【技术实现步骤摘要】
无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法及装置
本申请涉及无人机通信技术的
，尤其涉及一种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法及装置。
技术介绍
随着移动互联网与智能终端的迅猛发展，为无人机(unmannedaerialvehicle,UAV)的网络通信控制带来了极大的机遇，而对无人机控制过程中网络环境的通畅性、灵活性等就显得尤为重要。蜂窝网络的容量压力与流量拥塞的空前增大，尤其是在高度密集用户分布的区域(如运动场等)，在传统的蜂窝网中引入无人机能够使用户相对于地面基站能够更近地接入，因此可灵活地实现扩容，降低用户时延；同时，基于蜂窝移动网的无人机可通过地面基站接入核心网获取数据内容。对于多个无人机的部署组成无人机网络作为空中无线接入点，用户可从多个无人机中选择接入，但已有无人机网络中的接入控制技术主要是基于最大信噪比接入。另一方面，研究数据显示，蜂窝网络流量压力主要来自视频内容请求，尤其是高流行度内容分发占据了大部分互联网下载流量。对于多个具有缓存功能的无人机以及地面基站组成的通信网络，用户可接入多个接入点，简单的信噪比接入虽然能一定程度上提高覆盖率，但是...
【技术保护点】
1.一种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法，其特征在于，包括：在由多个配有高速缓存的无人机组成的通信网络中，利用随机的方式初始化用户与无人机及地面基站之间的连接情况得到初始化用户接入信息；利用随机的方式初始化无人机和待缓存的内容之间的放置情况得到初始化缓存部署信息；根据所述初始化缓存部署信息，利用交换匹配算法在所述初始化用户接入信息基础上得到当前缓存部署下的最佳用户接入信息；根据得到的所述最佳用户接入信息，再利用延迟接受算法得到当前用户接入下的最佳缓存部署信息；将得到的所述最佳缓存部署信息作为新一轮迭代的输入算得下一迭代周期中最佳的用户接入信息和缓存部署信息；重复迭代直...
【技术特征摘要】
1.一种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法，其特征在于，包括：在由多个配有高速缓存的无人机组成的通信网络中，利用随机的方式初始化用户与无人机及地面基站之间的连接情况得到初始化用户接入信息；利用随机的方式初始化无人机和待缓存的内容之间的放置情况得到初始化缓存部署信息；根据所述初始化缓存部署信息，利用交换匹配算法在所述初始化用户接入信息基础上得到当前缓存部署下的最佳用户接入信息；根据得到的所述最佳用户接入信息，再利用延迟接受算法得到当前用户接入下的最佳缓存部署信息；将得到的所述最佳缓存部署信息作为新一轮迭代的输入算得下一迭代周期中最佳的用户接入信息和缓存部署信息；重复迭代直至达到预设的迭代次数阈值，得到最终用户接入信息和最终缓存部署信息；根据所述最终用户接入信息和最终缓存部署信息，利用拉格朗日乘数法算得当前的最佳回程链路带宽分配信息，展现当前无人机通信网络中所述最终用户接入信息、最终缓存部署信息和最终回程链路带宽分配信息。2.根据权利要求1所述的无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法，其特征在于，根据所述初始化缓存部署信息，利用交换匹配算法在所述初始化用户接入信息上得到当前缓存部署下的最佳用户接入信息，进一步为：任取随机数，当所述随机数小于随机数阈值时，任取一接入点中待转移的用户端并将其转移至接入转移的另一接入点，若接入转移的另一接入点可接入用户限额qk已满，则退出该次迭代，反之待转移用户转移后未超过另一接入点的限额qk，则计算用户端和所述两接入点转移过程前后的时延；当所述两接入点的时延和小于转移前的时延和，且所述用户端转移后的时延不大于转移前的时延时，将所述接入点中待转移的所述用户端转移至所述接入转移的所述另一接入点，否则不转移；其中qk为接入点最多可接入的用户总数，系统根据无人机能量情况预先确定；当所述随机数不小于随机数阈值时，任取接入不同接入点的两个待交换的用户端并交换两接入点所接入的该待交换用户，计算所述两用户端和两接入点交换过程前后的时延；当所述两接入点的时延和小于交换前的时延和，且所述两待交换用户端在交换后的时延均不大于交换前的时延时，将所述两接入点中待交换的用户端进行交换，否则不交换；重复迭代该交换匹配过程，直至达到预设的迭代次数阈值，得到所述最终用户接入信息。3.根据权利要求2所述的无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法，其特征在于，计算用户端和无人机交换匹配过程前后的时延，进一步为：利用如下公式计算用户端n交换匹配过程前后的时延，用户端n接入接入点k获取所需全部内容的时延为其中，n为用户端，k为接入点k与用户端n的无线链路传输速率，通过香农公式计算求得，yk.m为缓存部署指示，由缓存部署信息y得到，yk.m＝1表示无人机k缓存内容m，反之yk.m＝0，bk,n为接入无人机k的用户n所分得的回程链路带宽资源，由本文中求解回程链路带宽分配的方法求得，γk表示无人机k的回程链路接收信号信噪比；利用如下公式计算接入点k交换匹配过程前后的时延接入点k所接入用户的总时延为：其中，为用户端集合。4.根据权利要求1所述的无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法，其特征在于，根据得到的所述最佳用户接入信息利用延迟接受算法得到当前用户接入情况下的最佳缓存部署信息，进一步为：计算所述无人机k缓存内容m节约的向核心网请求的回程链路流量其中，为用户端集合，n为用户端，xk,n为用户接入指示，由用户接入信息x可得，xk,n＝1表示用户端n接入接入点k，反之xk,n＝0，k为接入点，m为用户请求的内容，cn.m为用户请求指示，用户请求情况c已知，cn.m＝1表示用户n请求内容m，反之cn.m＝0，S为内容大小；将所述无人机缓存内容节约的向所述核心网请求的回程链路流量多少作为无人机和内容对彼此的偏好值大小，无人机和内容根据偏好值大小对彼此进行排序，构建偏序列表；所述内容向其偏序列表上顺序选取预定数量lm的未拒绝缓存申请的所述无人机申请缓存位置，所述无人机根据收到的申请暂且接受向其申请的预设数量Qk的所述内容，拒绝其余申请的内容；所述内容继续向其偏序列表上未拒绝其申请的一定数量pm的所述无人机申请缓存位置，所述无人机根据收到的申请和上一周期暂且接受的Qk个内容一起重新暂且接受其前Qk个内容；迭代该过程直至所述无人机缓存存满且还可缓存的所述内容均被所有无人机所拒绝，则无人机最终接受当前的Qk个内容，得到当前用户接入情况下的最佳缓存部署信息，其中，lm为内容m可重复缓存的次数，即最多可缓存在几个无人机上，由CP的缓存开销预先确定，Qk为无人机的缓存空间，pm为每一迭代周期内容m还可缓存的次数，由lm和该迭代周期之前接受其申请的无人机个数相减得到。5.根据权利要求1所述的无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法，其特征在于，根据当前已得的所述最佳用户接入信息及最佳缓存部署信息利用拉格朗日乘数法得到的当前最佳回程链路资源分配信息，进一步为：根据当前已定的所述最佳用户接入信息及最佳缓存部署信息计算全网用户端总时延：其中，D为全网用户端总时延，为无人机集合，为用户端集合，为内容集合，S为内容大小，cn.m为用户请求指示，用户请求情况c已知，cn.m＝1表示用户n请求内容m，反之cn.m＝0，xk,n为用户接入指示，由用户接入信息可得，xk,n＝1表示用户端n接入接入点k，反之xk,n＝0，yk.m为缓存部署指示，由缓存部署信息y可得，yk.m＝1表示无人机k缓存内容m，反之yk.m＝0，rk,n为接入点k与用户端n之间的无线链路传输速率，可由香农公式计算得到，γk为无人机k的回程链路接收信号信噪比；bk,n为要求解的接入无人机k的用户n所分得的回程链路带宽资源，满足且B为回程链路总带宽，用αk,n和βk,n表示根据系统已知信息或当前已求得信息计算得到的常量，有利用拉格朗日乘数法构造拉格朗日函数：其中，λ为拉格朗日系数；求得当前用户接入和缓存部署信息下最佳的回程链路带宽分配：输出当前无人机通信网络中最终的用户接入、缓存部署和回程链路带宽分配信息。6.一种无人机通信网络用户接入和内容缓存的装置，其特征在于，包括：信息初始化处理器、回程链路带宽分配处理器、最佳分配信息处理器及最终网络分配管理处理器，其中，所述信息初始化处理器，与所述最佳分配信息处理器相连接，无人机网络中，根据用户端个数和无人机可接入的用户端限额构建接入指示矩阵，利用随机接入得到初始化用户接入信息；根据无人机的缓存空间和内容可缓存的无人机个数构建无人机缓存部署指示矩阵，利用随机缓存得到初始化缓存部署信息；所述回程链路带宽分配处理器，与所述最佳分配信息处理器及最终网络分配管理器相连接，根据输入的用户接入信息和缓存部署信息利用拉格朗日乘数法输出当前最佳的回程链路带宽分配信息；所述最佳分配信息处理器，与所述信息初始化处理器、回程链路带宽分配处理器及最终网络分配管理处理器相连接，包括最佳用户接入信息处理单...
【专利技术属性】
技术研发人员：张天魁，陈超，许文俊，曾志民，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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