赖模式下的搜索过程包括以下4个步骤：1)生成请求；2)本地缓存搜索，若无结果则执行步骤3)；3)向邻居用户发送搜索请求，每个邻居用户执行步骤2)的本地搜索，将结果返回产生请求的用户，由该用户选择最合适结果，若无结果则执行步骤4)；4)向服务器提交搜索请求，由服务器返回最优结果。用户在提出搜索请求时可根据具体情况附加上其可以承受的额外开销，通过比对缓存数据的有效区域以及相应的约束值来决定该缓存数据是否可用。该方法既提高了缓存的命中率，同时也降低了通信传输过程中的能量开销。

说明书

技术领域

本发明涉及到无线自组网中位置依赖信息服务的缓存数据管理，特别涉及到对于缓存数据的空间有效区域的定义和描述方法。

技术背景

位置依赖信息服务(Location Dependent Information Services，简称LDISs)是当前移动和普适环境下一类重要的应用。与以往的信息服务不同，在位置依赖信息服务中用户提出的请求在全局范围内可能存在多个备选结果，而究竟哪一个才是用户所需要的，是由请求发起时的地理位置信息所决定的。随着无线和普适计算的推广，大量的位置依赖信息服务，如交通状况查询和车辆导航等，显示出了巨大的应用前景。与有线通信不同，在无线环境下这类信息服务面临着多方面的问题，而缓存技术对提升此类系统性能有着非常积极的作用。

在位置依赖信息服务中，除了数据更新之外，缓存数据还会由于用户的位置改变而变为无效数据，即所谓的“位置依赖的缓存失效”。为了解决位置依赖的缓存失效问题，通常会在缓存数据的同时保存该数据的有效区域，这样用户在本地就可以根据有效区域来判断该缓存数据是否有效。然而保存有效区域需要额外的存储和传输开销，因此如何有效地定义和表示有效区域成为位置依赖的缓存失效研究中重要的研究内容。

现有研究对于有效区域的定义仅仅局限于严格的位置依赖关系，即各个数据对象的有效区域是不相交的，任给一个查询请求，在任一区域有且仅有一个适合的数据对象，如果该对象不在本地缓存中，则必须从服务器上获取。而在大量的实际应用中，用户的请求并不需要返回最佳的结果，只要对象在用户可以接受的范围之内，都可以作为合适的结果返回给用户。引入这种松散约束关系的好处在于更贴合用户的实际请求，同时提供了更多的备选结果，能明显提高缓存的命中率。现有的工作并不能定义这种“松散”的约束关系，因此我们需要定义新的描述方法。

发明内容

本发明的目的是针对无线自组网中位置依赖信息服务的位置依赖关系，提出了一种定义和描述松散位置依赖关系的新方法。

本发明所述的一种无线自组网中基于松散位置依赖的缓存搜索方法，其特征在于以空间约束(r)、内部对象集(Pⁱⁿ)和周边对象集(P^out)来描述一个数据对象q₀的松散有效区域，而松散位置依赖模式下的搜索过程包括以下4个步骤：

1)生成请求Q(X，(xc，yc)，Δd)；

2)本地缓存搜索，若无结果则执行步骤3)；

3)向邻居用户发送搜索请求，每个邻居用户执行步骤2)的本地搜索，将结果返回产生请求的用户，由该用户选择最合适结果，若无结果则执行步骤4)；

4)向服务器提交搜索请求，由服务器返回最优结果。

对于给定的q₀和r，松散有效区域的构造方法为：令Poly_i表示用Voronoi图划分的q_i(i＝1，...，N)的有效区域的边集，首先把q_i按到q₀的距离从小到大进行排序，取出最近的对象q_k，作曲线f(M(x，y))：|q₀M|-|q_kM|＝r，若该曲线与Poly_k的交点少于2个，则取下一个对象重复上述操作，若该曲线与Poly_k有2个交点P₁和P₂(此时的q_k即为一个周边对象)，取一个交点P₂，则必存在另一个对象q_k′，P₂也在Poly_k′的一条边上，作新的曲线f′(M(x，y))：|q₀M|-|q_k′M|＝r，得到另一交点P₃，依次下去得到新的交点P₄、P₅、…、P_m；由于过点P₁、P₂、…、P_m用双曲线段所围成的区域是封闭的，即P_m+1＝P₁，至此q₀的松散有效区域的边集构造完成，同时也找出了所有的周边对象，接下来可以对照各数据对象的位置就可以确定内部对象集，即位于该松散有效区域内的其他备选数据对象。

上述步骤2)的过程是：搜索本地缓存，找出备选结果集{Ai}，即其松散有效区域覆盖率用户的当前位置，对于每一个Ak∈{Ai}，如果其空间约束值rk≤Δd，则Ak为Q一个合适的搜索结果；否则，找出离Q(坐标为M(xc，yc))最近的备选对象qx(∈Pⁱⁿ)，令e＝|qkM|-|qxM|，若e≥Δd，则Ak亦为Q一个合适的结果，返回具有最小e的合适结果，若无结果则执行步骤3

根据本发明，用户在提出搜索请求时可根据具体情况附加上其可以承受的额外开销(即与最优结果相比需要多付出的开销)，通过比对缓存数据的有效区域以及相应的约束值来决定该缓存数据是否可用。该方法既提高了缓存的命中率，同时也降低了通信传输过程中的能量开销。

附图说明

图1是松散位置依赖模式下的有效区域示意图；

图2是松散位置依赖模式下的搜索过程示意图。

具体实施方式

无线自组网由基站和一组移动终端设备(即用户)组成，一组移动终端相互连接形成一个自组织网络。每个移动终端都有数据路由的功能，可以为其他设备转发数据。基站是一个固定的访问点，可以看作是一个数据服务器，移动终端所有请求的数据都可以从基站中取到。部分移动终端位于基站的通信范围内，它们可以与基站直接通信。如果一个移动终端位于基站的通信范围之外，它可以通过多跳通信方式，利用其他终端进行转发，从而可以访问到基站的数据。对于移动终端提出的一个搜索请求，在全局范围内存在多个备选的数据对象(其物理位置是固定的)，当用户提出搜索请求时，服务程序会根据用户的当前位置来确定适合的数据对象。

基于松散位置依赖模式的松散请求，例如“找一家附近的旅馆，那里离目前位置的距离比起与最近一家旅馆的距离不多于100米”，其用户可以承受额外开销(Δd)为多走100米。图1是松散位置依赖模式下的有效区域示意图，其中数据对象q₂为离用户M最近的备选对象，q₁离用户的距离比q₂远Δd米。可以证明对象q₁的以Δd为约束值的松散有效区域是由一组双曲线段围成的封闭区域。

本发明用空间约束(r)、内部对象集(Pⁱⁿ)和周边对象集(P^out)来描述一个数据对象q₀的松散有效区域。其中松散有效区域的边界由r和P^out确定，Pⁱⁿ用于计算q₀与请求的实际最优结果间的差别。

对于给定的q₀和r可以找到一个唯一的描述，具体方法如下：令Poly_i表示用Voronoi图划分的q_i(i＝1，...，N)的有效区域的边集，首先我们把q_i按到q₀的距离从小到大进行排序，取出最近的对象q_k，作曲线f(M(x，y))：|q₀M|-|q_kM|＝r，若该曲线与Poly_k的交点少于2个，则取下一个对象重复上述操作。若该曲线与Poly_k有2个交点P₁和P₂(此时的q_k即为一个周边对象)，取一个交点P₂，则必存在另一个对象q_k′，P₂也在Poly_k′的一条边上。作新的曲线f′(M(x，y))：|q₀M |-|q_k′M |＝r，得到另一交点P₃，依次下去得到新的交点P₄、P₅、…、P_m。由于过点P₁、P₂、…、P_m用双曲线段所围成的区域是封闭的，即P_m+1＝P₁。至此q₀的松散有效区域的边集构造完成，同时也找出了所有的周边对象。接下来可以对照各数据对象的位置就可以确定内部对象集(位于该松散有效区域内的其他备选数据对象)。

松散位置依赖模式下的搜索过程可分为4个步骤(如图2所示)。

1.生成请求Q(X，(xc，yc)，Δd)。

2.搜索本地缓存，找出备选结果集{Ai}，即其松散有效区域覆盖用户的当前位置。对于每一个Ak∈{Ai}，如果其空间约束值rk≤Δd，则Ak为Q一个合适的搜索结果；否则，找出离Q(坐标为M(xc，yc))最近的备选对象qx(∈Pⁱⁿ)，令e＝|qkM|-|qxM|，若e≥Δd，则Ak亦为Q一个合适的结果。返回具有最小e的合适结果，若无结果则执行步骤3。

3.向邻居用户发送搜索请求，每个邻居用户执行本地搜索(同步骤2)，将结果返回产生请求的用户，由该用户选择具有最小e的合适结果，若无结果则执行步骤4。

4.向服务器提交搜索请求，由服务器返回最优结果。