一种边缘缓存的效益优化方法与流程

1.本发明属通信技术领域，具体涉及一种边缘缓存的效益优化方法。


背景技术：

2.目前，边缘缓存技术被认为是通过将热点内容上传至边缘服务器，用户访问时直接从中读取，降低用户访问时延与网络通信压力的有效可行的技术。
3.内容边缘缓存包括内容注入及内容分发两个阶段，内容注入阶段的内容放置及内容更新、内容分发阶段的访问控制及无线资源分配，都会影响到内容下载时延。
4.目前，内容缓存决策、用户接入决策和区块链决策优化是空天地一体化网络下的边缘缓存系统的重要因素，运营商的经济收益是优化的一般目标。同时多数文献没有考虑到信任问题。通过区块链给内容边缘缓存提供信任支持时，区块链也需要消耗大量的存储空间，因此，内容缓存及内容更新决策也需要考虑到联盟链的缓存问题。此外，考虑到空天地一体化网络的高动态性以及拓扑结构的时变性，传统基于完美信道状态的内容缓存及分发方案难以适用。部分文献使用智能算法减少对网络状态信息的依赖，但没有考虑到算法的训练开销，而这个问题对于能量供给有限的非陆地节点来说至关重要。
5.设计通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：由于网络是高动态的，临时优化不能反映性能，我们需要优化长期平均性能指标，并进行长期优化；由于无人机的存储能力通常是有限的，将所有内容部署到每架无人机上是不现实的，而且在带来一定经济效益的同时，区块链系统也需要占用一些容量，因此我们需要优化内容和区块链的放置，并且我们还需要在存储容量满时更换一些内容；每个用户可能被多个无人机覆盖，其中一些远端无人机可能缓存其请求的内容，而一些相邻无人机可能不缓存其请求内容，因此我们应该确定每个用户应该在哪里访问和获取其所需的内容；考虑到所有的问题，这个问题将很难解决，因此我们需要设计低复杂度的算法，从而更容易在实际中应用。
6.解决以上问题及缺陷的难度为：以上涉及到优化途径的问题往往都是非凸的，因而难以求解，传统的启发式算法难以适用该优化问题，需要对算法加以改进。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于空天地一体化网络的边缘缓存成本效益优化方法、系统及应用。
8.本发明提供了一种边缘缓存的效益优化方法，包括如下步骤：
9.s101、初始化空天地一体化网络系统参数，包括用户个数i，用户的集合为i，内容个数f，内容的集合f，无人机的个数为j，无人机的集合为j，用户所请求内容的大小sf，时隙长度δt，用户到低轨卫星的传输速率无人机的储存能力sj，无人机的带宽bj；参考距离处的信道功率增益β0；
10.s102、初始化烟花算法的相关参数，包括每次迭代烟花的数量l、最大爆炸火星个数迭代次数u；其中，每一个烟花均是包含三个矩阵的元组，第一个矩阵为内容放置矩
阵，记录每个时刻中无人机中缓存的内容，该矩阵为f*j维；第二个矩阵为接入控制矩阵，注意该矩阵包含无人机接入用户和卫星接入用户两部分，该矩阵为i*(j+1)维；第三个矩阵为区块链部署矩阵，该矩阵为j*1维；
11.s103、计算此时的迭代数，如果小于等于迭代次数u，根据每次迭代烟花的次数l，对于每一个烟花l，计算其适应度函数值，将l个烟花及其适应度函数值加入到本次迭代的种群中；
12.s104、根据适应度值获得各个烟花爆炸火星个数对每个烟花执行爆炸操作，产生个爆炸火星，每个爆炸火星与初始烟花维度相同，都为包含三个矩阵的元组，计算每个爆炸火星的适应度值，将个爆炸火星及其适应度函数值加入到本次迭代的种群中；
13.s105、从烟花弹种群中随机选择1个烟花弹，对该烟花弹执行变异操作，1个烟花弹产生1个变异火星；同样，每个变异火星是包含三个矩阵的元组，并计算每个变异烟花的适应度值；
14.s106、在包含所有烟花弹和火星的种群中，需要从中取出下一代迭代所需的l个烟花；保留适应度最佳的个体作为下一代的一个烟花弹，然后基于概率公式，从其余个体中随机选择其他的l-1个烟花弹；
15.s107、将获得的烟花种群作为下一代的烟花，进行下一次迭代，回到步骤s103再开始执行，直到不满足迭代次数的条件，最终得到次优解，对内容放置、内容替换、内容交付阶段的访问控制、区块链系统的区块链部署策略进行优化。
16.进一步的，所述内容放置和替换模型的过程具体步骤如下：
17.s201、设置参数δ
f,j
(t)以判断在时隙t中无人机j上是否存在内容f，当δ
f,j
(t)为1代表存在，0则代表不存在；
18.s202、将时隙t中所有无人机储存的内容集合记为n(t)，，具体记录了该时隙中j个无人机对于f个内容的储存状况；在时隙t的内容替换记为ρ
f,j
(t)，该参数为1代表在时隙t中无人机j上移除内容f，0则不采取任何操作；
19.s203、根据参数δ
f,j
(t)来对无人机上的内容进行更新，具体来说在上一个时隙的缓存内容集合n(t-1)中增加新的缓存内容，然后更新缓存内容集合为n(t)；
20.s204、需要判断每个时隙是否满足储存约束，即，每个无人机上已缓存内容的大小总和需要满足无人机的最大储存能力的约束；如果满足，则得到新的缓存内容集合n(t)；如果不满足，执行步骤s205；
21.s205、根据时隙t的内容替换ρ
f,j
(t)来对缓存内容集合n(t)进行更新，具体来说由上一个时隙的缓存内容集合n(t-1)，只从该集合中删去对应内容，从而减小无人机上已缓存内容的大小，再进行步骤s203；
22.s206、算法执行结束，最终得到下一时隙的缓存内容集合n(t)；
23.其中，在步骤s203与步骤s205中的参数δ
f,j
(t)和内容替换ρ
f,j
(t)存在约束all(δ
f,j
(t),ρ
f,j
(t))＝0，该约束代表在时隙t中，不能同时从无人机中放置和移除同一个内容。
24.进一步的，所述内容交付阶段的访问控制的过程具体步骤如下：
25.s301、设置参数无人机和卫星的虚拟队列，无人机队列记为qj(t)，卫星的队列记
为qs(t)；
26.s302、初始化参数：用户请求r
i,f
(t)，当用户请求r
i,f
(t)为1代表用户i在时隙t请求内容f，0则代表不请求任何内容；α
i,j
(t)户i的接入无人机j的控制策略，代理用户i的接入卫星控制策略；
27.s303、对于卫星和每个无人机，在每个时隙向用户发送信息，从无人机和微卫星的角度，每个时隙中设备对于每个内容向用户i发送的数据量大小分别使用d
i,j,f
(t)和表示，受到步骤s302中用户请求r
i,f
(t)和接入控制α
i,j
(t)以及影响，并且卫星和无人机发送的数据量需要满足约束0≤d
i,j,f
(t),
28.s304、对于队列qj(t)和qs(t)，首先要进行这两个队列的初始化，在下面的每一个时隙都需要对队列进行更新，需要步骤s303中获得的d
i,j,f
(t)和下一个时隙的卫星队列更新为同理通过计算可以获得d
i,j,f
(t)；
29.进一步的，所述内容放置、内容替换结束后进行内容分发带来经济收益的具体计算步骤：
30.s401、初始化无人机j收取的价格为ηj(单位：$/比特)，卫星s收取的价格ηs(单位：$/比特)；
31.s402、定义内容分发带来经济收益rev1(t)；
32.s403、通过计算，每一时隙中的内容分发经济收益如下：
[0033][0034]
进一步的，所述区块链系统的区块链部署策略进行优化带来经济收益的具体计算步骤：
[0035]
s501、初始化区块链部署策略cj(t)，当cj(t)为1时代表在无人机j上部署完整节点，0则部署轻节点；
[0036]
s502、初始化部署全节点收益分别为r
fu
(单位：$/比特)，轻节点的收益为r
li
(单位：$/比特)；
[0037]
s503、通过以上两个参数，可以计算每一时隙中的区块链部署经济收益如下：
[0038][0039]
进一步的，所述对内容放置、内容替换、内容交付阶段的访问控制、区块链系统的区块链部署策略进行优化变量进行长期成本效益最大化优化，包括如下步骤：
[0040]
s601：将队列qj(t)和qs(t)合并表述为参数θ(t)＝{q(t),qs(t)}；
[0041]
s602：将lyapunov函数记为
[0042]
s603：在一个时隙长度下，我们可以将lyapunov漂移函数定义为δ(θ(t))@e{l(θ(t+1))-l(θ(t))|θ(t)}；
[0043]
s604：为了使我们上述优化问题中的长期成本效益最大化，需要考虑漂移惩罚函
数δ(θ(t))-ve{u(t)|θ(t)}，其中参数v是一个非负常数，用于在最大化收益和最小化虚拟队列中数据量中取得平衡；
[0044]
s605：根据随机优化理论，通过最小化s604中定义的漂移惩罚函数的上界，可以将原有长期优化问题转换为各个时隙t的联合任务放置、任务替换、访问控制和区块链部署优化，其中，优化函数u(t)为
[0045][0046]
其中，用户个数i，用户的集合为i，内容个数f，内容的集合f，无人机的个数为j，无人机的集合为j，用户所请求内容的大小sf，时隙长度δt，用户到低轨卫星的传输速率无人机的储存能力sj，无人机的带宽bj，用户请求r
i,f
(t)，无人机队列记为qj(t)，卫星的队列记为qs(t)，α
i,j
(t)户i的接入无人机j的控制策略，代理用户i的接入卫星控制策略；无人机，在每个时隙向用户发送信息，每个时隙中设备对于每个内容向用户i发送的数据量大小为d
i,j,f
(t)，卫星在每个时隙向用户发送信息，每个时隙中设备对于每个内容向用户i发送的数据量大小为区块链部署策略cj(t)，全节点收益分别为r
fu
，轻节点的收益为r
li
，无人机j收取的价格ηj$/bit，卫星收取的价格ηs$/bit，用户i到无人机j的传输速率r
i,j
(t)，参数v是一个非负常数，用于在最大化收益和最小化虚拟队列中数据量中取得平衡。
[0047]
进一步的，所述爆炸火星方法具体步骤如下：
[0048]
s701、所选的烟花l从内容存在矩阵n(t-1)中随机选择一个零元素，并使其等于1，新的内容存在矩阵为n(t)；
[0049]
s702、判断是否满足无人机缓存约束条件。如果满足要求，则成功产生爆炸火花，结束，不满足则进行s703；
[0050]
s703、如果不满足缓存约束，则执行上述s701和s702最多3次，如果有成功的爆炸火花，结束；
[0051]
s704、如果三次还没有成功进行爆炸火花，我们让爆炸火花与烟花相同，结束。
[0052]
进一步的，所述爆炸火星方法第二种情况为在原有烟花的基础上随机删去一个内容，从内容存在矩阵n(t-1)中随机选择一个值为1的元素，并使其等于0，新的内容存在矩阵为n(t)；该情况下可以同时满足缓存约束条件，并且可以成功地产生爆炸火花，结束爆炸过程；所述爆炸火星方法第三种情况为在原有烟花的基础上随机改变一个无人机或卫星的接入控制，从接入控制矩阵中随机选择一个零元素，并使其等于1。同时，我们让该用户之前选择的边缘设备的访问控制变量为0，从而满足接入控制矩阵的固有约束，并且可以成功地产生爆炸火花，结束爆炸过程。
[0053]
进一步的，所述爆炸火星方法的第四种情况为改变区块链部署矩阵，具体步骤如下：
[0054]
s901、从区块链部署矩阵中随机选择一个元素，可以选择将其从0更改为1，或从1更改为0；当选择从0更改为1则进行步骤2，当选择从1更改为0则进行s906；
[0055]
s902、如果我们将0更改为1，则需要进行下面步骤，判断是否满足储存约束；
[0056]
s903、如果满足上述约束，可以成功产生爆炸火花，结束该次爆炸过程；
[0057]
s904、如果不满足上述约束，这意味着无人机的存储容量不足以部署一个完整的节点，此时应当回到步骤1选择矩阵中的其他元素进行爆炸操作；
[0058]
s905、如果没有成功的爆炸火花，这意味着大多数无人机的缓存存储已经满，此时我们认为生成的爆炸火花与原烟花相同；结束该次爆炸过程；
[0059]
s906、如果我们将该元素从1更改为0，则判断是否满足全节点数最少为1个的约束条件；如果满足该约束，则成功产生爆炸火花，请结束；
[0060]
s907、如果不满足，这意味着全节点的数量太少，无法减少，此时我们也认为生成的爆炸火花与原烟花相同；结束该次爆炸过程。
[0061]
进一步的，所述对烟花弹执行变异操作，具体步骤如下：
[0062]
s1001、从l个烟花中随机挑选一个烟花，从该烟花弹的四个矩阵中分别选择一个数，并判断是否同时满足约束；
[0063]
s1002、所选的烟花l从内容存在矩阵n(t-1)中随机选择一个零元素，并使其等于1，并在原有烟花的基础上随机删去一个内容，从内容存在矩阵n(t-1)中随机选择一个值为1的元素，并使其等于0，新的内容存在矩阵为n(t)；
[0064]
s1003、判断是否满足无人机缓存约束条件；如果满足要求，则成功，进行下一步，不满足则进行s1004；
[0065]
s1004、如果不满足缓存约束，则执行上述s1002和s1003最多3次，如果有成功的变异火花，结束；否则，这个变异火星的内容存在矩阵与初始烟花弹相同；
[0066]
s1004、接入控制矩阵中随机选择一个零元素，并使其等于1。同时，我们让该用户之前选择的边缘设备的访问控制变量为0，从而满足接入控制矩阵的固有约束；
[0067]
s1006、从区块链部署矩阵中随机选择一个元素，可以选择将其从0更改为1，或从1更改为0；当选择从0更改为1则进行步骤7，当选择从1更改为0则进行s1010；
[0068]
s1007、如果满足储存约束，可以成功产生变异火花，结束该次变异过程；
[0069]
s1008、如果不满足上述约束，这意味着无人机的存储容量不足以部署一个完整的节点，此时应当回到步骤1选择矩阵中的其他元素进行变异操作；
[0070]
s1009、如果没有成功的爆炸火花，这意味着大多数无人机的缓存存储已经满，此时我们认为生成的变异火花与原烟花相同；结束该次爆炸过程；
[0071]
s1010、如果我们将该元素从1更改为0，则判断是否满足全节点数最少为1个的约束条件。如果满足该约束，则成功产生爆炸火花，结束；
[0072]
s1011、如果不满足，这意味着全节点的数量太少，无法减少，此时我们也认为生成的变异火花与原烟花相同；结束该次变异过程。
[0073]
本发明的有益效果：本发明提供的这种该边缘缓存的效益优化方法基于空天地一体化网络的边缘缓存系统能够解决由于用户设备处理能力不足带来的时延、能耗高的问题，能够缓解由于无线频带资源不足带来的系统容量少的问题。此外，本发明提出的协同优化卸载决策、接入控制和用户分簇、本地计算资源分配、mec服务器和云中心功率控制优化方法，操作简便，而且更具有实时性，更接近真实场景，利于网络优化，系统性能的提高。本发明考虑了边缘缓存和区块链支持的sagin系统中的安全内容部署和交付问题，其中leo卫
星充当内容服务器，多架无人机可以缓存一些内容，为用户提供qoe保证的内容访问服务。同时，在无人机上部署了区块链系统，用于存储认证数据和日志信息，从而为边缘缓存系统提供可信认证、活动可追溯性等。通过优化边缘缓存系统的内容部署阶段的内容放置和替换策略、内容交付阶段的访问控制以及区块链系统的区块链部署策略。在虚拟队列稳定并满足存储容量和区块链性能限制的情况下，最大限度地提高运营商的长期平均经济收入。
[0074]
以下将结合实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
[0075]
图1是本发明实施例提供的对内容放置、内容替换、接入控制和区块链部署策略的优化变量进行长期成本效益优化方法流程图。
[0076]
图2是本发明实施例提供的具有缓存功能的空天地网络系统的结构示意图。
[0077]
图3是本发明实施例提供的可应用的一个场景图。
[0078]
图4是本发明与对比基线算法方法对不同用户数量的平均经济收益比较图。
[0079]
图5是本发明与对比基线算法方法对不同用户数量的平均无人机队列积压比较图。
[0080]
图6是本发明与对比基线算法方法对不同用户数量的卫星队列积压比较图。
[0081]
图7是本发明与现有联合用户分簇及资源分配方法对不同任务输入数据量的能耗比较图。
[0082]
图中：1、mec子系统模块；2、内容交付模块；3、区块链部署模块。
具体实施方式
[0083]
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
[0084]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0085]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“对齐”、“重叠”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0086]
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0087]
实施例1
[0088]
针对现有技术存在的问题，本实施提供了一种基于边缘缓存和区块链技术支持的空天地一体化网络的成本效益优化方法，首先，初始化用户个数i，用户的集合为i，内容个
数f，内容的集合f，无人机的个数为j，无人机的集合为j，用户所请求内容的大小sf，时隙长度δt，用户到低轨卫星的传输速率无人机的储存能力sj，无人机的带宽bj；参考距离处的信道功率增益β0；
[0089]
其次，考虑了一个支持缓存的空天地一体化网络系统，该系统由一颗位于近地轨道作为内容提供商的卫星、j架部署区块链的支持缓存的无人机、以及i架请求内容的地面用户组成。假设卫星保持静止，无人机沿着预定的轨迹飞行，它们一起为覆盖区域提供无线覆盖和无线通信服务。我们假设没有宏基站来提供流量传输，例如在地震灾区、偏远山区或海洋地区。在这些情况下，将由无人机和卫星提供服务，它们将作为内容提供商向用户提供其请求的内容，此时需要考虑内容放置和替换。无人机从给定位置开始，并将沿着预定义的轨迹飞行，为地面用户提供服务。同时所有无人机都将作为区块链节点。内容提供商将发送所需的内容，每个无人机区块链节点将这些记录打包为交易，这些记录将共享给网络中的其他无人机。在区块链系统中，有两种区块链节点，分别称为全节点和轻节点。完整节点将参与区块生成过程，并将获得成功打包的奖励，而轻节点仅在共识过程中收集和转发信息。最后请求方用户将按照内容交付的大小支付相应的费用。最终进行对内容放置、内容替换、接入控制和区块链部署策略的优化变量进行长期成本效益最大化优化，由于该系统需要为长期成本效益优化，所以采用了lyapunov优化理论来解决该问题，通过采用多时隙漂移分析，捕捉时间尺度的时间分集，通过解决每个时隙的确定性问题来解决长期优化问题，而不需要任何关于未来时隙的信息。
[0090]
对于内容放置和替换模型，用户在每个时隙中请求内容，而缓存内容的无人机则需要对内容进行放置，在无人机储存不足的情况下，还需要将已缓存的一些内容替换为其他内容；
[0091]
对于内容交付模型，引入了无人机和卫星的两个虚拟队列，对内容请求和交付的动态进行了总体描述，通过观察队列的积压情况，可以反映出内容交付在无人机和卫星的平均延迟；
[0092]
对于经济效益模型，运营商可以从内容分发和部署区块链中获得经济效益。对于mec系统，通过在无人机上缓存内容并向用户提供他们想要的内容，根据用户所成功接收的数据大小收取费用。对于区块链系统，通过部署完整节点和轻节点，为用户提供安全服务来收取费用；
[0093]
进行对内容放置、内容替换、接入控制和区块链部署策略的优化变量进行长期成本效益最大化优化，由于该系统需要在长期时间段上优化，所以采用了lyapunov优化理论，通过采用多时隙漂移分析，捕捉时间尺度的时间分集，在不需要任何关于未来时隙信息的基础上，通过解决每个时隙的确定性问题来解决长期优化问题。
[0094]
如图2所示，本发明实施例提供的边缘缓存成本效益优化系统包括：
[0095]
mec子系统模块，主要包括空天地网络如何进行通信的实现细节；其中子系统包括：1)内容放置和替换模型：如前所述，无人机和卫星都有一定的存储空间用于内容缓存，从而为用户提供内容服务。在无人机储存达到上限时，对内容进行替换操作，保证了用户请求能够满足。2)无人机通信模型，考虑在一定范围内的三维空间，其中假设每个无人机的高度保持固定。3)卫星通信模型：随着微波通信的发展，地面空间直接传输是空天地网络中的通信组成部分。
[0096]
内容交付模块，运营商通过内容缓存和内容交付来获取利润，并将向用户收取费用。根据发送的数据。由于无人机通常可以提供更好的服务质量，它将向ue收取更高的价格，而卫星收取的价格略低。
[0097]
区块链部署模块，用户信息在内容请求和获取过程中根据区块链来进行保护。主要包括两类节点，完整节点和轻节点，通过部署区块链节点来保证用户传输信息安全。
[0098]
实施例2
[0099]
本实施例提供了一种如图1～图7所示的一种边缘缓存的效益优化方法，包括如下步骤：
[0100]
s101、初始化空天地一体化网络系统参数，包括用户个数i，用户的集合为i，内容个数f，内容的集合f，无人机的个数为j，无人机的集合为j，用户所请求内容的大小sf，时隙长度δt，用户到低轨卫星的传输速率无人机的储存能力sj，无人机的带宽bj；参考距离处的信道功率增益β0；
[0101]
s102、初始化烟花算法的相关参数，包括每次迭代烟花的数量l、最大爆炸火星个数迭代次数u；其中，每一个烟花均是包含三个矩阵的元组，第一个矩阵为内容放置矩阵，记录每个时刻中无人机中缓存的内容，该矩阵为f*j维；第二个矩阵为接入控制矩阵，注意该矩阵包含无人机接入用户和卫星接入用户两部分，该矩阵为i*(j+1)维；第三个矩阵为区块链部署矩阵，该矩阵为j*1维；
[0102]
s103、计算此时的迭代数，如果小于等于迭代次数u，根据每次迭代烟花的次数l，对于每一个烟花l，计算其适应度函数值，将l个烟花及其适应度函数值加入到本次迭代的种群中；
[0103]
s104、根据适应度值获得各个烟花爆炸火星个数对每个烟花执行爆炸操作，产生个爆炸火星，每个爆炸火星与初始烟花维度相同，都为包含三个矩阵的元组，计算每个爆炸火星的适应度值，将个爆炸火星及其适应度函数值加入到本次迭代的种群中；
[0104]
s105、从烟花弹种群中随机选择1个烟花弹，对该烟花弹执行变异操作，1个烟花弹产生1个变异火星；同样，每个变异火星是包含三个矩阵的元组，并计算每个变异烟花的适应度值；
[0105]
s106、在包含所有烟花弹和火星的种群中，需要从中取出下一代迭代所需的l个烟花；保留适应度最佳的个体作为下一代的一个烟花弹，然后基于概率公式，从其余个体中随机选择其他的l-1个烟花弹；
[0106]
s107、将获得的烟花种群作为下一代的烟花，进行下一次迭代，回到步骤s103再开始执行，直到不满足迭代次数的条件，最终得到次优解，对内容放置、内容替换、内容交付阶段的访问控制、区块链系统的区块链部署策略进行优化。
[0107]
进一步的，所述内容放置和替换模型的过程具体步骤如下：
[0108]
s201、设置参数δ
f,j
(t)以判断在时隙t中无人机j上是否存在内容f，当δ
f,j
(t)为1代表存在，0则代表不存在；
[0109]
s202、将时隙t中所有无人机储存的内容集合记为n(t)，具体记录了该时隙中j个无人机对于f个内容的储存状况；在时隙t的内容替换记为ρ
f,j
(t)，该参数为1代表在时隙t
中无人机j上移除内容f，0则不采取任何操作；
[0110]
s203、根据参数δ
f,j
(t)来对无人机上的内容进行更新，具体来说在上一个时隙的缓存内容集合n(t-1)中增加新的缓存内容，然后更新缓存内容集合为n(t)；
[0111]
s204、需要判断每个时隙是否满足储存约束，即，每个无人机上已缓存内容的大小总和需要满足无人机的最大储存能力的约束；如果满足，则得到新的缓存内容集合n(t)；如果不满足，执行步骤s205；
[0112]
s205、根据时隙t的内容替换ρ
f,j
(t)来对缓存内容集合n(t)进行更新，具体来说由上一个时隙的缓存内容集合n(t-1)，只从该集合中删去对应内容，从而减小无人机上已缓存内容的大小，再进行步骤s203；
[0113]
s206、算法执行结束，最终得到下一时隙的缓存内容集合n(t)；
[0114]
其中，在步骤s203与步骤s205中的参数δ
f,j
(t)和内容替换ρ
f,j
(t)存在约束all(δ
f,j
(t),ρ
f,j
(t))＝0，该约束代表在时隙t中，不能同时从无人机中放置和移除同一个内容。
[0115]
进一步的，所述内容交付阶段的访问控制的过程具体步骤如下：
[0116]
s301、设置参数无人机和卫星的虚拟队列，无人机队列记为qj(t)，卫星的队列记为qs(t)；
[0117]
s302、初始化参数：用户请求r
i,f
(t)，当用户请求r
i,f
(t)为1代表用户i在时隙t请求内容f，0则代表不请求任何内容；α
i,j
(t)户i的接入无人机j的控制策略，代理用户i的接入卫星控制策略；
[0118]
s303、对于卫星和每个无人机，在每个时隙向用户发送信息，从无人机和微卫星的角度，每个时隙中设备对于每个内容向用户i发送的数据量大小分别使用d
i,j,f
(t)和表示，受到步骤s302中用户请求r
i,f
(t)和接入控制α
i,j
(t)以及影响，并且卫星和无人机发送的数据量需要满足约束0≤d
i,j,f
(t),
[0119]
s304、对于队列qj(t)和qs(t)，首先要进行这两个队列的初始化，在下面的每一个时隙都需要对队列进行更新，需要步骤s303中获得的d
i,j,f
(t)和下一个时隙的卫星队列更新为同理通过计算可以获得d
i,j,f
(t)；
[0120]
其中，对于该队列的实际应用来说，无人机和卫星实际上并不缓冲虚拟队列的数据，因为运营商只需要缓存内容的备份，并且同时可以传递给请求该内容的多个用户完成内容的分发。引入这两个虚拟队列的意义在于，虚拟队列的积压可以分别反映无人机和卫星上内容交付延迟的平均延迟。
[0121]
进一步的，所述内容放置、内容替换结束后进行内容分发带来经济收益的具体计算步骤：
[0122]
s401、初始化无人机j收取的价格为ηj(单位：$/比特)，卫星s收取的价格ηs(单位：$/比特)；
[0123]
s402、定义内容分发带来经济收益rev1(t)；
[0124]
s403、通过计算，每一时隙中的内容分发经济收益如下：
[0125][0126]
进一步的，所述区块链系统的区块链部署策略进行优化带来经济收益的具体计算步骤：
[0127]
s501、初始化区块链部署策略cj(t)，当cj(t)为1时代表在无人机j上部署完整节点，0则部署轻节点；
[0128]
s502、初始化部署全节点收益分别为r
fu
(单位：$/比特)，轻节点的收益为r
li
(单位：$/比特)；
[0129]
s503、通过以上两个参数，可以计算每一时隙中的区块链部署经济收益如下：
[0130][0131]
进一步的，所述对内容放置、内容替换、内容交付阶段的访问控制、区块链系统的区块链部署策略进行优化变量进行长期成本效益最大化优化，包括如下步骤：
[0132]
s601：将队列qj(t)和qs(t)合并表述为参数θ(t)＝{q(t),qs(t)}；
[0133]
s602：将lyapunov函数记为
[0134]
s603：在一个时隙长度下，我们可以将lyapunov漂移函数定义为δ(θ(t))@e{l(θ(t+1))-l(θ(t))|θ(t)}；
[0135]
s604：为了使我们上述优化问题中的长期成本效益最大化，需要考虑漂移惩罚函数δ(θ(t))-ve{u(t)|θ(t)}，其中参数v是一个非负常数，用于在最大化收益和最小化虚拟队列中数据量中取得平衡；
[0136]
s605：根据随机优化理论，通过最小化s604中定义的漂移惩罚函数的上界，可以将原有长期优化问题转换为各个时隙t的联合任务放置、任务替换、访问控制和区块链部署优化。
[0137]
具体的说，对于任意的q≥0,b≥0,a≥0，存在
[0138]
(max[q-b,0]+a)2≤q2+a2+b2+2q(a-b)
[0139]
因此由漂移惩罚函数可知
[0140][0141]
根据随机优化理论，最小化上式中定义的漂移惩罚函数的上界，其中b为常数
[0142][0143]
最终化简为优化函数u(t)，使得该函数具有最小值
[0144][0145]
其中，用户个数i，用户的集合为i，内容个数f，内容的集合f，无人机的个数为j，无人机的集合为j，用户所请求内容的大小sf，时隙长度δt，用户到低轨卫星的传输速率无人机的储存能力sj，无人机的带宽bj，用户请求r
i,f
(t)，无人机队列记为qj(t)，卫星的队列记为qs(t)，α
i,j
(t)户i的接入无人机j的控制策略，代理用户i的接入卫星控制策略；无人机，在每个时隙向用户发送信息，每个时隙中设备对于每个内容向用户i发送的数据量大小为d
i,j,f
(t)，卫星在每个时隙向用户发送信息，每个时隙中设备对于每个内容向用户i发送的数据量大小为区块链部署策略cj(t)，全节点收益分别为r
fu
，轻节点的收益为r
li
，无人机j收取的价格ηj$/bit，卫星收取的价格ηs$/bit，用户i到无人机j的传输速率r
i,j
(t)，参数v是一个非负常数，用于在最大化收益和最小化虚拟队列中数据量中取得平衡；
[0146]
该函数的优化变量包括内容放置变量、内容替换变量、访问控制变量、区块链部署变量，通过选择最优的变量组合，最终得出优化策略。
[0147]
进一步的，所述爆炸火星方法具体步骤如下：
[0148]
s701、所选的烟花l从内容存在矩阵n(t-1)中随机选择一个零元素，并使其等于1，新的内容存在矩阵为n(t)；
[0149]
s702、判断是否满足无人机缓存约束条件。如果满足要求，则成功产生爆炸火花，结束，不满足则进行s703；
[0150]
s703、如果不满足缓存约束，则执行上述s701和s702最多3次，如果有成功的爆炸火花，结束；
[0151]
s704、如果三次还没有成功进行爆炸火花，我们让爆炸火花与烟花相同，结束。
[0152]
进一步的，其特征在于：所述爆炸火星方法第二种情况为在原有烟花的基础上随机删去一个内容，从内容存在矩阵n(t-1)中随机选择一个值为1的元素，并使其等于0，新的内容存在矩阵为n(t)；该情况下可以同时满足缓存约束条件，并且可以成功地产生爆炸火花，结束爆炸过程；所述爆炸火星方法第三种情况为在原有烟花的基础上随机改变一个无人机或卫星的接入控制，从接入控制矩阵中随机选择一个零元素，并使其等于1。同时，我们让该用户之前选择的边缘设备的访问控制变量为0，从而满足接入控制矩阵的固有约束，并且可以成功地产生爆炸火花，结束爆炸过程。
[0153]
进一步的，其特征在于：所述爆炸火星方法的第四种情况为改变区块链部署矩阵，具体步骤如下：
[0154]
s901、从区块链部署矩阵中随机选择一个元素，可以选择将其从0更改为1，或从1更改为0；当选择从0更改为1则进行步骤2，当选择从1更改为0则进行s906；
[0155]
s902、如果我们将0更改为1，则需要进行下面步骤，判断是否满足储存约束；
[0156]
s903、如果满足上述约束，可以成功产生爆炸火花，结束该次爆炸过程；
[0157]
s904、如果不满足上述约束，这意味着无人机的存储容量不足以部署一个完整的
节点，此时应当回到步骤1选择矩阵中的其他元素进行爆炸操作；
[0158]
s905、如果没有成功的爆炸火花，这意味着大多数无人机的缓存存储已经满，此时我们认为生成的爆炸火花与原烟花相同；结束该次爆炸过程；
[0159]
s906、如果我们将该元素从1更改为0，则判断是否满足全节点数最少为1个的约束条件；如果满足该约束，则成功产生爆炸火花，请结束；
[0160]
s907、如果不满足，这意味着全节点的数量太少，无法减少，此时我们也认为生成的爆炸火花与原烟花相同；结束该次爆炸过程。
[0161]
进一步的，所述对烟花弹执行变异操作，具体步骤如下：
[0162]
s1001、从l个烟花中随机挑选一个烟花，从该烟花弹的四个矩阵中分别选择一个数，并判断是否同时满足约束；
[0163]
s1002、所选的烟花l从内容存在矩阵n(t-1)中随机选择一个零元素，并使其等于1，并在原有烟花的基础上随机删去一个内容，从内容存在矩阵n(t-1)中随机选择一个值为1的元素，并使其等于0，新的内容存在矩阵为n(t)；
[0164]
s1003、判断是否满足无人机缓存约束条件；如果满足要求，则成功，进行下一步，不满足则进行s1004；
[0165]
s1004、如果不满足缓存约束，则执行上述s1002和s1003最多3次，如果有成功的变异火花，结束；否则，这个变异火星的内容存在矩阵与初始烟花弹相同；
[0166]
s1004、接入控制矩阵中随机选择一个零元素，并使其等于1。同时，我们让该用户之前选择的边缘设备的访问控制变量为0，从而满足接入控制矩阵的固有约束；
[0167]
s1006、从区块链部署矩阵中随机选择一个元素，可以选择将其从0更改为1，或从1更改为0；当选择从0更改为1则进行步骤7，当选择从1更改为0则进行s1010；
[0168]
s1007、如果满足储存约束，可以成功产生变异火花，结束该次变异过程；
[0169]
s1008、如果不满足上述约束，这意味着无人机的存储容量不足以部署一个完整的节点，此时应当回到步骤1选择矩阵中的其他元素进行变异操作；
[0170]
s1009、如果没有成功的爆炸火花，这意味着大多数无人机的缓存存储已经满，此时我们认为生成的变异火花与原烟花相同；结束该次爆炸过程；
[0171]
s1010、如果我们将该元素从1更改为0，则判断是否满足全节点数最少为1个的约束条件。如果满足该约束，则成功产生爆炸火花，结束；
[0172]
s1011、如果不满足，这意味着全节点的数量太少，无法减少，此时我们也认为生成的变异火花与原烟花相同；结束该次变异过程。
[0173]
实施例3
[0174]
图3是本发明的方法可应用的一个场景图。该系统由一颗位于天空中的近地轨道(leo)卫星组成，该卫星作为内容提供商，j架位于空中的支持缓存的无人机，以及i架将请求内容的地面ue。假设卫星保持静止，无人机沿着预定的轨迹飞行，它们一起为覆盖区域提供无线覆盖和无线通信服务。在没有宏基站来提供流量传输的情况下，将由无人机和卫星来提供内容服务，它们将作为内容提供商向ue提供其请求的内容。无人机从给定位置开始，并将沿着预定义的轨迹飞行，为地面ue提供服务。
[0175]
本发明提出的基于空天地一体化网络的边缘缓存系统能够解决由于用户设备处理能力不足带来的时延、能耗高的问题，能够缓解由于无线频带资源不足带来的系统容量
少的问题。此外，本发明提出的协同优化卸载决策、接入控制和用户分簇、本地计算资源分配、mec服务器和云中心功率控制优化方法，操作简便，而且更具有实时性，更接近真实场景，利于网络优化，系统性能的提高。
[0176]
下面结合仿真对本发明的技术效果作详细的描述。
[0177]
在图4-6中，本发明(记为proposed)和两个基线算法进行了对比。我们分别展示了经济收入、所有无人机的平均队列积压以及卫星的队列与ue数量的关系。从图4中可以看出，随着ue数量的增加，三种算法的总收入都会增加，这符合我们的直觉，因为当有更多的ue时，每个ue都会向无人机或卫星请求内容，并且所有无人机和卫星都由同一运营商运营，因此会产生更多的收入。还可以看出，在不同的用户数量下，所提出的算法获得的收入是最多的。在图5和图6中，我们可以看到无人机的平均队列积压和卫星的队列长度也在增加，这也很容易理解，当ue越多时，积压的队列就会越长。此外，所提出的算法性能最好，在不同的用户数量下，其队列积压总是最小的。
[0178]
在图7中，展示了本发明中每架无人机的带宽和运营商经济收入之间的关系。从图中可以看出，三种算法的经济收益随着每架无人机带宽的增加而增加。这是因为当无人机的带宽更大时，它可以传输的内容也会增加，它可以服务的用户数量也会增加，最终导致了平均经济收入的增加。同时，不难看出，所提出的算法比基线算法获得了更多的收入，并且差距随着带宽的增加而增加。
[0179]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
[0180]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种边缘缓存的效益优化方法，其特征在于，包括如下步骤：s101、初始化空天地一体化网络系统参数，包括用户个数i，用户的集合为i，内容个数f，内容的集合f，无人机的个数为j，无人机的集合为j，用户所请求内容的大小s
f
，时隙长度δt，用户到低轨卫星的传输速率无人机的储存能力s
j
，无人机的带宽b
j
；参考距离处的信道功率增益β0；s102、初始化烟花算法的相关参数，包括每次迭代烟花的数量l、最大爆炸火星个数迭代次数u；其中，每一个烟花均是包含三个矩阵的元组，第一个矩阵为内容放置矩阵，记录每个时刻中无人机中缓存的内容，该矩阵为f*j维；第二个矩阵为接入控制矩阵，该矩阵包含无人机接入用户和卫星接入用户两部分，该矩阵为i*(j+1)维；第三个矩阵为区块链部署矩阵，该矩阵为j*1维；s103、计算此时的迭代数，如果小于等于迭代次数u，根据每次迭代烟花的次数l，对于每一个烟花l，计算其适应度函数值，将l个烟花及其适应度函数值加入到本次迭代的种群中；s104、根据适应度值获得各个烟花爆炸火星个数对每个烟花执行爆炸操作，产生个爆炸火星，每个爆炸火星与初始烟花维度相同，都为包含三个矩阵的元组，计算每个爆炸火星的适应度值，将个爆炸火星及其适应度函数值加入到本次迭代的种群中；s105、从烟花弹种群中随机选择1个烟花弹，对该烟花弹执行变异操作，1个烟花弹产生1个变异火星；同样，每个变异火星是包含三个矩阵的元组，并计算每个变异烟花的适应度值；s106、在包含所有烟花弹和火星的种群中，需要从中取出下一代迭代所需的l个烟花；保留适应度最佳的个体作为下一代的一个烟花弹，然后基于概率公式，从其余个体中随机选择其他的l-1个烟花弹；s107、将获得的烟花种群作为下一代的烟花，进行下一次迭代，回到步骤s103再开始执行，直到不满足迭代次数的条件，最终得到次优解，对内容放置、内容替换、内容交付阶段的访问控制、区块链系统的区块链部署策略进行优化。2.如权利要求1所述的一种边缘缓存的效益优化方法，其特征在于：所述内容放置和替换模型的过程具体步骤如下：s201、设置参数δ
f,j
(t)以判断在时隙t中无人机j上是否存在内容f，当δ
f,j
(t)为1代表存在，0则代表不存在；s202、将时隙t中所有无人机储存的内容集合记为n(t)，具体记录了该时隙中j个无人机对于f个内容的储存状况；在时隙t的内容替换记为ρ
f,j
(t)，该参数为1代表在时隙t中无人机j上移除内容f，0则不采取任何操作；s203、根据参数δ
f,j
(t)来对无人机上的内容进行更新，具体来说在上一个时隙的缓存内容集合n(t-1)中增加新的缓存内容，然后更新缓存内容集合为n(t)；s204、需要判断每个时隙是否满足储存约束，即，每个无人机上已缓存内容的大小总和需要满足无人机的最大储存能力的约束；如果满足，则得到新的缓存内容集合n(t)；如果不满足，执行步骤s205；
s205、根据时隙t的内容替换ρ
f,j
(t)来对缓存内容集合n(t)进行更新，具体来说由上一个时隙的缓存内容集合n(t-1)，只从该集合中删去对应内容，从而减小无人机上已缓存内容的大小，再进行步骤s203；s206、算法执行结束，最终得到下一时隙的缓存内容集合n(t)；其中，在步骤s203与步骤s205中的参数δ
f,j
(t)和内容替换ρ
f,j
(t)存在约束all(δ
f,j
(t),ρ
f,j
(t))＝0，该约束代表在时隙t中，不能同时从无人机中放置和移除同一个内容。3.如权利要求1所述的一种边缘缓存的效益优化方法，其特征在于：所述内容交付阶段的访问控制的过程具体步骤如下：s301、设置参数无人机和卫星的虚拟队列，无人机队列记为q
j
(t)，卫星的队列记为q
s
(t)；s302、初始化参数：用户请求r
i,f
(t)，当用户请求r
i,f
(t)为1代表用户i在时隙t请求内容f，0则代表不请求任何内容；α
i,j
(t)户i的接入无人机j的控制策略，代理用户i的接入卫星控制策略；s303、对于卫星和每个无人机，在每个时隙向用户发送信息，每个时隙中设备对于每个内容向用户i发送的数据量大小分别使用d
i,j,f
(t)和表示，受到步骤s302中用户请求r
i,f
(t)和接入控制α
i,j
(t)以及影响，并且卫星和无人机发送的数据量需要满足约束0≤d
i,j,f
(t),s304、对于无人机队列记为q
j
(t)，卫星的队列记为q
s
(t)，首先要进行这两个队列的初始化，在下面的每一个时隙都需要对队列进行更新，需要步骤s303中获得的d
i,j,f
(t)和下一个时隙的卫星队列更新为同理通过计算可以获得d
i,j,f
(t)；。4.如权利要求1所述的一种边缘缓存的效益优化方法，其特征在于：所述内容放置、内容替换结束后进行内容分发带来经济收益的具体计算步骤：s401、初始化无人机j收取的价格为η
j
(单位：$/比特)，卫星s收取的价格η
s
(单位：$/比特)；s402、定义内容分发带来经济收益rev1(t)；s403、通过计算，每一时隙中的内容分发经济收益如下：5.如权利要求1所述的一种边缘缓存的效益优化方法，其特征在于：所述区块链系统的区块链部署策略进行优化带来经济收益的具体计算步骤：s501、初始化区块链部署策略c
j
(t)，当c
j
(t)为1时代表在无人机j上部署完整节点，0则部署轻节点；s502、初始化部署全节点收益分别为r
fu
(单位：$/比特)，轻节点的收益为r
li
(单位：$/比特)；s503、通过以上两个参数，可以计算每一时隙中的区块链部署经济收益如下：
6.如权利要求1所述的一种边缘缓存的效益优化方法，其特征在于：所述对内容放置、内容替换、内容交付阶段的访问控制、区块链系统的区块链部署策略进行优化变量进行长期成本效益最大化优化，包括如下步骤：s601：将无人机队列记为q
j
(t)和卫星的队列记为q
s
(t)合并表述为参数θ(t)＝{q(t),q
s
(t)}；s602：将lyapunov函数记为s603：在一个时隙长度下，将lyapunov漂移函数定义为δ(θ(t))@e{l(θ(t+1))-l(θ(t))|θ(t)}；s604：为了使上述优化问题中的长期成本效益最大化，需要考虑漂移惩罚函数δ(θ(t))-ve{u(t)|θ(t)}，其中参数v是一个非负常数，用于在最大化收益和最小化虚拟队列中数据量中取得平衡；s605：根据随机优化理论，通过最小化s604中定义的漂移惩罚函数的上界，可以将原有长期优化问题转换为各个时隙t的联合任务放置、任务替换、访问控制和区块链部署优化，其中，优化函数u(t)为其中，用户个数i，用户的集合为i，内容个数f，内容的集合f，无人机的个数为j，无人机的集合为j，用户所请求内容的大小s
f
，时隙长度δt，用户到低轨卫星的传输速率无人机的储存能力s
j
，无人机的带宽b
j
，用户请求r
i,f
(t)，无人机队列记为q
j
(t)，卫星的队列记为q
s
(t)，α
i,j
(t)户i的接入无人机j的控制策略，代理用户i的接入卫星控制策略；无人机，在每个时隙向用户发送信息，每个时隙中设备对于每个内容向用户i发送的数据量大小为d
i,j,f
(t)，卫星在每个时隙向用户发送信息，每个时隙中设备对于每个内容向用户i发送的数据量大小为区块链部署策略c
j
(t)，全节点收益分别为r
fu
，轻节点的收益为r
li
，无人机j收取的价格η
j
$/bit，卫星收取的价格η
s
$/bit，用户i到无人机j的传输速率r
i,j
(t)，参数v是一个非负常数，用于在最大化收益和最小化虚拟队列中数据量中取得平衡。7.如权利要求1所述的一种边缘缓存的效益优化方法，其特征在于：所述爆炸火星方法具体步骤如下：s701、所选的烟花l从内容存在矩阵n(t-1)中随机选择一个零元素，并使其等于1，新的内容存在矩阵为n(t)；s702、判断是否满足无人机缓存约束条件。如果满足要求，则成功产生爆炸火花，结束，不满足则进行s703；s703、如果不满足缓存约束，则执行上述s701和s702最多3次，如果有成功的爆炸火花，
结束；s704、如果三次还没有成功进行爆炸火花，让爆炸火花与烟花相同，结束。8.如权利要求7所述的一种边缘缓存的效益优化方法，其特征在于：所述爆炸火星方法第二种情况为在原有烟花的基础上随机删去一个内容，从内容存在矩阵n(t-1)中随机选择一个值为1的元素，并使其等于0，新的内容存在矩阵为n(t)；该情况下可以同时满足缓存约束条件，并且可以成功地产生爆炸火花，结束爆炸过程；所述爆炸火星方法第三种情况为在原有烟花的基础上随机改变一个无人机或卫星的接入控制，从接入控制矩阵中随机选择一个零元素，并使其等于1；同时，让该用户之前选择的边缘设备的访问控制变量为0，从而满足接入控制矩阵的固有约束，并且可以成功地产生爆炸火花，结束爆炸过程。9.如权利要求7所述的一种边缘缓存的效益优化方法，其特征在于：所述爆炸火星方法的第四种情况为改变区块链部署矩阵，具体步骤如下：s901、从区块链部署矩阵中随机选择一个元素，可以选择将其从0更改为1，或从1更改为0；当选择从0更改为1则进行步骤2，当选择从1更改为0则进行s906；s902、如果将0更改为1，则需要进行下面步骤，判断是否满足储存约束；s903、如果满足上述约束，可以成功产生爆炸火花，结束该次爆炸过程；s904、如果不满足上述约束，这意味着无人机的存储容量不足以部署一个完整的节点，此时应当回到步骤1选择矩阵中的其他元素进行爆炸操作；s905、如果没有成功的爆炸火花，这意味着大多数无人机的缓存存储已经满，此时生成的爆炸火花与原烟花相同；结束该次爆炸过程；s906、如果将该元素从1更改为0，则判断是否满足全节点数最少为1个的约束条件；如果满足该约束，则成功产生爆炸火花，请结束；s907、如果不满足，这意味着全节点的数量太少，无法减少，此时生成的爆炸火花与原烟花相同；结束该次爆炸过程。10.如权利要求1所述的一种边缘缓存的效益优化方法，其特征在于：所述对烟花弹执行变异操作，具体步骤如下：s1001、从l个烟花中随机挑选一个烟花，从该烟花弹的四个矩阵中分别选择一个数，并判断是否同时满足约束；s1002、所选的烟花l从内容存在矩阵n(t-1)中随机选择一个零元素，并使其等于1，并在原有烟花的基础上随机删去一个内容，从内容存在矩阵n(t-1)中随机选择一个值为1的元素，并使其等于0，新的内容存在矩阵为n(t)；s1003、判断是否满足无人机缓存约束条件；如果满足要求，则成功，进行下一步，不满足则进行s1004；s1004、如果不满足缓存约束，则执行上述s1002和s1003最多3次，如果有成功的变异火花，结束；否则，这个变异火星的内容存在矩阵与初始烟花弹相同；s1004、接入控制矩阵中随机选择一个零元素，并使其等于1。同时，让该用户之前选择的边缘设备的访问控制变量为0，从而满足接入控制矩阵的固有约束；s1006、从区块链部署矩阵中随机选择一个元素，可以选择将其从0更改为1，或从1更改为0；当选择从0更改为1则进行步骤7，当选择从1更改为0则进行s1010；s1007、如果满足储存约束，可以成功产生变异火花，结束该次变异过程；
s1008、如果不满足上述约束，这意味着无人机的存储容量不足以部署一个完整的节点，此时应当回到步骤1选择矩阵中的其他元素进行变异操作；s1009、如果没有成功的爆炸火花，这意味着大多数无人机的缓存存储已经满，此时生成的变异火花与原烟花相同；结束该次爆炸过程；s1010、如果将该元素从1更改为0，则判断是否满足全节点数最少为1个的约束条件。如果满足该约束，则成功产生爆炸火花，结束；s1011、如果不满足，这意味着全节点的数量太少，无法减少，此时生成的变异火花与原烟花相同；结束该次变异过程。

技术总结
本发明涉及一种边缘缓存的效益优化方法，步骤包括：S101、初始化空天地一体化网络系统参数，S102、初始化烟花算法的相关参数；S103、计算其适应度函数值，并加入到本次迭代的种群中；S104、计算每个爆炸火星的适应度值，将个爆炸火星及其适应度函数值加入到本次迭代的种群中；S105、对烟花弹执行变异操作，并计算每个变异烟花的适应度值；S106、取出下一代迭代所需的L个烟花；S107、对内容放置、内容替换、内容交付阶段的访问控制、区块链系统的区块链部署策略进行优化；该边缘缓存的效益优化方法解决由于传统无线网络拥塞导致的数据访问延迟、减少核心网的网络拥塞问题，可以减少对核心网的带宽消耗并且提高网络的可扩展性和效率。率。率。


技术研发人员：李树磊 罗青峰 童冲 王兴江 王毅 王挺 樊毅 吕家驹 杜剑波
受保护的技术使用者：天元瑞信通信技术股份有限公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/8/9