[发明专利]一种空间信息网络缓存决策方法

说明书

本发明公开了一种空间信息网络缓存决策方法，包括以下步骤：建立空间信息网络缓存系统模型和建立基于人工蜂群的缓存决策策略。本发明依据空间网络节点链路切换的周期性和可预知性，建立网络分区模型，对空间信息网络卫星节点进行分区，在此基础上，建立网络协作缓存模型，提出一种基于改进人工蜂群算法的空间信息网络缓存决策策略，选出适合的卫星节点缓存不同流行度的内容，从而明显提高内容的平均缓存命中率，并显著降低用户的内容访问时延。综上，本发明的空间信息网络缓存决策策略具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于空间信息网络领域，尤其涉及一种基于改进人工蜂群算法(SIABC,Satellite Improved Artificial Bee Colony)的空间信息网络缓存决策策略。

背景技术

随着空间信息技术的高速发展，低轨卫星在全球通信、气象预测、灾害监测和军事应用等方面发挥着越来越重要的作用，以卫星网络为核心的空间信息网络平台逐渐成为各国研究的重点战略性工程。但由于卫星通信距离远、网络拓扑动态变化、星地链路环境复杂，导致信息传输中存在着传播时延大、误码率高、往返链路不对称以及间歇性连接等问题。随着低轨卫星平台和星载设备成本的不断降低，节点的存储能力、计算能力的逐渐提升，数据缓存和计算处理成为卫星系统的重要任务。因此，设计空间信息网络的缓存决策策略，可以有效地提高卫星系统整体分发性能，降低数据传输时延。

近年来，信息中心网络(Information Center Network,ICN)由于其良好的数据转发策略和用于内容分发的网络内缓存机制，在地面网络有着广泛的应用。随着空间信息网络中卫星节点的存储能力和计算能力的提升，目前大量的工作集中在基于ICN架构的卫星-地面网络的缓存策略上。现有的研究并未兼顾到卫星节点的高动态性，这会导致请求的传输路径与数据包的回传路径不一致。卫星网络的拓扑时刻都在发生变化，因此需要结合卫星节点的高动态性，研究空间信息网络的缓存决策问题。

发明内容

为解决现有研究存在的问题，本发明要设计一种兼顾到节点动态性及降低用户内容获取时延和提高平均缓存命中率的空间信息网络缓存决策方法。

为了实现上述目标，本发明的技术方案如下：一种空间信息网络缓存决策方法，包括以下步骤：

A、建立空间信息网络缓存系统模型

ICN卫星网络的节点维护了三种数据结构，分别是内容缓存CS、未决兴趣表PIT和转发信息表FIB，用于完成地面终端获取星上资源的请求和数据回传。地面用户u请求内容f的步骤如下：设实线表示两个节点之间存在通信链路，包括用户与卫星的星地链路、卫星与卫星的星间链路，虚线则表示内容的请求路径。当地面用户u请求内容f时，首先将请求内容f发送到为之提供通信服务的v₁卫星。若卫星v₁缓存有该内容，则直接返回；否则将按照未决兴趣表中的信息向网络中的其他节点获取内容，在其他节点中获取到内容f后返回，若空间信息网络所有节点均未缓存该内容，则向原始服务器请求，获取到内容f后返回。

A1、设计网络分区算法对空间信息网络节点进行分区

由于低轨卫星运动具有周期性，因此将覆盖某个区域的数颗卫星按照网络分区算法划作一个分区协作缓存内容，以减少卫星节点缓存资源浪费，分区中每颗卫星节点缓存内容均不相同，各颗卫星均存在星间链路，此时，既不影响用户对内容的访问，又降低对单颗卫星的缓存资源要求。空间信息网络的拓扑结构实际上是一个以星间链路的长度为权值的无向图，用G(V,E)来描述，V＝{v₁,v₂,...,v_N}为N颗卫星的节点集合，表示网络中的卫星节点；E表示节点间的星间链路。针对卫星运动的动态性和周期性，采用划分时间片的方法，即把一个完整的卫星运动周期T离散为足够小的时间间隔τ，空间信息网络节点拓扑结构在时间间隔τ内是保持稳定的，借助卫星的轨道参数计算各时间间隔τ内每个卫星的具体坐标，计算公式如下：