申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2020-08-11

公开（公告）日：2022-09-20

公开（公告）号：CN112052198B

主分类号：G06F12/0877

分类号：G06F12/0877;G06F12/123;H04L67/568;H04L45/7453

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.09.20#授权;2020.12.25#实质审查的生效;2020.12.08#公开

摘要：本发明属于信息安全技术领域，提供了一种能耗监测平台下基于节点介数流行度的哈希路由协同缓存方法。首先，数据采集器收集建筑能耗数据，将数据上传到数据交换模块中，网络中的各个数据交换模块节点收集所需要的信息，根据信息进行边权计算和网络节点PageRank值计算，再根据节点PageRank值对网络节点进行分域。然后，在边际数据交换模块节点接收到用户请求时，进行数据流行度计算，并更新节点的流行度表。最后，边际数据交换模块节点收到用户请求和数据时，根据流行度表判断数据是否流行，再进行相应的用户请求转发、数据查找和数据缓存等事项，并且判断是否将数据复制进边际数据交换模块节点的HotZone区域。

主权项：1.一种能耗监测平台下基于节点介数流行度的哈希路由协同缓存方法，其特征在于，步骤如下：1首先进行边权计算和数据交换模块节点PageRank值计算，然后根据节点PageRank值对节点进行分域，以便于进行域间协同；分域的生成与调整，具体过程如下：1.1数据采集器从建筑中的传感器或其他智能设备收集建筑能耗数据，之后将数据上传到数据交换模块中；1.2当数据交换模块收到数据时，将数据进行初步处理，使数据具有统一的数据格式，统计如下信息：数据交换模块的缓存中存储数据的集合、数据交换模块节点的度数；并将数据经由MQTT协议传输到云数据中心，云数据中心对数据进行进一步处理，然后存入数据库中；1.3引入节点相似度概念，通过计算网络中数据交换模块节点之间缓存数据的相似度，作为节点间的边权；即利用Jaccard相似系数来计算节点间的权重值，定义如下： 其中，A和B表示相连的两个数据交换模块节点的缓存中存储数据的集合；基于PageRank算法，计算数据交换模块节点PageRank值： 其中，d是阻尼系数，其取值范围为0～1，代表从图中的某一个节点指向其他任意一个节点的概率，取值为0.85；Ni表示节点i的邻居节点，wi，j为节点i与节点j之间的权重值；dj表示为节点j的度数；关联值：表示为邻居节点与域内所有相连的成员节点的PageRank值和边权的乘积的总和，定义如下： 其中，N表示目前的需拓展的协同域的成员集合；1.4计算完所有数据交换模块节点的PageRank值与节点之间的边权值后，开始将所有节点进行划分；如果待拓展的协同域集合中没有数据交换模块节点，则将剩余节点中具有最大PageRank值的数据交换模块节点放入集合中；否则，选取与协同域内节点具有最大关联值的数据交换模块节点进入协同域集合中；直到剩余节点集合为空时，则所有数据交换模块节点被划分完毕；2进行流行度计算，使流行度较高的数据被缓存，提高协同域内的缓存命中率，提高域内存储的缓存效率；流行度计算的具体过程如下：2.1在计算单一节点数据流行度时引进时间片的概念，统计在一个时间片中用户请求数据的请求频率，并且将上一周期的数据流行度也考虑在内来计算流行度；单一节点数据流行度的计算如下式所示： 其中，Pci，v表示节点v上关于数据i的流行度，Plci，v表示上一时间片内节点v上关于数据i的流行度；nci，v表示当前时间片内，节点v收到数据i的请求次数；Nv表示节点v收到所有请求的总次数；所以，通过这样一个时间片的机制，让数据流行度随着周期动态的变化，更加真实的反映数据的实时流行度；2.2网络节点介数是网路节点介数中心性的简称，是作为判断节点位置在网络中重要程度的度量；其数学表达式为： 其中，σs，t|v是s与t之间通过v的最短路径数量，而σs，t是s与t之间的最短路径总数；考虑到在网络中路由会采取最短路径，所以如果节点介数越大，则表示会有更多的数据经过该节点；2.3通过计算协同域中的网络节点介数来计算协同域内的全域数据流行度： 其中CBv表示节点v的介数中心性，Pci，v表示数据i在节点v的单一数据流行度，V表示协同域的数据交换模块节点集合；全域数据流行度的计算考虑了协同域中所有的节点，并利用介数中心性作为权值，赋予不同节点对全域数据流行度计算的贡献值；2.4通过在边际数据交换模块节点加入了HotZone机制；HotZone是一块单独开辟的缓存，用来单独存储比较流行的数据；所以在这里引入一个新的概念：热点流行度；其数学表达式为： 其中，Pci，v表示数据i在边际节点的单一流行度，GPi表示数据i在协同域的全域流行度；2.5在边际数据交换模块节点增加HotZone区域，在HotZone中缓存热点流行度表中排名前HZ的数据；协同域的边际节点通过有线传输的方式共享全域流行度表，而HotZone中存储的数据由全域流行度与边际节点处的单一节点流行度共同决定，所以边际数据交换模块节点中的缓存数据既可以保证是域内流行数据又能够保证该数据在边际节点处也是较为流行的；在牺牲协同域一定的缓存冗余度的情况下，进一步降低了用户的访问时延；3协同域内的缓存放置和替换策略具体过程如下：3.1当协同域的边际数据交换模块节点接收到用户请求时，首先通过上节中的流行度计算实时更新用户所请求的数据的流行度；3.2如果所请求的数据的流行度值处于流行度表的前M协同域的缓存大小位，则对该用户请求的名称进行哈希计算，得到用户请求的缓存节点标识，然后将用户请求传输到对应的缓存节点；如果该节点中存储着用户请求所对应的数据，即缓存命中，则将该数据原路返回给用户节点；如果该节点中没有缓存对应数据，则将该用户请求向云数据中心进行转发；3.3当协同域的边际数据交换模块节点接收到数据时，根据数据流行度表判断是否存储该数据；如果该数据的流行度处于流行度表的前M位，则计算该数据名称的哈希值求得缓存节点标识，转发该数据，缓存进入对应的数据交换模块节点；否则，按照用户请求路径原路返回给用户节点；3.4针对边际数据交换模块节点的HotZone缓存空间，本文通过计算热点流行度，实时复制协同域缓存中排名前HZ的数据进入HotZone。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 大连理工大学 能耗监测平台下基于节点介数流行度的哈希路由协同缓存方法

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