(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111672606.6 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 杭州电子科技大 学 地址 310018 浙江省杭州市杭州经济技 术 开发区白杨街道 2号大街1 158号 (72)发明人 叶雅楠　冯维　杨寅文　齐崇信　 陈杰　徐玲　许晓荣　吴端坡　 姜显扬　姚英彪　 (74)专利代理 机构 浙江千克知识产权代理有限 公司 33246 代理人 黎双华 (51)Int.Cl. H04B 7/185(2006.01) H04W 16/22(2009.01) H04W 28/14(2009.01)G06F 16/172(2019.01) G06K 9/62(2022.01) (54)发明名称 一种无人机辅助的移动边缘计算系统内容 缓存方法 (57)摘要 本发明涉及一种无人机辅助的移动边缘计 算系统内容缓存方法。 包括： 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结合信道容量、 无人机飞行速率、 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。 考虑无人机续航能力、 地面节点存储能力及D2D传输链路信道 状态等条 件下， 通过优化无人机飞行轨迹和文件缓存位 置， 实现了文件缓存成本和检索成本之间的均 衡， 降低了系统的时延。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 114337787 A 2022.04.12 CN 114337787 A 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∈ 1,...,K， p(a)(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， 其特征权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114337787 A 2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<Si， 则接受路线wayj； 如果 Sj＞Si， 则计算△S＝Sj‑Si， 并计算ps＝e‑△S/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r1， 如果r1<ps， 则接受路线wayj； 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S 5.2继续迭代， 从而 得到无人机飞行轨迹的最优解way*， 得到无人机的最权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114337787 A 3