【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于工業通信，涉及一種基于時延預算與smt的5g-tsn聯合調度方法。
技術介紹
1、工業通信技術和系統越來越受到產業界和學術界的關注。傳統的工業以太網協議(如profinet、ethercat、sercos?iii等)缺乏開放性和互操作性。時間敏感網絡(tsn)是ieee?802.1工作組提出的一組新標準。它為工業數據傳輸提供確定性有界低延遲、高可靠性和跨域靈活性。然而，tsn存在有線傳輸固有的問題，如覆蓋范圍有限、維護成本高、安裝復雜等。它不能滿足新興工業用例所要求的靈活性。
2、5g為未來的工業應用提供了靈活、超可靠、低時延的通信服務。引入時敏通信(tsc)，提供時延和可靠性的性能保證。因此，利用5g網絡作為tsn在無線領域的擴展，是滿足工業自動化系統對高靈活性、適應性和可擴展性通信需求的一種很有前景的解決方案。
3、在5g-tsn聯合調度方面，目前主要存在三個問題：
4、(1)不同數據流在5g中所分配的無線資源不同，如何根據數據流無線資源在tsn域對數據流進行處理。
5、(2)ue上報cqi(channel?qualityindicator，信道質量指示)存在時延，當cqi上報時延超過信道的相干時間，將導致上報時刻的cqi與調度時的信道質量不匹配。
6、(3)5g空口時變特性對確定性數據傳輸造成的不可控影響?？湛跁r變特性可能會造成數據包順序紊亂以及數據包丟失的情況，導致出現時延抖動以及接收端收到數據不完整等問題。
7、目前，針對5g與tsn
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種基于時延預算與smt的5g-tsn聯合調度方法。
2、為達到上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種基于時延預算與smt的5g-tsn聯合調度方法，包括以下步驟：
4、步驟一：根據5g-tsn組網架構搭建場景；
5、步驟二：軟件定義網絡控制器sdnc獲取tsn網絡拓撲、數據流信息、5g無線信道信息；
6、步驟三：集中網絡配置cnc確定調度約束條件，帶入smt求解器求出發送端側tsn交換機以及ds-tt門控列表；
7、步驟四：第一集中網絡配置cnc1將cqi歷史值帶入cqi預測模型，得到調度時刻cqi預測值；
8、步驟五：sdnc根據cqi與調制與編碼策略mcs的映射表和傳輸塊大小tbs與mcs的映射表將信道質量映射為空口傳輸速率；
9、步驟六：sdnc根據設定的信道質量對應的最大重傳次數計算出5g系統傳輸時延預算；
10、步驟七：sdnc根據tsn交換機門控列表、5g系統傳輸時延預算、tsn有線鏈路傳輸時延，計算出nw-tt以及接收端tsn交換機門控列表；
11、步驟八：sdnc向兩個集中網絡配置cnc1，cnc2發送調度列表配置信息；
12、步驟九：cnc1，cnc2分別向發送端tsn交換機，接收端tsn交換機發送門控列表。
13、進一步，步驟一所述5g-tsn組網架構如下：
14、一個tsn發送端終端連接一個發送端tsn交換機，通過設備側時間敏感網絡轉換器ds-tt進入5g系統，5g系統通過網絡側時間敏感網絡轉換器nw-tt連接到一個接收端tsn交換機，最后連接到一個tsn接收端終端；在軟件定義網絡控制器sdnc處進行基于時延預算與smt的5g-tsn聯合調度計算。
15、進一步，步驟二中，當發送端要向接收端發送tsn流時，集中網絡配置cnc1、cnc2根據鏈路發現協議lldp發現tsn的網絡拓撲，并將tsn的網絡拓撲信息轉發到sdnc；終端設備通過用戶配置協議將每條數據流的發送周期、數據幀的大小、優先級和對時延的要求信息發送給集中式用戶配置器，集中式用戶配置器通過用戶網絡接口將數據流信息發送到cncl、cnc2，cnc1、cnc2將數據流信息轉發到sdnc。
16、進一步，步驟三中，cnc1向smt求解器添加約束條件，對變量的取值范圍進行約束，使其滿足網絡資源的限制及數據流的傳輸質量需求，約束條件如下：
17、1)tsn交換機門控周期schedcycle為流經tsn交換機所有數據流發送周期的最小公倍數：
18、
19、其中，f表示流經tsn交換機的數據流集合，ti表示數據流fi的周期，lcm表示取括號中所有元素的最小公倍數；
20、2)數據流i在tsn交換機門控周期內的傳輸時隙數量ni等于tsn交換機門控周期除以該數據流發送周期：
21、
22、3)數據流fi第m個數據包的發送時刻要在第m-1個發送周期和第m個發送周期之間，數據流fi連續發送的兩個數據包的發送時刻之間的時間差等于發送周期：
23、
24、
25、4)數據流fi的每個數據包必須在發送端側tsn域最大傳輸時延之內被ds-tt接收：
26、
27、發送端側tsn域最大傳輸時延滿足：
28、
29、其中，ni,priority為優先級大于等于數據流fi的數據流數量，li為數據流fi數據包大小，rtsn為tsn交換機的發送速率，dpro為tsn交換機的處理時延，rwired為有線鏈路傳輸速率；
30、5)tsn交換機的門控周期內傳輸時隙不可重疊，即數據流fi的一個傳輸時隙的開啟時刻要大于等于數據流fj的一個傳輸時隙的結束時刻或結束時刻小于等于數據流fj的一個傳輸時隙的開始時刻：
31、每個端口一次只能有一個報文進入鏈路，進入同一鏈路的報文在時域上不能重疊，即數據流fi第m個數據包的發送時刻要大于等于數據流fj第(m-1)個數據包到達tsn交換機的時刻：
32、
33、
34、7)數據包必須在相應的傳輸時隙窗口內傳輸，數據流fi在發送端tsn交換機門控周期內第m個傳輸時隙的開啟時刻不能大于報文開始傳輸的時間，傳輸時隙的結束時間不能小于數據包結束傳輸的時刻：
35、
36、8)數據流fi的數據包到達發送端tsn交換機時，傳輸時隙窗口必須在相應的調度周期內，數據流fi的數據包到達發送端tsn交換機后，只能選擇到達時刻fi以內的傳輸時隙窗口進行調度，確定了第一個數據包的傳輸時隙后，同一數據流中其他數據包的傳輸時隙也隨之確定，即滿足：
37、
38、
39、cnc1運行smt求解器，在求解空間中依次嘗試變量所有可能的取值，若第一輪求解未搜索到可行解，則返回不可調度信息；若搜索到可行解，則減少每條數據流發送端側tsn域最大傳輸時延，修改約束本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于時延預算與SMT的5G-TSN聯合調度方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于時延預算與SMT的5G-TSN聯合調度方法，其特征在于：步驟一所述5G-TSN組網架構如下：
3.根據權利要求1所述的基于時延預算與SMT的5G-TSN聯合調度方法，其特征在于：步驟二中，當發送端要向接收端發送TSN流時，集中網絡配置CNC1、CNC2根據鏈路發現協議LLDP發現TSN的網絡拓撲，并將TSN的網絡拓撲信息轉發到SDNC；終端設備通過用戶配置協議將每條數據流的發送周期、數據幀的大小、優先級和對時延的要求信息發送給集中式用戶配置器，集中式用戶配置器通過用戶網絡接口將數據流信息發送到CNC1、CNC2，CNC1、CNC2將數據流信息轉發到SDNC。
4.根據權利要求1所述的基于時延預算與SMT的5G-TSN聯合調度方法，其特征在于：步驟三中，CNC1向SMT求解器添加約束條件，對變量的取值范圍進行約束，使其滿足網絡資源的限制及數據流的傳輸質量需求，約束條件如下：
5.根據權利要求1所述的基于時延預算與SMT的5G
6.根據權利要求5所述的基于時延預算與SMT的5G-TSN聯合調度方法，其特征在于：CQI預測模型訓練步驟如下：
7.根據權利要求1所述的基于時延預算與SMT的5G-TSN聯合調度方法，其特征在于：步驟五中，CNC1獲取到調度時刻的CQI預測值之后，將其上傳SDNC，SDNC根據CQI與MCS的映射表，得到數據流fi的調制與編碼策略索引MCSIndexi，再根據TBS與MCS的映射表，得到數據流fi的傳輸塊大小TBSi；由下式計算出分配給數據流fi的RB(resource?block，資源塊)數目NRBi：
8.根據權利要求1所述的基于時延預算與SMT的5G-TSN聯合調度方法，其特征在于：步驟六中，5G系統傳輸時延預算由數據包大小，空口傳輸速率，重傳次數，重傳時延決定，如下式所示：
...【技術特征摘要】
1.一種基于時延預算與smt的5g-tsn聯合調度方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于時延預算與smt的5g-tsn聯合調度方法，其特征在于：步驟一所述5g-tsn組網架構如下：
3.根據權利要求1所述的基于時延預算與smt的5g-tsn聯合調度方法，其特征在于：步驟二中，當發送端要向接收端發送tsn流時，集中網絡配置cnc1、cnc2根據鏈路發現協議lldp發現tsn的網絡拓撲，并將tsn的網絡拓撲信息轉發到sdnc；終端設備通過用戶配置協議將每條數據流的發送周期、數據幀的大小、優先級和對時延的要求信息發送給集中式用戶配置器，集中式用戶配置器通過用戶網絡接口將數據流信息發送到cnc1、cnc2，cnc1、cnc2將數據流信息轉發到sdnc。
4.根據權利要求1所述的基于時延預算與smt的5g-tsn聯合調度方法，其特征在于：步驟三中，cnc1向smt求解器添加約束條件，對變量的取值范圍進行約束，使其滿足網絡資源的限制及數據流的傳輸質量需求，約束條件如下：
5.根據權利要求1所述的基于時延預算與smt的5g-tsn聯合調度方法，其特征在于：步驟...
【專利技術屬性】
技術研發人員：魏旻，代松，張永鑫，王佳琦，劉新，
申請(專利權)人：重慶郵電大學，
類型：發明
國別省市：
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