本發(fā)明涉及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的確定性實時傳輸，具體為一種5g+tsn融合網(wǎng)絡(luò)的異步流量調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

1、第五代移動通信技術(shù)，簡稱5g，和時間敏感網(wǎng)絡(luò)，簡稱tsn的融合組網(wǎng)是實現(xiàn)柔性制造和移動應(yīng)用的重要技術(shù)，tsn基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)并在ieee802.1qbv中引入了時間觸發(fā)的傳輸機(jī)制，在工業(yè)控制中硬實時的流量一般被建模為周期性的流量，該機(jī)制為這種周期的數(shù)據(jù)流在傳輸鏈路上周期性地預(yù)留傳輸資源，也即為每個數(shù)據(jù)包規(guī)劃好在路由途經(jīng)設(shè)備上的發(fā)送時刻，因此需要全網(wǎng)的時鐘同步，5g的三大技術(shù)愿景之一就是實現(xiàn)傳輸?shù)某煽康蜁r延，為此引入了半持久調(diào)度，其與tsn的時間觸發(fā)傳輸類似，也為數(shù)據(jù)包預(yù)留周期性的傳輸資源，因此非常適合與tsn共同組網(wǎng)以實現(xiàn)更加靈活的數(shù)據(jù)傳輸，在現(xiàn)有5g與tsn融合網(wǎng)絡(luò)的流量調(diào)度工作中，普遍的做法是估計出流量在5g網(wǎng)絡(luò)中的最壞時延，并在tsn網(wǎng)絡(luò)中按照5g最壞時延預(yù)留傳輸資源，于是流量按照最壞時延來接入tsn網(wǎng)絡(luò)；這種方案會有以下兩個問題：(1)最壞時延難以估計；(2)按照最壞時延有可能難以滿足流量端到端的時延要求，因此將從5g網(wǎng)絡(luò)接入tsn的流量視作異步終端發(fā)出的流量進(jìn)行異步的流量調(diào)度是一個很有前景的解決方案。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，如中國專利號為：cn202110583698.4的“一種異步終端的傳輸確定性接入方法”，包含兩個機(jī)制，一是異步轉(zhuǎn)同步機(jī)制，二是時延適配機(jī)制，具體包括第一臺交換機(jī)接收到報文后駐留到最近的發(fā)送時間點再發(fā)送出去，報文在同步域內(nèi)根據(jù)tsn的時間觸發(fā)傳輸機(jī)制傳輸?shù)竭吘壗粨Q機(jī)，邊緣交換機(jī)將報文再保持一段時間后再發(fā)送到接收終端，該延時發(fā)送的時間等于數(shù)據(jù)流的發(fā)送周期與所述報文駐留時間的差值，以消除端到端時延的不確定因素。

3、但是，目前異步終端的確定性接入方法應(yīng)用在5g與tsn的組網(wǎng)調(diào)度中，有兩個目前沒有解決的問題：

4、(1)每個流的資源周期t如何分配：確定性接入方法將會在一個流的tsn時延中直接引入t這一項，為了減少tsn時延可以選擇減小t，也即提供更多的帶寬資源給這個流量，但是留給其他流量的資源也會相應(yīng)變少，面對網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜的異構(gòu)流量及其時延需求，如何綜合考慮為每個流分配合適的資源周期t？

5、(2)5g與tsn網(wǎng)絡(luò)資源如何協(xié)調(diào)：在5g與tsn的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，端到端的時延既包括tsn的時延，也包括5g的時延，如果在5g網(wǎng)絡(luò)中的資源分配情況發(fā)生變化，對tsn的資源調(diào)度也會產(chǎn)生影響，如數(shù)據(jù)包占用更多的頻率資源消耗更少的時域資源，5g的時延就會變小，對tsn網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度壓力就會變小，但會消耗更多的頻率資源，面對網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜的流量，如何協(xié)同分配5g與tsn網(wǎng)絡(luò)的資源？

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種5g+tsn融合網(wǎng)絡(luò)的異步流量調(diào)度方法，以解決上述背景技術(shù)提出的每個流的資源周期t如何分配以及5g與tsn網(wǎng)絡(luò)資源如何協(xié)調(diào)的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種5g+tsn融合網(wǎng)絡(luò)的異步流量調(diào)度方法，包括以下步驟：

3、s1、在5g與tsn的融合網(wǎng)絡(luò)中，首先由中心的控制器通過網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議收集網(wǎng)絡(luò)的整體信息；

4、s2、中心控制器進(jìn)行路由的規(guī)劃，然后根據(jù)規(guī)劃的路由運行異步流量調(diào)度模型，獲得異步流量的調(diào)度結(jié)果，并在滿足硬實時流量的傳輸需求的同時最小化網(wǎng)絡(luò)資源的消耗；

5、s3、根據(jù)上一步驟得到的調(diào)度結(jié)果計算出每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置信息，配置信息包括tsn交換機(jī)的隊列訪問控制列表、異步接入確定性機(jī)制中網(wǎng)關(guān)、邊緣交換機(jī)的資源時間配置。

6、優(yōu)選的，在步驟s2中，所述異步流量調(diào)度模型包括5g網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度模型和tsn網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度模型。

7、優(yōu)選的，所述5g網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度模型中傳輸資源位于兩個維度：時間域和頻域，在5g的資源柵格中基本的調(diào)度單位在頻率上占用1個資源塊rb，在時域上占用一個傳輸時間間隔tti，一個調(diào)度單位能夠承載一定的字節(jié)傳輸。

8、優(yōu)選的，假設(shè)5g網(wǎng)絡(luò)能夠使用的rb集合表示為f＝{1,2,..,kmax}，其中kmax代表rb的數(shù)量，在5g網(wǎng)絡(luò)中，即l∈l5gs，對一個流量分配的資源由以下決策變量構(gòu)成：

9、

10、

11、

12、其中，為資源的周期，為資源的開始時間，為資源的持續(xù)時間，代表流fi是否占用5g鏈路l的第k個rb；

13、流量的周期最小公倍數(shù)定義為宏周期，記作t5gs，公式如下：

14、t5gs＝lcm({fi.period|fi∈f})；

15、式中，fi.period為流量的流周期。

16、優(yōu)選的，所述決策變量需要滿足約束：傳輸機(jī)會約束、傳輸資源約束、ofdma約束和rb約束。

17、優(yōu)選的，所述tsn網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度模型中l(wèi)∈ltsn，對一個流量分配的資源由以下決策變量組成：

18、

19、

20、其中，和均為決策的變量，只與鏈路速率與流量的數(shù)據(jù)包大小有關(guān)；

21、記tsn中所有流的資源周期最小公倍數(shù)為ttsn，即：

22、ttsn＝lcm({ti|fi∈f})；

23、上述決策變量需要滿足約束為：窗口約束、幀約束、傳輸順序約束、tdma約束、幀隔離約束和端到端時延約束。

24、優(yōu)選的，所述tdma約束與幀隔離約束的數(shù)量使用基于可選周期列表的線性化方法來確定；

25、具體流程為：tsn能夠提供的最小資源周期為minp，對于一個流fi來說，其能夠選擇的資源周期僅能從列表listi＝[minp,minp*2,…,ti,max]中選擇，其中列表的長度為si，參數(shù)ti,max滿足下列關(guān)系：

26、

27、

28、

29、然后為每個流fi引入si個二元變量{bi,j|j＝0,1,…,si-1}，并引入如下約束：

30、

31、

32、最終資源周期可以表示為：

33、

34、采用該線性化方法后，集合tmax＝{ti,max|fi∈f}的宏周期是集合t＝{ti|fi∈f}宏周期的整數(shù)倍，因此約束的檢查區(qū)間就可以從擴(kuò)展到而該范圍是固定的。

35、優(yōu)選的，在步驟s2中，所述滿足硬實時流量的傳輸需求的同時最小化網(wǎng)絡(luò)資源的消耗包括5g網(wǎng)絡(luò)部分和tsn網(wǎng)絡(luò)部分；

36、所述5g網(wǎng)絡(luò)部分，最小化為硬實時關(guān)鍵流量分配的rb數(shù)，其公式如下：

37、

38、所述tsn網(wǎng)絡(luò)部分，為流量提供更小的t則更少的時域資源可用于低優(yōu)先級流量，因此最大化為數(shù)據(jù)流分配的t，即：

39、

40、綜上，改變優(yōu)化方向并加上權(quán)重因子γ，最終的優(yōu)化目標(biāo)為：

41、

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

43、1、本發(fā)明通過異步確定性接入機(jī)制解決了異步流量如何在tsn中實現(xiàn)確定性傳輸?shù)膯栴}，本發(fā)明的異步流量調(diào)度方法提供了應(yīng)用異步確定性接入機(jī)制時為流量分配資源進(jìn)行調(diào)度的解決方案。

44、2、本發(fā)明對端到端的傳輸進(jìn)行建模，綜合考慮5g與tsn的網(wǎng)絡(luò)和資源特征、流量在5g與tsn中經(jīng)歷的時延，并在滿足流量傳輸需求的情況下為低優(yōu)先級流量留下盡可能多的資源。