1.一种无人机辅助的移动边缘计算系统内容缓存方法,其特征在于,包括步骤:S1、获取地面节点坐标;
S2、将缓存过程分为文件缓存阶段和文件检索阶段;
S3、综合考虑两个阶段,并结合信道容量约束、无人机飞行速率约束、无人机及地面节点存储容量约束,建立成本最小化优化模型;
S4、利用聚类算法,优化无人机航路点,以使得每个地面节点至少在一个无人机航路点的服务范围内;
S5、利用模拟退火算法求出耗时最小的无人机飞行轨迹;
S6、基于耗时最小的无人机飞行轨迹,并利用模拟退火算法对成本最小化优化模型进行求解,以得到最优缓存策略以及系统最小时延。
2.根据权利要求1所述的一种无人机辅助的移动边缘计算系统内容缓存方法,其特征在于,成本包括文件缓存成本、平均文件检索成本。
3.根据权利要求2所述的一种无人机辅助的移动边缘计算系统内容缓存方法,其特征在于,文件缓存成本CU的计算公式为:其中,TU表示文件缓存阶段时间,M表示文件缓存阶段时间的离散化时隙个数,δ表示时隙时间,N表示用户感兴趣文件个数,Yn表示第n个文件分成的包数,n∈1,2,...,N, 表示文件缓存阶段完成一个包传输所需的时间, 表示一个周期内无人机飞行总路程,VU表示无人机飞行速度。
4.根据权利要求3所述的一种无人机辅助的移动边缘计算系统内容缓存方法,其特征在于,平均文件检索成本CG的计算公式为:其中, 表示文件检索阶段完成一个包传输所需的时间,K表示地面节点数量,k∈(a)
1,...,K,p (n)表示第n个文件的请求概率, 表示第n个文件能够通过D2D链路成功传输的预期数量。
5.根据权利要求4所述的一种无人机辅助的移动边缘计算系统内容缓存方法,其特征在于,成本最小化优化模型的优化目标为文件缓存成本和平均文件检索成本的加权和最小化。
6.根据权利要求5所述的一种无人机辅助的移动边缘计算系统内容缓存方法,其特征在于,文件缓存成本和平均文件检索成本的加权和Cθ的计算公式为:其中,θ表示平均文件检索成本CG和文件缓存成本CU之间平衡的加权因子。
7.根据权利要求6所述的一种无人机辅助的移动边缘计算系统内容缓存方法,其特征在于,成本最小化优化模型,具体为:s.t.
Ikn∈{0,1},k=1,...,K;n=1,...,N (14‑3)||q[m]‑q[m‑1]||2≤dδ,m=1,...,M (14‑6)其中,Ikn表示文件缓存策略,如果文件n缓存在地面节点k上则等于0,否则等于1,q[m]表示无人机在时隙m时的水平位置,Jmn表示时隙m无人机发送第n个文件的包数, 表示整数, 表示实数,Mkn表示地面节点k缓存文件n的时隙集合;式(14‑4)表示每个地面节点缓存的文件总大小不超过其储存容量Q;式(14‑5)表示每个文件至少由一个地面节点缓存;式(14‑6)表示无人机在一个时隙内的水平移动位移要小于一个时隙内的最大飞行距离dδ;式(14‑8)表示无人机在每个时隙发送的包数要小于最大可发送包数L。
8.根据权利要求7所述的一种无人机辅助的移动边缘计算系统内容缓存方法,其特征在于,步骤S4中具体为:利用聚类算法,根据无人机与地面节点间传输距离和无人机飞行速度的约束条件优化无人机航路点,使得每个地面节点至少在一个无人机航路点的服务范围内。
9.根据权利要求8所述的一种无人机辅助的移动边缘计算系统内容缓存方法,其特征在于,步骤S5中,包括以下步骤:
S5.1、给定一个初始温度t0,并在该温度下随机选定一个航路点作为起点,以一定的访问顺序生成一条连接所有航路点的飞行路线way0,计算其总路程长度S0;
S5.2、令当前温度t以系数α1,衰减冷却到下一个温度ti;
S5.3、在当前路线wayi的基础上随机改变两个航路点的访问顺序产生一条新路线wayj,计算wayj的总路程长度Sj;
S5.4、对当前总路程长度Si和新产生的总路程长度Sj,如果Sj
S5.5、在温度ti下,将步骤S5.3和步骤S5.4重复L1si次,L1表示第一自定义数值;
S5.6、判断是否满足退出条件:连续第一预设迭代次数都有Sj=Si,如果满足则退出迭代,否则回到步骤S5.2继续迭代,从而得到无人机飞行轨迹的最优解way*,得到无人机的最短飞行路程S*。
10.根据权利要求9所述的一种无人机辅助的移动边缘计算系统内容缓存方法,其特征在于,步骤S6中,包括步骤:
S6.1、给定一个初始温度T,并在该温度下随机生成一组满足约束条件的缓存策略I0,根据公式及约束条件得到一个初始系统时延(Cθ)0,S6.2、当前温度T以系数α2衰减冷却到下一个温度Ti;
S6.3、在当前解Ii的基础上随机改变一组文件n的缓存节点产生一个新解Ij,计算新的系统时延(Cθ)j;
S6.4、对当前系统时延(Cθ)i和新产生的系统时延(Cθ)j,如果(Cθ)j<(Cθ)i,则接受新解(Cθ)j;如果(Cθ)j>(Cθ)i,则计算△C=(Cθ)j‑(Cθ)i,并计算pc=e‑△C/ti,然后随机生成一个在区间[0,1]上服从均匀分布的随机数r2,如果r2
S6.5、在温度Ti下,将步骤S6.3和步骤S6.4重复L2ci次,L2表示第二自定义数值;
S6.6、判断是否满足退出条件:连续第二预设迭代次数都有(Cθ)j=(Cθ)i,如果满足则退出迭代,否则回到步骤S6.2继续迭代,从而得到最优缓存策略Ikn*和系统最小时延Cθ*。