[发明专利]空天地一体化网络的编码缓存内容放置与资源联合优化方法

权利要求书

1.一种空天地一体化网络的编码缓存内容放置与资源联合优化方法，其特征在于，包括：

构建一个由同步卫星-无人机-地面车辆组成的空天地一体化网络系统模型；

针对所述系统模型设计一种编码缓存策略，所述编码缓存策略包括内容放置与编码传输两个阶段，所述内容放置阶段发生在无人机部署之前，具体是在无人机缓存中预先放置一些文件内容，所述编码传输阶段具体为：当地面车辆发出请求的文件内容没有被无人机缓存时，卫星通过编码多播传输向无人机发送所述文件内容，由无人机再转发给地面车辆；

所述内容放置的具体方式包括：将每个文件F_n分割成大小为s₀的文件片段，使每个文件F_n的片段数量为其中s_n为文件F_n的大小，用m_kn表示路段k的无人机分配给文件F_n的缓存空间，无人机从F_n的l_n个文件片段中均匀随机选取m_kn个进行放置，最终用一个内容放置矩阵m来表示整个网络系统中所有路段的内容放置状态：

其中，第k行表示第k个路段的内容放置；

所述编码传输的具体方式包括：

用顶点v＝{ρ(v),μ(v),η(v)}表示一个无人机对卫星的文件片段请求，其中，ρ(v)表示文件片段，μ(v)表示请求文件片段ρ(v)的无人机集合，η(v)表示缓存了文件片段ρ(v)的无人机集合；

根据多播传输的两个条件：1)μ(v)∈η(v′),μ(v′)∈η(v)；2)ρ(v)＝ρ(v′)，利用贪婪约束上色算法GCC1得到满足条件1)的独立集利用贪婪约束上色算法GCC2得到满足条件2)的独立集

选择独立集独立集中包含独立集数量更少的一个，如果独立集包含独立集数量更少，则对中每个独立集的所有片段进行按位异或编码，生成码包进行编码多播传输，如果独立集包含独立集数量更少，对独立集中每个独立集对应的文件片段生成码包，进行简单多播传输；

当系统模型中只存在一个路段时，以系统的总能量消耗最小化为目标，建立优化问题P1，所述优化问题P1的约束条件包括：无人机分配给文件F_n的缓存空间m_kn之和不能大于无人机缓存最大容量、无人机分配给文件F_n的缓存空间m_kn不能大于每个文件F_n的片段数量l_n、卫星传输功率P_S与无人机总传输功率不能大于路段的最大允许功率、一个服务周期内的卫星传输时间和无人机传输时间不能大于系统最大服务周期时间、路段被部署的X_k个无人机完全覆盖、无人机允许部署的高度不能超过阈值；

根据优化问题P1的约束条件，将所述优化问题P1分解为以优化内容放置为目标的子优化问题P1.1和以优化系统功率分配为目标的子优化问题P1.2，所述子优化问题P1.1的约束条件包括：无人机分配给文件F_n的缓存空间m_kn之和不能大于无人机缓存最大容量、无人机分配给文件F_n的缓存空间m_kn不能大于每个文件F_n的片段数量l_n；所述子优化问题P1.2的约束条件包括：卫星传输功率P_S与无人机总传输功率不能大于路段的最大允许功率、一个服务周期内的卫星传输时间和无人机传输时间不能大于系统最大服务周期时间；

所述子优化问题P1.1通过文件替代贪婪算法得到最优内容放置，所述子优化问题P1.2通过求解可行域内的极点得到最佳功率分配；

根据得到的最优内容放置和最佳功率分配，遍历所有无人机部署情况，取系统总能量开销最小的作为最佳无人机部署。