[发明专利]基于边缘缓存的星地协同网络中的资源分配方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于边缘缓存的星地协同网络中的资源分配方法及装置，该方法包括：初始化待资源分配的星地协同网络系统；将缓存内容以编码缓存的方式放置于边缘缓存设备，并规定用户以Zipf分布的概率请求缓存内容；根据用户的请求内容和缓存内容的放置情况，确定用户的缓存获取方式；利用虚拟网络资源的收益与支出计算所述网络系统的效用函数，并利用罚函数将多约束优化目标进行转化；利用蜉蝣算法进行最优解搜寻；当算法趋于收敛，终止优化过程，得出最终的无线资源分配优化方案。本发明可有效降低信息传输时延，提高系统效用，实现星地协同通信网络资源分配的整体效益。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于边缘缓存的星地协同网络中的资源分配方法及装置。

背景技术

星地协同网络是未来移动通信系统的重要发展趋势，在星地协同网络中引入移动边缘计算(MEC)的优势包括低时延、缓存与节约带宽资源等，可以为用户提供各种数据业务计算服务的支持。缓存资源是MEC网络资源管理中的重要组成部分，可以有效提升用户体验质量。空天地一体化网络与边缘缓存技术结合，使MEC服务器能够根据网络状态利用闲时的回传链路资源提前将一部分用户需求内容缓存到通信网络的边缘侧，当用户发起内容请求时，能够从MEC服务器的缓存内容中直接获取所请求的内容，缓解回传链路的数据传输负担。

另外，地面系统中的设备到设备(D2D)模式使距离较近的设备间可不通过基站而直接进行通信，避免了数据经过网络中转时可能遇到的网络拥塞问题，同样有助于减轻回程网络的负载。因此，通过星地协同网络与MEC缓存技术的结合，考虑包含D2D模式的协作缓存，来提升用户服务质量是一种较好的方法。

目前，已有针对基于移动边缘计算的低地球轨道卫星的LEO-MEC星地协同融合网络资源分配的研究，但关注点均集中在MEC的计算卸载功能，在LEO-MEC星地协同网络中结合MEC缓存进行通信资源分配的研究尚未深入，缺乏LEO-MEC星地协同网络资源分配优化的有效手段，是亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于边缘缓存的星地协同网络中的资源分配方法及装置，以解决LEO-MEC星地协同网络中的资源分配优化的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于边缘缓存的星地协同网络中的资源分配方法，该基于边缘缓存的星地协同网络中的资源分配方法包括：

初始化待资源分配的星地协同网络系统；其中，在所述星地协同网络系统中，包括多个用户、多个地面基站和至少一个低地球轨道LEO卫星；

将缓存内容以编码缓存的方式放置于边缘缓存设备，并规定用户以Zipf分布的概率请求缓存内容；

根据用户的请求内容和缓存内容的放置情况，确定用户的缓存获取方式；

利用虚拟网络资源的收益与支出计算所述网络系统的效用函数，并利用罚函数将多约束优化目标进行转化，得到所述网络系统的资源分配优化目标函数；

对所述目标函数利用蜉蝣算法进行最优解搜寻；

当所述蜉蝣算法趋于收敛，系统效用函数维持在一定的范围内不再上升，则终止资源分配的优化过程，得出最终的无线资源分配优化方案。

进一步地，在所述星地协同网络系统中，用户具有本地缓存功能。

进一步地，在所述星地协同网络系统中，为用户提供边缘缓存服务的对象包括LEO卫星、地面基站以及采用设备到设备D2D模式的用户；为用户提供所需缓存内容的对象依次为本地用户，D2D用户，地面基站以及LEO卫星。

进一步地，所述将缓存内容以编码缓存的方式放置于边缘缓存设备，包括：