本發(fā)明屬于通信，特別是涉及基于可靠傳輸?shù)脑旅嫱ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)緩存部署方案。

背景技術(shù)：

1、隨著探月活動的不斷深入，未來月面探測節(jié)點的數(shù)量和種類將會持續(xù)增加，并且設(shè)備之間需要保持持久化通信，建立月面節(jié)點間自組織網(wǎng)絡(luò)，保障探測節(jié)點間通信。在月面場景中，有線鏈路的部署范圍有限，更實際的是采用月面無線骨干網(wǎng)結(jié)合區(qū)域無線自組網(wǎng)的形式。在月面探測任務(wù)中，宇航員、月球車、機器人等將組成多個探測小隊，構(gòu)成月面無線自組織通信網(wǎng)絡(luò)，向外開展探測任務(wù)。探測小隊將獲取到的勘探數(shù)據(jù)上傳給著陸器，同時著陸艙與探測小隊保持實時通信，監(jiān)控探測小隊位置和宇航員體征信息并下達指揮命令，探測小隊間既可以通過著陸器實現(xiàn)多跳通信，也可以進行直接通信。

2、然而，月面通信場景與地球上的通信場景完全不同，如圖2和圖3所示。與地球移動自組網(wǎng)相比，月面無線通信環(huán)境較差，月面探測節(jié)點具有以下特點：(1)受月面地形地貌、磁場、輻射、帶電月塵和溫度的影響，探測節(jié)點間通信鏈路易中斷，使網(wǎng)絡(luò)拓撲呈現(xiàn)高動態(tài)性，同時節(jié)點設(shè)備老化加快，故障概率較高。(2)由于月面設(shè)備發(fā)射成本高增添困難導(dǎo)致月面通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點計算能力和存儲能力都受限。(3)節(jié)點的能源有限，探測節(jié)點通常通過太陽能電池板發(fā)電，月晝期間能夠正常工作，而月夜期間進入休眠狀態(tài)，只有少量設(shè)備待機以便在月晝到來時重新啟動月球車。(4)由于月面沒有大氣層，則月面通信網(wǎng)絡(luò)中沒有飛行器等基礎(chǔ)設(shè)施輔助通信。綜上所述，月面復(fù)雜的地形地貌、磁場、輻射、帶電月塵、溫度變化以及能源和資源的限制，致使可靠通信網(wǎng)絡(luò)面臨諸多挑戰(zhàn)，如鏈路可靠性低、節(jié)點故障率高、數(shù)據(jù)易丟失等，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘缀蛡鬏敃r延高等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明通過緩存來進行數(shù)據(jù)緩存?zhèn)浞?，且其他?jié)點可從附近的緩存節(jié)點處獲取備份數(shù)據(jù)，然后利用蜉蝣算法求解最優(yōu)緩存節(jié)點方案，以提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性、降低時延。

2、為了達到上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供基于可靠傳輸?shù)脑旅嫱ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)緩存部署方案，包括：

3、s1：根據(jù)每個設(shè)備節(jié)點上需要緩存的內(nèi)容大小構(gòu)建設(shè)備節(jié)點的緩存成本模型；

4、s2：根據(jù)設(shè)備節(jié)點在緩存數(shù)據(jù)、維持探測活動和傳輸數(shù)據(jù)時消耗的能耗構(gòu)建設(shè)備節(jié)點的能耗模型；

5、s3：根據(jù)設(shè)備節(jié)點緩存的數(shù)據(jù)位置，構(gòu)建設(shè)備節(jié)點獲取請求內(nèi)容的時延成本模型；

6、s4：根據(jù)設(shè)備節(jié)點的硬件狀態(tài)和設(shè)備所處的環(huán)境狀態(tài)構(gòu)建設(shè)備節(jié)點的故障概率模型，并基于設(shè)備節(jié)點的故障概率模型構(gòu)建設(shè)備節(jié)點的可用性模型；

7、s5：根據(jù)設(shè)備節(jié)點的可用性模型、設(shè)備節(jié)點的緩存成本模型、設(shè)備節(jié)點獲取請求內(nèi)容的時延成本模型和設(shè)備節(jié)點的能耗模型構(gòu)建設(shè)備節(jié)點的緩存策略優(yōu)化模型；

8、s6：將緩存策略優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為無約束緩存策略優(yōu)化模型，并利用蜉蝣算法對無約束緩存策略優(yōu)化模型進行求解得到最優(yōu)的數(shù)據(jù)緩存策略，基于最優(yōu)的數(shù)據(jù)緩存策略對設(shè)備節(jié)點的數(shù)據(jù)進行緩存。

9、本發(fā)明至少具有以下有益效果

10、本發(fā)明根據(jù)每個設(shè)備節(jié)點上需要緩存的內(nèi)容大小構(gòu)建緩存成本模型，這使得能夠精確量化不同設(shè)備節(jié)點緩存數(shù)據(jù)所帶來的成本?？梢砸罁?jù)成本模型，合理規(guī)劃每個設(shè)備節(jié)點的緩存內(nèi)容，避免不必要的緩存開銷，從而有效控制整體緩存成本，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。通過構(gòu)建的設(shè)備節(jié)點能耗模型，詳細考慮了設(shè)備在緩存數(shù)據(jù)、維持探測活動和傳輸數(shù)據(jù)時的能耗，估不同緩存策略下設(shè)備的能耗情況，優(yōu)先選擇能耗較低的緩存方案。本發(fā)明依據(jù)設(shè)備節(jié)點緩存的數(shù)據(jù)位置構(gòu)建的時延成本模型，對于提高數(shù)據(jù)訪問效率至關(guān)重要。該模型能幫助我們將數(shù)據(jù)緩存到更有利于降低獲取請求內(nèi)容時延的位置。通過設(shè)備節(jié)點的硬件狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)構(gòu)建的故障概率模型以及可用性模型，為緩存策略優(yōu)化提供了可靠性方面的考量，通過可用性模型，在選擇緩存設(shè)備節(jié)點時，會優(yōu)先考慮那些硬件狀態(tài)良好、所處環(huán)境穩(wěn)定、可用性高的節(jié)點，從而降低因設(shè)備故障而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險，增強整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。綜合可用性模型、緩存成本模型和能耗模型綜合起來構(gòu)建緩存策略優(yōu)化模型，這種多維度的綜合考慮能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的全局優(yōu)化，避免了只針對單一因素優(yōu)化而忽略其他重要方面的問題。使系統(tǒng)在各個方面都能達到較好的性能。利用蜉蝣算法進行求解，這種方法能夠高效地找到最優(yōu)的數(shù)據(jù)緩存策略。，能夠在復(fù)雜的解空間中快速定位到使系統(tǒng)性能最優(yōu)的數(shù)據(jù)緩存方式，然后基于這個最優(yōu)策略對設(shè)備節(jié)點的數(shù)據(jù)進行緩存，確保系統(tǒng)能夠在實際運行中達到最佳的性能表現(xiàn)。

技術(shù)特征：

1.基于可靠傳輸?shù)脑旅嫱ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)緩存部署方案，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可靠傳輸?shù)脑旅嫱ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)緩存部署方案，其特征在于，所述設(shè)備節(jié)點的緩存成本模型包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可靠傳輸?shù)脑旅嫱ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)緩存部署方案，其特征在于，所述設(shè)備節(jié)點的能耗模型包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可靠傳輸?shù)脑旅嫱ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)緩存部署方案，其特征在于，所述時延成本模型包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可靠傳輸?shù)脑旅嫱ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)緩存部署方案，其特征在于，所述設(shè)備節(jié)點的故障概率模型包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于可靠傳輸?shù)脑旅嫱ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)緩存部署方案，其特征在于，所述設(shè)備節(jié)點的可用性模型包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可靠傳輸?shù)脑旅嫱ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)緩存部署方案，其特征在于，所述設(shè)備節(jié)點的緩存策略優(yōu)化模型包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于可靠傳輸?shù)脑旅嫱ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)緩存部署方案，其特征在于，所述將緩存策略優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為無約束緩存策略優(yōu)化模型包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于可靠傳輸?shù)脑旅嫱ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)緩存部署方案，其特征在于，所述利用蜉蝣算法對無約束緩存策略優(yōu)化模型進行求解包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供基于可靠傳輸?shù)脑旅嫱ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)緩存部署方案，包括：根據(jù)每個設(shè)備節(jié)點上需要緩存的內(nèi)容大小構(gòu)建設(shè)備節(jié)點的緩存成本模型；根據(jù)設(shè)備節(jié)點在緩存數(shù)據(jù)、維持探測活動和傳輸數(shù)據(jù)時消耗的能耗構(gòu)建設(shè)備節(jié)點的能耗模型；根據(jù)設(shè)備節(jié)點緩存的數(shù)據(jù)位置，構(gòu)建設(shè)備節(jié)點獲取請求內(nèi)容的時延成本模型；根據(jù)設(shè)備節(jié)點的硬件狀態(tài)和設(shè)備所處的環(huán)境狀態(tài)構(gòu)建設(shè)備節(jié)點的故障概率模型，并基于設(shè)備節(jié)點的故障概率模型構(gòu)建設(shè)備節(jié)點的可用性模型；根據(jù)設(shè)備節(jié)點的可用性模型、設(shè)備節(jié)點的緩存成本模型、設(shè)備節(jié)點的能耗模型和設(shè)備節(jié)點的時延成本模型構(gòu)建設(shè)備節(jié)點的緩存策略優(yōu)化模型；將緩存策略優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為無約束緩存策略優(yōu)化模型，并利用蜉蝣算法對無約束緩存策略優(yōu)化模型進行求解得到最優(yōu)的數(shù)據(jù)緩存策略，基于最優(yōu)的數(shù)據(jù)緩存策略對設(shè)備節(jié)點的數(shù)據(jù)進行緩存。

技術(shù)研發(fā)人員：段潔,程慰丹,閆子豪,李朝江,李鎮(zhèn)江
受保護的技術(shù)使用者：重慶郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15