CN110417847A - 无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法及装置 - Google Patents

无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法及装置，该方法包括：随机初始化用户接入和缓存部署；根据初始化缓存部署算得当前缓存部署情况下最佳的用户接入信息；算得当前用户接入情况下最佳的缓存部署信息；算得的缓存部署信息作为新一轮迭代的输入算得下一迭代周期最佳的用户接入和缓存部署信息；重复迭代直至达到预设的迭代次数阈值，得到最终的最佳用户接入和缓存部署信息；根据得到的最佳用户接入和缓存部署信息算得最佳的回程链路带宽分配信息，最终得到当前无人机通信网络中最佳的接入和缓存方案。本发明能够更降低无人机通信网络中用户的内容获取时延。

Description

无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法及装置
技术领域
本申请涉及无人机通信技术的技术领域，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。
背景技术
随着移动互联网与智能终端的迅猛发展，为无人机(unmanned aerial vehicle,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，但是对于较多负载的地面基站尽管能提供较高的信噪比，但是因为有限的资源分配并不能保证较高的传输速率；同时，缓存技术的引入使无人机可本地提供内容，信噪比并不足以作为保证用户服务质量的主要依据。用户请求分布具有局部特征，基于历史用户请求分布表征的是较大范围上、较长时间内的总体分布特征，并不能适应于变化的、局部的用户接入分布以及由此产生的动态内容请求。
因此，如何提供一种使得用户及时有效地获取无人机中内容、提升无人机缓存效率的缓存方案是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法及装置，解决现有技术中不能联合用户接入及缓存部署使得用户及时有效地获取内容、降低无人机能量消耗的技术问题。
为达到上述目的，本申请提供一种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法，包括：
在由多个配有高速缓存的无人组成的通信机网络中，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。
可选地，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无人机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设定；
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转移前的时延时，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。
可选地，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，其中
n为用户端，k为接入点，m为用户请求的内容，为请求的所有内容的集合，xk,n为用户接入指示，由用户接入信息得到，xk,n＝1表示用户端n接入接入点k，反之xk,n＝0，cn.m为用户请求指示，用户请求情况已知，cn.m＝1表示用户n请求内容m，反之cn.m＝0，S为内容大小，rk,n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，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。
可选地，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，由用户接入信息可得，xk,n＝1表示用户端n接入无人机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；迭代该过程计算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。
可选地，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：
求导得到当前最佳的回程链路带宽分配信息并输出最终的用户接入、缓存部署和回程链路带宽分配信息。
另一方面，本发明还提供一种无人机网络用户接入和内容缓存的装置，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、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元、最佳缓存部署信息处理单元及分配控制处理单元，其中，
所述最佳用户接入信息处理单元，根据输入的缓存部署信息在上一迭代周期的用户接入信息基础上利用交换匹配算法迭代得到当前缓存部署下最佳的用户接入信息；
所述最佳缓存部署信息处理单元，根据输入的用户接入信息利用延迟接受算法得到当前用户接入下最佳的缓存部署信息；
所述分配控制处理单元，判断最佳用户接入信息处理单元和和最佳部署信息处理单元之间的迭代是否达到预设的迭代次数阈值，达到则输出此时输入的用户接入、缓存部署信息，得到当前最佳的用户接入和缓存部署情况，反之将输入的缓存部署信息作为最佳用户接入信息处理单元的输入进行下一轮迭代；
所述最终网络分配管理处理器，与所述最佳分配信息处理器和回程链路带宽分配处理器相连接，根据最佳分配处理器所得的所述最佳用户接入信息及最佳缓存部署信息利用所连接的回程链路带宽处理器得到最佳的资源分配信息继而输出此时无人机通信网络中最佳的用户接入、缓存部署和回程链路带宽分配信息。
可选地，所述最佳用户接入信息处理单元，包括：随机数产生单元、接入转移处理单元、接入交换处理单元及交换匹配处理单元，其中，
所述随机数产生单元，与所述信息初始化处理器相连，产生随机数作为判断转入接入转移处理单元和接入交换处理单元的依据，并传输初始化信息处理器输出的初始化用户接入和缓存部署信息；
当所述随机数小于随机数阈值时，转入接入转移处理单元；所述接入转移处理单元，与所述随机数产生单元、回程链路带宽分配处理器及交换匹配处理单元相连接，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，则该次迭代结束，直接进入交换匹配处理单元，若待转移用户转移后未超过另一接入点的限额qk，则计算用户端和两接入点转移前后的时延；当两接入点的时延和小于转移前的时延和，且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用户端转移至所述接入转移的另一接入点，否则不转移；
当所述随机数不小于随机数阈值时，转入接入交换处理单元；所述接入交换处理单元，与所述随机数产生单元、回程链路带宽分配处理器及交换匹配处理单元相连接，任取接入不同接入点的两个待交换的用户端，并计算两用户端和两接入点交换过程前后的时延；当两接入点的时延和小于交换前的时延和，且两待交换用户端在交换后的时延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；
所述交换匹配处理单元，与所述接入转移处理单元、接入交换转移单元、随机数产生单元及最佳缓存部署信息处理单元相连接，根据所述接入转移处理单元和接入交换处理单元得到的转移或交换后的用户接入信息，判断迭代次数是否达到预设的迭代次数阈值，未达到则将该信息输入到随机数产生单元进行下一轮迭代，若达到重复迭代次数阈值，则输出当前用户接入信息。
可选地，所述接入转移处理单元，包括：预转入处理单元、时延计算处理单元及接入转移控制单元，其中，
所述预转入处理单元，与所述随机数产生单元及时延计算处理单元相连接，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，并计算用户端和两接入点转移前后的时延；
所述时延计算处理单元，与所述预转入处理单元、回程链路带宽分配处理器及接入转移控制单元相连接，与回程链路带宽分配处理器相连接得到转移前后的回程链路带宽分配信息bk,n，继而利用如下公式计算用户端转移前后的时延，用户端n接入接入点k获取所有请求内容的时延其中，n为用户端，k为接入点，xk,n为用户端接入指示，cn,m为用户请求指示，m为请求的内容，为内容集合，S为内容大小，rk,n为接入点与用户端n的无线链路传输速率，yk,m为缓存部署指示，γk表示无人机的回程链路接收信号信噪比；利用如下公式计算接入点k接入转移过程前后的时延，接入点k所接入用户的总时延为：其中，为用户端集合；
所述接入转移控制单元，与所述时延计算处理单元及交换匹配处理单元相连接，当两接入点的时延和小于转移前的时延和，且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用户端转移至所述接入转移的另一接入点，反之不转移，转移后的用户接入信息输出给交换匹配处理单元。
可选地，所述最佳缓存部署信息处理单元，包括：偏序列表处理单元和内容匹配处理单元，其中，所述偏序列表处理单元，与所述最佳用户接入信息处理单元及内容匹配处理单元相连接，根据交换匹配处理单元得到的用户接入信息计算所述无人机k缓存内容m节约的向核心网请求的流量其中，n为用户端，为用户端集合，xk,n为用户端接入指示，k为无人机，m为用户请求的内容，cn,m为用户请求指示，S为内容大小；
将所述无人机缓存内容节约的向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,无人机根据可节省的流量多少对不同内容进行偏好排序，构建偏序列表，同样，内容根据可节省的流量多少对不同无人机进行偏好排序，构建偏序列表；
所述内容匹配处理单元，与偏序列表处理单元和分配控制处理单元相连接，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预定数量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；重复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的缓存开销预先设定，Qk为无人机的缓存空间，pm为每一迭代周期内容m还可占用的缓存空间个数，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。
可选地，所述回程链路带宽分配处理器，进一步为：
根据当前输入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，xk,n为用户接入指示，yk,m为缓存部署指示，rk,n为接入点k与用户端n间的无线链路传输速率，γk为无人机k的回程链路接收信号信噪比，为要得到的回程链路资源分配信息，满足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；得到
本申请的无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法及装置实现的有益效果如下：
(1)本申请的无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法及装置，在无人机通信网络中引入缓存的思想，通过在边缘的无人机网络部署高速缓存，将无人机可靠的通信链路优势与缓存优势相结合，使用户能够更快更稳定的获取内容，同时内容的本地获取也大幅度降低了无人机的回程链路能量消耗，缓解了无人机的持续飞行时间问题。
(2)本申请的无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法及装置，在无人机通信网络中引入缓存的基础上将用户接入与缓存部署联合优化，用户接入时会考虑内容提供性，缓存放置时会考虑用户接入情况，相对于传统的单独考虑并优化的方法来说，能够更进一步降低用户的内容获取时延。
(3)本申请的无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法及装置，利用匹配思想解决无人机通信中的用户接入和缓存部署问题，使时延优化的同时用户、无人机、内容都具有个体合理的利益偏好和激励，不会以牺牲某一方的利益获得较高的时延水平，兼顾了整体资源分配部署，进而使得用户接入和缓存部署更加合理。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法的原理流程示意图；
图3为本发明实施例中无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法中用户端接入匹配的示意图；
图4为本发明实施例中第二种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法的流程示意图；
图5为本发明实施例中第三种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法的流程示意图；
图6为本发明实施例中第四种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法的流程示意图；
图7为本发明实施例中第五种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法的流程示意图；
图8为本发明实施例中一种无人机通信网络用户接入和内容缓存的装置的结构示意图；
图9为本发明实施例中第二种无人机通信网络用户接入和内容缓存的装置的结构示意图；
图10为本发明实施例中第三种无人机通信网络用户接入和内容缓存的装置的结构示意图；
图11为本发明实施例中第四种无人机通信网络用户接入和内容缓存的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例
对于日益增长的网络通信用户规模以及内容需求，在无人机技术不断发展的形势下，部署无人机网络是一种具有前景的解决传统蜂窝网通信需求的有效方案，尤其针对高密度或通信中断区域。本发明的目的在于为有效降低全网用户总时延提供一种用户接入、缓存部署和资源分配的联合优化方法。对于多个具有缓存功能的无人机和地面基站组成的通信网路，用户可综合无线信道特征和内容提供性选择接入的无人机或者基站，同时，设有高速缓存的无人机可根据实时接入的用户及其内容请求情况缓存所需的高流行度内容，继而根据用户接入情况和缓存部署情况，我们可以得到最佳的蜂窝网为无人机接入用户分配的回程链路带宽资源。该方法实现了无人机网络中用户接入和缓存部署的联合优化，能够有效减少全网用户获取内容的时延，同时平衡负载减少网络流量拥塞。
如图1和图2所示，图1为本实施例中一种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法的流程示意图；图2为本实施例中无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法的原理流程示意图。本实施例的方法根据用户接入情况进行缓存部署能够使当前接入无人机的用户更有效的获取内容，同时提高无人机的缓存效率；另一方面，根据内容部署情况进行用户接入能够使具有相似内容请求的用户接入到相同且缓存有其需求内容的无人机上，更进一步减少用户获取内容的时延。
具体地，该无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法，包括如下步骤：
步骤101、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。
步骤102、根据初始化缓存部署信息，利用交换匹配算法在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。
步骤103、根据得到的最佳用户接入信息，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。
步骤104、根据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。
场景假设：在下行蜂窝网络中，系统包括一个地面基站b、N个用户以及K个无人机请求的内容假设来自多个不同的内容提供商CP(content provider)，且内容大小一致为S，用户可同时请求多个内容，无人机k设有缓存空间Qk(内容)。用c∈{0，1}n×m表示用户请求指示矩阵，其中参数cn,m∈{0,1}，cn,m＝1表示用户n请求内容m，反之cn,m＝0。当用户有内容请求时，可从覆盖范围内的多个接入点(无人机或地面基站)中选择接入。为了保证接入点所服务用户的服务质量，假设接入点k可接入用户的限额为qk，不同无人机可不同，系统根据无人机能量情况预先设定，地面基站覆盖范围广且保证最基本的通信接入服务，因此假设其限额为用户总数，即可接入所有用户，此过程中用户至多接入一个接入点，且在整个内容传输期间不变。当用户接入后，若内容请求无人机本地缓存可命中，则可直接由无人机的缓存获取，反之未命中，无人机通过回程链路连接到地面基站从核心网下载内容再传输给用户。在缓存部署中，由于不同内容商自身开销原因，可购买的缓存位置有限，假设内容可重复存储在多个无人机上的数量限额为lm。对于接入地面基站的用户，基站不部署高速缓存，用户请求的内容都需由地面基站向核心网获取再由地面基站下行链路传输给用户。
基于稳定匹配思想，本实施例中将上述过程中的用户接入与缓存部署建模成匹配关系，在匹配过程中，只有权衡好各方利益偏好，才能得到稳定的匹配结果和最佳的总体利益。为了得到最低的时延水平，我们假设用户、内容和接入点的利益偏好为各自的时延，全网用户总时延为总体利益。
图2中主要包括如下流程步骤：
步骤201、开始进行初始化。步骤202、用户端随机接入。步骤203、部署随机缓存。步骤204、进行用户端接入匹配。步骤205、进行缓存部署匹配。步骤206、用户接入与缓存部署不断迭代，判断迭代是否达到最大迭代次数。步骤207、迭代未达到最大迭代次数，迭代次数加1。步骤208、迭代达到最大迭代次数时，结束迭代并进行回程链路带宽分配求解，输出管理分配的网络资源。步骤209、流程结束。
本实施例中使用原理的总体流程如下：
初始化：定义用户接入指示矩阵其中参数xk,n∈{0,1}，xk,n＝1代表用户n接入接入点k，反之xk,n＝0，利用随机接入得到初始化用户接入情况x0；定义无人机缓存部署指示矩阵其中参数yk,m∈{0,1}，yk,m＝1代表无人机k缓存内容m，反之yk,m＝0，利用随机缓存得到初始化缓存部署情况y0；定义回程链路带宽分配指示矩阵其中表示地面基站分配给接入无人机用户的回程链路带宽资源。
迭代：利用交换匹配算法得到当前缓存部署情况下的最佳用户接入x，作为输入进行下一步缓存部署匹配，缓存部署匹配利用延迟接受算法得到当前用户接入情况x下的最佳缓存部署y，当前算得的最佳缓存部署进一步作为下一轮求解用户接入的输入，重复以上两个环节直到达到最大迭代次数。
回程链路带宽分配：经过第二步迭代，输出最佳的用户接入x*、缓存部署y*，在当前算得的最佳用户接入x*和缓存部署y*下利用拉格朗日乘数法得到最佳的资源分配b*，得到当前无人机通信网络中最终的用户接入、缓存部署、回程链路带宽分配情况及对应的最佳时延水平。
在极为有限的带宽资源下，多个用户与包括多个无人机及地面基站的接入点之间的连接存在争用关系，同时，缓存空间是固定的，多个无人机的高速缓存和大量内容之间也存在争用关系，为了协调不同方在不同目标下的利益，同时追求总体利益的最大化，本实施例利用来自经济学领域的稳定匹配思想将用户、无人机及地面基站、内容三者之间的接入和缓存建模成三维匹配关系，有效地解决各边之间的利益冲突。由于三维匹配的求解难度之大，本实施例在此基础上将三维匹配分解为两个二维匹配——用户接入匹配和缓存部署匹配。为了获得最低的总时延性能，在匹配过程中本发明将各自时延作为各自目标，总时延作为总的利益目标，可在保证个体合理性的基础上得到最佳的全网时延水平。最后，针对回程链路的分配通过构造拉格朗日函数可得到当前用户接入与缓存部署情况下最为合适的带宽资源分配方案，由此，本实施例为无人机通信网络中的用户接入、缓存部署及资源分配提供了一种高效实用的解决方案。
在一些可选的实施例中，如图4所示，为本实施例中第二种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法的流程示意图，与图1中不同的是，步骤102、根据初始化缓存部署信息，利用交换匹配算法在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，为：
步骤401、任取随机数，当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，则计算用户端和两接入点转移过程前后的时延；当两接入点的时延和小于转移前的时延和，且用户端转移后的时延不大于转移前的时延时，将接入点中待转移的用户端转移至接入转移的另一接入点，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设定。
步骤402、当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，计算两用户端和两接入点交换过程前后的时延；当两接入点的时延和小于交换前的时延和，且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，将两接入点中待交换的用户端进行交换，否则不交换。
步骤403、重复迭代该交换匹配过程，直至达到预设的迭代次数阈值，得到最终用户接入信息。
在一些可选的实施例中，如图5所示，为本实施例中第三种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法的流程示意图，与图4中不同的是，计算用户端和无人机交换匹配过程转移前后的时延，包括如下步骤：
步骤501、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，m为用户请求的内容，为请求的所有内容的集合，xk,n为用户接入指示，由用户接入信息x得到，xk,n＝1表示用户端n接入接入点k，反之xk,n＝0，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，rk,n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。
步骤502、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，Dk,n如步骤501所述。
在一些可选的实施例中，如图6所示，为本实施例中第四种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法的流程示意图，与图1中不同的是，步骤103、根据得到的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，为：
步骤601、计算无人机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。
步骤602、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无人机申请缓存位置，无人机根据收到的申请暂且接受向其申请的预设数量Qk的内容，拒绝其余申请的内容；内容继续向其偏序列表上未拒绝其申请的一定数量pm的无人机申请缓存位置，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；迭代该过程直至无人机缓存存满且还可缓存的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的缓存开销预先设定，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。
在一些可选的实施例中，如图7所示，为本实施例中第五种无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法的流程示意图，与图1中不同的是，步骤104、根据当前已得的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，为：
步骤701、根据当前已定的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x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
步骤702、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：
步骤703求导得到当前最佳的回程链路带宽分配信息并输出最终的用户接入、缓存部署和回程链路带宽分配信息。
在上述实施例中，优选地，用户接入是地面基站和无人机都有的，即接入点；而缓存部署是无人机才有的，地面基站不部署缓存。
在一些可选的实施例中，无人机通信网络用户接入、缓存部署和资源分配方法可以有以下的具体实现流程：
第一步：初始化：
由于接下来的迭代过程中用户接入匹配需要在任意用户接入与缓存部署下进行，故首先利用简单的随机接入和随机缓存方法得到初始化的x0和y0，满足：
且：
由场景假设可知用户获取内容的时延包括两部分：下行传输时延和回程链路传输时延。用表示接入点k与用户n的无线链路传输速率，可由香农公式求得，γk表示无人机k的回程链路接收信号信噪比，则用户n接入接入点k获取内容m的时延可计算为：
由于地面基站不部署缓存，直接通过基站向核心网获取，为了统一如上式计算，当用户接入地面基站时，有
则用户n接入接入点k获取所需所有内容的时延为：
接入点k所服务用户的总时延为：
第二步：迭代：
a、用户接入匹配
1)确定最大迭代次数，可根据场景规模设置，迭代次数初始为1。
2)任取接入点(无人机或地面基站)k。
3)确定交换配对模式：取随机数rand，如果rand＜0.5，继续步骤4)转移用户若rand≥0.5，转到步骤7)交换用户此时，随机数阈值为0.5。
定义接入点与用户之间的匹配对于任意的用户n，μ(n)代表其在匹配μ下接入的无人机或地面基站，类似的，μ(k)代表其在匹配μ下选择接入的用户集合。定义交换配对其中， 表示接入点k和t互相交换已接入的用户i和j，而当网络负载较轻或分布极度不均时，接入用户未超过接入点限额qk，此时的交换配对可以是接入点k的用户n与接入点t的“空位”之间交换，即转移用户以上交换配对均保持系统中其他接入点和用户配对关系即接入情况不变。
4)任取可转移的用户并判断接入限制条件是否满足：任取k接入的且处于其他接入点t覆盖范围内的用户i，根据当前用户接入情况x，接入点k判断t是否满足限制条件式(1)即是否还可接入转移的用户，若是则继续进行以下步骤5)，否则该次迭代结束，迭代次数加1，重新回到步骤2)。
5)计算用户转移前后的时延：定义接入点对不同用户集合的偏好为Dk，用户对不同接入点的偏好为Dk,n，在当前缓存部署情况y下，利用第三步输出步骤中所述的资源分配方法求得当前接入下的回程链路带宽分配b，根据上式(3)、(4)计算用户时延Dk,i(x)和接入点时延Dk(x),Dt(x)，同样求得转移用户后的回程链路带宽分配b，以及对应用户时延和接入点时延
6)判断转移用户条件：定义转移用户条件：i)ii)满足转移条件则用户开始转移接入的接入点，否则该次迭代结束，重新回到步骤2)。
7)任取可能构成交换配对的用户：任取k接入的且处于其他接入点t覆盖范围内的两个用户i和j。
8)计算用户交换前后的时延：在当前缓存部署情况y下，利用第三部输出步骤中所述的资源分配方法求得当前接入下的前程带宽分配b，继而根据式(3)、(4)计算用户时延Dk,i(μ),Dt,j(μ)和接入点时延Dk(μ),Dt(μ)，同样求得交换配对后的前程带宽分配b，以及对应用户时延和接入点时延
9)判断交换用户条件：定义交换用户条件：i)ii)满足交换条件则用户开始交换接入的无人机(或地面基站)，否则该次迭代结束，重新回到步骤2)。
10)重复以上步骤2)-9)，直到达到最大迭代次数，输出当前缓存部署y下最佳的用户接入匹配(x*|y)。其中，以上交换匹配算法示意图如图3所示。
b、缓存部署匹配
1)确定偏序列表：定义无人机k缓存内容m节约的向核心网请求的回程链路流量为Vk,m，用户、无人机根据收集到的参数基于式Vk,m初始化偏好值列表；
由式(2)可知，在经过a部分已定的用户接入x下，时延水平主要取决于无人机未缓存的内容向核心网请求的回程链路传输时延，即式中的(1-yk,m)xk,ncn,mS，用Vk,m表示无人机k缓存内容m节约的向核心网请求的回程链路流量：
定义偏好排序关系为＞，为了降低时延，无人机根据Vk,m对不同内容进行排序，对于无人机k和任意两个不同内容有：同样，内容根据Vk,m对不同无人机构建偏序列表，对于内容m和任意两个无人机有：
2)内容申请：所有内容在其偏序列表上顺序选取预定数量pm的未拒绝其缓存申请的无人机申请缓存位置；pm为当前迭代周期内容m还可缓存的次数，由内容缓存次数限制lm和该迭代周期之前接受其申请的无人机个数相减得到，初次申请时pm＝lm。
3)无人机暂时接受：无人机根据当前迭代周期收到的缓存申请和该迭代周期之前暂且接受的所有内容一起暂时接受其中预设数量Qk的内容，拒绝其余所有内容；Qk为无人机缓存空间的限额，若当前申请和上一周期暂且接受的内容数小于Qk，则剩余可缓存的位置保持空出。
4)迭代输出：内容继续向其偏序列表上未拒绝其申请的一定数量pm的无人机申请缓存位置，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；内容申请与无人机暂时接受为一迭代周期，迭代该过程直至无人机缓存存满且还可缓存的内容均被所有无人机所拒绝，则无人机最终接受当前迭代周期暂时接受的Qk个内容，得到当前用户接入情况x下的最佳缓存部署信息(y*|x)。
c、迭代
b部分得到的缓存部属情况(y*|x)重新作为a部分的用户接入匹配的输入进行下一轮迭代，直到达到预设的迭代次数阈值，得到最佳的用户接入情况x*和缓存部署情况y*。
第三步：回程链路带宽分配：
经过第二步的迭代得到最佳的用户接入x*及缓存放置情况y*，第三步根据已算得的用户接入和缓存部署矩阵得到最佳的回程链路带宽分配情况b*。已知x和y下，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，根据式(2)可将全网用户总时延表示为：
其中，
所需求解的回程链路带宽分配情况bk,n满足B为回程链路总带宽。
可证明当时，可以达到D的最小值，因为若D最小时得到的分配情况满足则把其中的差值加给任意bk,n都能使D进一步减小，因此我们将此不等式转化为等式约束，并利用拉格朗日乘数法得到构造的拉格朗日函数及求导后得到的最优解bk,n的形式为：
最终输出最佳的用户接入指示矩阵x*、缓存部署指示矩阵y*以及回程链路带宽资源分配情况b*。
以上发明流程中定义的变量表如表1所示，为本实施例中无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法及装置的变量定义表。
表1、变量定义表
在一些可选的实施例中，如图8所示，为本实施例中一种无人机通信网络用户接入和内容缓存的装置800的结构示意图，该装置可用于实施上述无人机通信网络用户接入和内容缓存的方法。该装置包括：信息初始化处理器801、回程链路带宽分配处理器802、最佳分配信息处理器803及最终网络分配管理处理器804。
其中，信息初始化处理器801，与最佳分配信息处理器803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。
回程链路带宽分配处理器802，与最佳分配信息处理器803及最终网络分配管理器804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。
最佳分配信息处理器803，与信息初始化处理器801、回程链路带宽分配处理器802及最终网络分配管理处理器804相连接，包括最佳用户接入信息处理单元831、最佳缓存部署信息处理单元832及分配控制处理单元833，其中，
最佳用户接入信息处理单元831，根据输入的缓存部署信息在上一迭代周期的用户接入信息基础上利用交换匹配算法迭代得到当前缓存部署下最佳的用户接入信息。
最佳缓存部署信息处理单元832，根据输入的用户接入信息利用延迟接受算法得到当前用户接入下最佳的缓存部署信息。
分配控制处理单元833，判断最佳用户接入信息处理单元和831和最佳部署信息处理单元832之间的迭代是否达到预设的迭代次数阈值，达到则输出此时输入的用户接入、缓存部署信息，得到当前最佳的用户接入和缓存部署情况，反之将输入的缓存部署信息作为最佳用户接入信息处理单元831的输入进行下一轮迭代。
最终网络分配管理处理器804，与最佳分配信息处理器803和回程链路带宽分配处理器802相连接，根据最佳分配处理器所得的最佳用户接入信息及最佳缓存部署信息利用所连接的回程链路带宽处理器得到最佳的资源分配信息继而输出此时无人机通信网络中最佳的用户接入、缓存部署和回程链路带宽分配信息。
在一些可选的实施例中，如图9所示，为本实施例中第二种无人机通信网络用户接入和内容缓存的装置900的结构示意图，与图8中不同的是，最佳用户接入信息处理单元831，包括：随机数产生单元834、接入转移处理单元835、接入交换处理单元836及交换匹配处理单元837。
其中，随机数产生单元834，与信息初始化处理器801相连，产生随机数作为判断转入接入转移处理单元和接入交换处理单元的依据，并传输初始化信息处理器输出的初始化用户接入和缓存部署信息。
当随机数小于随机数阈值时，转入接入转移处理单元835；接入转移处理单元835，与随机数产生单元834、回程链路带宽分配处理器802及交换匹配处理单元837相连接，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，则该次迭代结束，直接进入交换匹配处理单元，若待转移用户转移后未超过另一接入点的限额qk，则计算用户端和两接入点转移前后的时延；当两接入点的时延和小于转移前的时延和，且用户端转移后的时延不大于转移前的时延时，将接入点中待转移的用户端转移至接入转移的另一接入点，否则不转移。
当随机数不小于随机数阈值时，转入接入交换处理单元836；接入交换处理单元836，与随机数产生单元834、回程链路带宽分配处理器802及交换匹配处理单元837相连接，任取接入不同接入点的两个待交换的用户端，并计算两用户端和两接入点交换过程前后的时延；当两接入点的时延和小于交换前的时延和，且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，将两接入点中待交换的用户端进行交换，否则不交换。
交换匹配处理单元837，与接入转移处理单元835、接入交换转移单元836、随机数产生单元834及最佳缓存部署信息处理单元832相连接，根据接入转移处理单元和接入交换处理单元得到的转移或交换后的用户接入信息，判断迭代次数是否达到预设的迭代次数阈值，未达到则将该信息输入到随机数产生单元进行下一轮迭代，若达到重复迭代次数阈值，则输出当前用户接入信息。在一些可选的实施例中，如图10所示，为本实施例中第三种无人机通信网络用户接入和内容缓存的装置1000的结构示意图，与图9中不同的是，接入转移处理单元835，包括：预转入处理单元1001、时延计算处理单元1002及接入转移控制单元1003。
其中，预转入处理单元1001，与随机数产生单元834及时延计算处理单元1002相连接，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，并计算用户端和两接入点转移前后的时延。
时延计算处理单元1002，与预转入处理单元1001、回程链路带宽分配处理器802及接入转移控制单元1003相连接，与回程链路带宽分配处理器相连接得到转移前后的回程链路带宽分配信息bk,n，继而利用如下公式计算用户端转移前后的时延，用户端n接入接入点k获取所有请求内容的时延其中，n为用户端，k为接入点，xk,n为用户端接入指示，cn,m为用户请求指示，m为请求的内容，为内容集合，S为内容大小，rk,n为接入点k与用户端n的无线链路传输速率，yk,m为缓存部署指示，γk表示无人机的回程链路接收信号信噪比；利用如下公式计算接入点k接入转移过程前后的时延，接入点k所接入用户的总时延为：其中，为用户端集合，Dk,n如上所述。
接入转移控制单元1003，与时延计算处理单元1002及交换匹配处理单元837相连接，当两接入点的时延和小于转移前的时延和，且用户端转移后的时延不大于转移前的时延时，将接入点中待转移的用户端转移至接入转移的另一接入点，反之不转移，转移后的用户接入信息输出给交换匹配处理单元837。
在一些可选的实施例中，如图11所示，为本实施例中第四种无人机通信网络用户接入和内容缓存的装置1100的结构示意图，与图8中不同的是，最佳缓存部署信息处理单元832，包括：偏序列表处理单元1101和内容匹配处理单元1102。
偏序列表处理单元1101，与最佳用户接入信息处理单元831及内容匹配处理单元1102相连接，根据交换匹配处理单元得到的用户接入信息计算无人机k缓存内容m节约的向核心网请求的流量其中，n为用户端，为用户端集合，xk,n为用户端接入指示，k为无人机，m为用户请求的内容，cn,m为用户请求指示，S为内容大小。
将无人机缓存内容节约的向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,无人机根据可节省的流量多少对不同内容进行偏好排序，构建偏序列表，同样，内容根据可节省的流量多少对不同无人机进行偏好排序，构建偏序列表。
内容匹配处理单元1102，与偏序列表处理单元1101和分配控制处理单元833相连接，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无人机申请缓存位置，无人机根据收到的申请暂且接受向其申请的预设数量Qk的内容，拒绝其余申请的内容；内容继续向其偏序列表上未拒绝其申请的预定数量pm的无人机申请缓存位置，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；重复该过程直至无人机缓存存满且还可缓存的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并输出给分配控制处理单元833。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，可由缓存的开销和缓存多样性要求综合得出，Qk为无人机的缓存空间，pm为每一迭代周期内容m还可占用的缓存空间个数，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。
在一些可选的实施例中，提供第五种无人机通信网络用户接入和内容缓存的装置，与图8中不同的是，
回程链路带宽分配处理器802，进一步为：
根据当前输入的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为用户请求指示矩阵，xk,n为用户接入指示，yk,m为缓存部署指示，rk,n为接入点k与用户端n间的无线链路传输速率，γk为无人机k的回程链路接收信号信噪比，为要得到的回程链路资源分配信息，满足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；
得到
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

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元、最佳缓存部署信息处理单元及分配控制处理单元，其中，
所述最佳用户接入信息处理单元，根据输入的缓存部署信息在上一迭代周期的用户接入信息基础上利用交换匹配算法迭代得到当前缓存部署下最佳的用户接入信息；
所述最佳缓存部署信息处理单元，根据输入的用户接入信息利用延迟接受算法得到当前用户接入下最佳的缓存部署信息；
所述分配控制处理单元，判断最佳用户接入信息处理单元和和最佳部署信息处理单元之间的迭代是否达到预设的迭代次数阈值，达到则输出此时输入的用户接入、缓存部署信息，得到当前最佳的用户接入和缓存部署情况，反之将输入的缓存部署信息作为最佳用户接入信息处理单元的输入进行下一轮迭代；
所述最终网络分配管理处理器，与所述最佳分配信息处理器和回程链路带宽分配处理器相连接，根据最佳分配处理器所得的所述最佳用户接入信息及最佳缓存部署信息利用所连接的回程链路带宽处理器得到最佳的资源分配信息继而输出此时无人机通信网络中最佳的用户接入、缓存部署和回程链路带宽分配信息。
7.根据权利要求6所述的无人机通信网络用户接入和内容缓存的装置，其特征在于，所述最佳用户接入信息处理单元，包括：随机数产生单元、接入转移处理单元、接入交换处理单元及交换匹配处理单元，其中，
所述随机数产生单元，与所述信息初始化处理器相连，产生随机数作为判断转入接入转移处理单元和接入交换处理单元的依据，并传输初始化信息处理器输出的初始化用户接入和缓存部署信息；
当所述随机数小于随机数阈值时，转入接入转移处理单元；所述接入转移处理单元，与所述随机数产生单元、回程链路带宽分配处理器及交换匹配处理单元相连接，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，则该次迭代结束，直接进入交换匹配处理单元，若待转移用户转移后未超过另一接入点的限额qk，则计算用户端和两接入点转移前后的时延；当两接入点的时延和小于转移前的时延和，且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用户端转移至所述接入转移的另一接入点，否则不转移；
当所述随机数不小于随机数阈值时，转入接入交换处理单元；所述接入交换处理单元，与所述随机数产生单元、回程链路带宽分配处理器及交换匹配处理单元相连接，任取接入不同接入点的两个待交换的用户端，并计算两用户端和两接入点交换过程前后的时延；当两接入点的时延和小于交换前的时延和，且两待交换用户端在交换后的时延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；
所述交换匹配处理单元，与所述接入转移处理单元、接入交换转移单元、随机数产生单元及最佳缓存部署信息处理单元相连接，根据所述接入转移处理单元和接入交换处理单元得到的转移或交换后的用户接入信息，判断迭代次数是否达到预设的迭代次数阈值，未达到则将该信息输入到随机数产生单元进行下一轮迭代，若达到重复迭代次数阈值，则输出当前用户接入信息到最佳缓存部署信息处理单元。
8.根据权利要求7所述的无人机通信网络用户接入和内容缓存的装置，其特征在于，所述接入转移处理单元，包括：预转入处理单元、时延计算处理单元及接入转移控制单元，其中，
所述预转入处理单元，与所述随机数产生单元及时延计算处理单元相连接，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，并计算用户端和两接入点转移前后的时延；
所述时延计算处理单元，与所述预转入处理单元、回程链路带宽分配处理器及接入转移控制单元相连接，与回程链路带宽分配处理器相连接得到转移前后的回程链路带宽分配信息bk,n，继而利用如下公式计算用户端转移前后的时延，用户端n接入接入点k获取所有请求内容的时延其中，n为用户端，k为接入点，xk,n为用户端接入指示，cn,m为用户请求指示，m为请求的内容，为内容集合，S为内容大小，rk,n为接入点k与用户端n的无线链路传输速率，yk,m为缓存部署指示，γk表示无人机的回程链路接收信号信噪比；利用如下公式计算接入点k接入转移过程前后的时延，接入点k所接入用户的总时延为：其中，为用户端集合；
所述接入转移控制单元，与所述时延计算处理单元及交换匹配处理单元相连接，当两接入点的时延和小于转移前的时延和，且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用户端转移至所述接入转移的另一接入点，反之不转移，转移后的用户接入信息输出给交换匹配处理单元。
9.根据权利要求6所述的无人机通信网络用户接入和内容缓存的装置，其特征在于，所述最佳缓存部署信息处理单元，包括：偏序列表处理单元和内容匹配处理单元，其中，
所述偏序列表处理单元，与所述最佳用户接入信息处理单元及内容匹配处理单元相连接，根据交换匹配处理单元得到的用户接入信息计算所述无人机k缓存内容m节约的向核心网请求的流量其中，n为用户端，为用户端集合，xk,n为用户端接入指示，k为无人机，m为用户请求的内容，cn,m为用户请求指示，S为内容大小；
将所述无人机缓存内容节约的向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,无人机根据可节省的流量多少对不同内容进行偏好排序，构建偏序列表，同样，内容根据可节省的流量多少对不同无人机进行偏好排序，构建偏序列表；
所述内容匹配处理单元，与偏序列表处理单元和分配控制处理单元相连接，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预定数量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；重复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并输出给分配控制处理单元，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还可占用的缓存空间个数，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。
10.根据权利要求6所述的无人机通信网络用户接入和内容缓存的装置，其特征在于，所述回程链路带宽分配处理器，进一步为：
根据当前输入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为用户请求指示矩阵，xk,n为用户接入指示，yk,m为缓存部署指示，rk,n为接入点k与用户端n间的无线链路传输速率，γk为无人机k的回程链路接收信号信噪比，为要得到的回程链路资源分配信息，满足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；得到
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