[發(fā)明專利]空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的編碼緩存內(nèi)容放置與資源聯(lián)合優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110251280.3
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN113015105B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧術(shù)實;孫新毅;郭云開;逄博;王福剛;張欽宇
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）
• 主分類號: H04W4/06
• 分類號: H04W4/06;H04W4/44;H04W28/14;H04W72/04;H04B7/185
• 代理公司: 深圳市添源知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44451
• 代理人: 黎健任

本發(fā)明提供了一種空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的編碼緩存內(nèi)容放置與資源聯(lián)合優(yōu)化方法，在分層異構(gòu)的衛(wèi)星?無人機?車輛用戶組成的網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計了由內(nèi)容放置與編碼傳輸組成的編碼緩存策略，然后基于該策略聯(lián)合優(yōu)化緩存內(nèi)容放置、系統(tǒng)的傳輸功率與無人機部署，實現(xiàn)系統(tǒng)能量開銷的最小化，緩解空天地一體化網(wǎng)絡(luò)能量受限問題。本發(fā)明的有益效果是：針對分層異構(gòu)空天地一體化網(wǎng)絡(luò)，考慮衛(wèi)星節(jié)點與多個無人機緩存節(jié)點之間的多播機會，使用編碼緩存策略減小回程鏈路傳輸數(shù)據(jù)量，從而減小系統(tǒng)能量開銷，考慮網(wǎng)絡(luò)不同覆蓋區(qū)域的異構(gòu)性，優(yōu)化了緩存內(nèi)容放置，同時，聯(lián)合優(yōu)化了系統(tǒng)傳輸功率分配與無人機部署。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信息通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的編碼緩存內(nèi)容放置與資源聯(lián)合優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)能為路面車輛用戶提供信息傳輸服務(wù)，比如路況實時信息和用于娛樂的信息等，極大提高了用戶駕駛體驗。但是傳統(tǒng)的車聯(lián)網(wǎng)的通信基礎(chǔ)設(shè)施一般是地面通信設(shè)施，比如基站、路邊單元等。這種傳統(tǒng)的地面通信設(shè)施具有覆蓋不充分的缺點，尤其在郊區(qū)或者農(nóng)村地區(qū)。由同步衛(wèi)星-無人機-地面車輛組成的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)能解決覆蓋不充分的問題。

但這樣的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)存在能量限制的問題，尤其是無人機，它們的電池續(xù)航能量及其有限。因此，減小網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能量開銷具有極大意義。現(xiàn)有的研究一般考慮移動邊緣緩存技術(shù)，讓無人機具備一定的緩存能力。然后使用某種緩存策略，減小衛(wèi)星數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸量，從而減少系統(tǒng)能量開銷。

但是，目前的緩存策略大部分是非編碼緩存策略，沒有考慮多播機會。并且，由于空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的的分層異構(gòu)特性，在衛(wèi)星-無人機-車輛組成的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計和實現(xiàn)編碼緩存策略非常具有挑戰(zhàn)性。同時，很多移動邊緣緩存網(wǎng)絡(luò)只考慮了內(nèi)容放置優(yōu)化，而沒有結(jié)合系統(tǒng)資源的優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述問題，提供了一種空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的編碼緩存內(nèi)容放置與資源聯(lián)合優(yōu)化方法，該方法針對由衛(wèi)星-無人機-車輛用戶的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，考慮由多個無人機緩存形成的衛(wèi)星與無人機之間的多播機會，設(shè)計了一種適用于該分層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的的編碼緩存方案，包括內(nèi)容放置和編碼傳輸兩個過程，用于減小回程鏈路傳輸數(shù)據(jù)從而減小系統(tǒng)能量開銷。特點是考慮了網(wǎng)絡(luò)不同覆蓋區(qū)域的異構(gòu)性，比如不同路段的文件流行度，車輛用戶速度、密度等，優(yōu)化了內(nèi)容放置，同時聯(lián)合優(yōu)化了系統(tǒng)傳輸功率分配與無人機部署。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的編碼緩存內(nèi)容放置與資源聯(lián)合優(yōu)化方法，該方法包括：

構(gòu)建一個由同步衛(wèi)星-無人機-地面車輛組成的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型；

針對所述系統(tǒng)模型設(shè)計一種編碼緩存策略，所述編碼緩存策略包括內(nèi)容放置與編碼傳輸兩個階段，所述內(nèi)容放置階段發(fā)生在無人機部署之前，具體是在無人機緩存中預(yù)先放置一些文件內(nèi)容，所述編碼傳輸階段具體為：當(dāng)?shù)孛孳囕v發(fā)出請求的文件內(nèi)容沒有被無人機緩存時，衛(wèi)星通過編碼多播傳輸向無人機發(fā)送所述文件內(nèi)容，由無人機再轉(zhuǎn)發(fā)給地面車輛；

當(dāng)系統(tǒng)模型中只存在一個路段時，以系統(tǒng)的總能量消耗最小化為目標，建立優(yōu)化問題P1，所述優(yōu)化問題P1的約束條件包括：所述內(nèi)容放置階段無人機預(yù)先緩存的一些文件、系統(tǒng)功率分配限制以及無人機部署的高度和覆蓋半徑；

根據(jù)優(yōu)化問題P1的約束條件，將所述優(yōu)化問題P1分解為以優(yōu)化內(nèi)容放置為目標的子優(yōu)化問題P1.1和以優(yōu)化系統(tǒng)功率分配為目標的子優(yōu)化問題P1.2，所述子優(yōu)化問題P1.1通過文件替代貪婪算法得到最優(yōu)內(nèi)容放置，所述子優(yōu)化問題P1.2通過求解可行域內(nèi)的極點得到最佳功率分配；

根據(jù)得到的最優(yōu)內(nèi)容放置和最佳功率分配，遍歷所有無人機部署情況，取系統(tǒng)總能量開銷最小的作為最佳無人機部署。