基于缓存的资源分配与辅助波束成形优化方法，用于海洋非地面网络 杜康 张颖

《Information》：Cache-Based Resource Allocation and Auxiliary Beamforming Optimization Method for Marine Non-Terrestrial Networks Kang Du and Ying Zhang

　　

摘要

在海上非地面网络中，长距离链路和资源异质性导致系统传输延迟显著增加。为了有效缓解链路压力并提高效率，缓存技术被广泛应用于此类场景。然而，现有的研究主要关注缓存或波束形成的独立优化，往往忽略了物理层和网络层的协同潜力以及动态信道变化的影响。本文提出了一个考虑缓存辅助的海上非地面网络系统模型，该模型包含了命中状态、两跳链路特性以及动态信道切换机制，以表征链路的不稳定性。为此，构建了一个用于缓存和波束形成联合优化的框架，旨在最小化平均延迟。所提出的算法通过分层交替策略将混合非凸问题分解为两个子问题，并结合半定松弛、连续凸逼近和贪婪算法得到高效解。数值验证表明，该联合优化算法收敛速度较快，半定松弛方法能够实现超过92.8%的秩一恢复概率，确保波束形成设计接近最优。仿真结果表明，在网络规模扩大或卫星天线资源受限时，这种联合优化方案在延迟性能上显著优于各种现有技术基准。更重要的是，主动式缓存设计相较于单独的优化方案具有明显的“鲁棒性优势”，为综合空地空通信系统中的跨层协作优化提供了坚实的理论支持和实际路径。