[發明專利]一種衛星互聯網中基于區域協作的內容緩存分發方法

有效

• 申請號: 202110476523.3
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113365309B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 任品毅;郝林春;杜清河
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W84/06;H04L67/568
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

1.一種衛星互聯網中基于區域協作的內容緩存分發方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，利用中地球軌道衛星通過衛星與地面網絡拓撲，預計算各個快照的緩存節點集并對LEO緩存層網絡拓撲進行分區，將緩存節點集和拓撲分區結果存儲在MEO衛星上；

將在最短路徑樹中選擇的緩存節點進行內容的緩存，并將整個網絡拓撲分為多個不相交的子樹T；子樹的根節點c作為子樹所在區域T(c)的緩存節點，負責為該區域覆蓋的用戶提供內容的傳輸；

S2，通過LEO衛星在固定時間間隔內收集地面用戶請求信息，形成內容被請求概率的列表并發送到MEO衛星；

S3，通過MEO衛星收集的用戶請求信息、緩存節點集以及拓撲分區結果計算緩存策略并將緩存計劃發送到LEO層緩存衛星；

在計算緩存策略時，MEO衛星利用收集的請求概率信息，根據預先計算的分區，優先將每個區域內具有區域受歡迎度的內容添加到區域緩存內容集F_c＝{f₁.....f_max}中，假設緩存衛星存儲空間有限，其最大可存儲的內容數為max；內容f的區域受歡迎度如公式(3)所示：

其中

C表示緩存節點集；L為網絡中內容種類；

S4，地面站將產生內容的消息發送到與其連接的MEO衛星，通過MEO衛星廣播通知用戶；

S5，用戶發出內容請求并通過LEO層衛星轉發至緩存衛星或地面服務器；

S6，LEO層緩存衛星根據緩存計劃對緩存衛星或地面服務器響應請求的內容進行緩存；

S7，在拓撲切換時，根據當前緩存衛星與下一快照緩存衛星之間的跳數來決定將部分受歡迎的內容傳輸到下一快照緩存衛星或未來同軌道的緩存衛星進行緩存。

2.根據權利要求1所述的一種衛星互聯網中基于區域協作的內容緩存分發方法，其特征在于，相等時間間隔的拓撲為靜態，將每個間隔的拓撲視為無向圖G＝(V,E)，其中V表示衛星與地面站的集合，即V＝S∪GS,E表示所有星間鏈路和星地鏈路的集合，在每個快照內，根據無向圖G以及其他網絡信息計算出路由和緩存的策略。

3.根據權利要求2所述的一種衛星互聯網中基于區域協作的內容緩存分發方法，其特征在于，用Dijkstra最短路徑算法計算出從地面站到每顆LEO衛星的最短傳輸路徑。

4.根據權利要求2所述的一種衛星互聯網中基于區域協作的內容緩存分發方法，其特征在于，依次選擇網絡中到其他節點的路徑時延之和最小的節點加入緩存節點集C＝{c₁,c₂,...,c_C}，由此得到的緩存節點能夠減少網絡中其他節點到緩存節點獲取內容的時延，最小分發路徑時延的計算公式如下：

/

其中，T_d(i,j)是節點i與節點j之間的傳播時延，T_p(i,j)是傳輸時延。

5.根據權利要求1所述的一種衛星互聯網中基于區域協作的內容緩存分發方法，其特征在于，通過k-medoids聚類算法對所有區域進行聚類，其中距離度量為close_ij，將相近的區域看成一個虛擬區域，并對虛擬區域中每個區域的緩存內容集F_c進行優化，去掉冗余的緩存內容。

6.根據權利要求1所述的一種衛星互聯網中基于區域協作的內容緩存分發方法，其特征在于，LEO衛星作為用戶接入層以及內容緩存層，每顆LEO衛星將定期廣播接入信號，地面用戶直接與LEO衛星通信。