CN111083671A - 基于确定性网络架构的车路云协同组网架构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于确定性网络架构的车路云协同组网架构及方法，架构包括：融合端设备、融合边缘设备和融合云设备，融合端设备、融合边缘设备和融合云设备均基于车路云系统的业务需求对网络资源和计算资源进行协同配置，以确定车路终端与融合云设备之间的通信链路。本发明利用确定性网络解决车联网对移动性和实时性较高的需求，实现路况传感信息、车辆传感信息的车路网云协同融合计算。确定性网络架构主要针对车路协同端‑边缘‑云的高速低时延需求，支持驾驶决策驱动的智能计算和高速通信能力，满足低时延、高可靠、大带宽、高速移动、高速计算、大容量存储和海量连接等车路协同对网络提出的新需求。

Description

基于确定性网络架构的车路云协同组网架构及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于确定性网络架构的车路云协同组网架构及方法。

背景技术

车路协同组网的业务需要满足高速、低时延要求。现有TCP/IP网络架构采用尽力而为的设计模式，当网络拥塞时，网络节点会选择丢弃数据包来解决拥塞。由于网络状态随机动态变化的特性，当前数据包在网络中的传输时延是难以确定的，针对时延敏感业务所需的网络支撑能力较弱，无法有效保障网络时延。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何有效降低车路协同组网数据传输时延，本发明提出了一种基于确定性网络架构的车路云协同组网架构及方法。

根据本发明实施例的基于确定性网络架构的车路云协同组网架构，包括：

融合端设备，与车路终端进行通信连接，用于实现所述车路终端互联互通的网络接入；

融合边缘设备，与所述融合端设备通信连接，用于管理所述融合端设备的连接状态；

融合云设备，与所述融合边缘设备通信连接，用于管理所述融合边缘节点设备的连接状态；

所述融合端设备、所述融合边缘设备和所述融合云设备均基于车路云系统的业务需求对网络资源和计算资源进行协同配置，以确定所述车路终端与所述融合云设备之间的通信链路。

根据本发明实施例的基于确定性网络架构的车路云协同组网架构，利用确定性网络解决车联网对移动性和实时性较高的需求，实现路况传感信息、车辆传感信息的车路网云协同融合发展。确定性网络架构主要针对车路协同端-边缘-云的高速低时延需求，支持驾驶决策驱动的智能计算和高速通信能力，满足低时延、高可靠、大带宽、高速移动、高速计算、大容量存储和海量连接等车路协同对网络提出的新需求。

根据本发明的一些实施例，所述融合云设备包括第一确定性网络节点；

所述融合边缘设备包括第二确定性网络节点，所述第二确定性网络节点与所述第一确定性网络节点连接；

所述融合端设备包括第三确定性网络节点，所述第三确定性网络节点与所述第二确定性网络节点连接。

在本发明的一些实施例中，所述融合边缘设备包括多个所述第二确定性网络节点，所述融合端设备包括多个所述第三确定性网络节点。

根据本发明的一些实施例，每个所述第一确定性网络节点连接有多个所述第二确定性网络节点，每个所述第二确定性网络节点连接有多个所述第三确定性网络节点。

在本发明的一些实施例中，所述车路终端包括：设于车辆的第一传感器和设于路上的第二传感器。

根据本发明实施例的基于确定性网络架构的车路云协同组网方法，所述方法采用上述所述的基于确定性网络架构的车路云协同组网架构，所述方法包括：

针对本地业务，所述融合端设备判断所述本地业务是否可直接处理响应，当所述本地业务可由所述融合端设备直接处理响应时，基于所述融合端设备与所述车路终端之间的连接对所述本地业务进行处理，所述本地业务无需转发上传至云端进行协同任务处理；当所述本地业务无法由所述融合端设备直接处理响应时，由所述融合端设备与所述融合边缘节点以及融合云设备进行协同处理。

根据本发明实施例的基于确定性网络架构的车路云协同组网方法，利用确定性网络解决车联网对移动性和实时性较高的需求，实现路况传感信息、车辆传感信息的车路网云协同融合发展。确定性网络架构主要针对车路协同端-边缘-云的高速低时延需求，支持驾驶决策驱动的智能计算和高速通信能力，满足低时延、高可靠、大带宽、高速移动、高速计算、大容量存储和海量连接等车路协同对网络提出新的需求。

根据本发明的一些实施例，由所述融合端设备与所述融合边缘节点以及融合云设备进行协同处理，包括：

针对区域业务，所述融合边缘节点判断所述区域业务是否可直接处理响应，当所述区域业务可由所述融合边缘节点进行响应处理时，基于所述融合边缘设备与所述融合端设备、所述车路终端之间的连接关系对所述区域业务进行区域协同业务处理，所述本区域业务无需转发上传至云端进行处理；当所述区域业务无法由所述融合边缘节点进行响应处理时，由所述融合边缘设备与所述融合云设备进行协同处理。

根据本发明的一些实施例，所述方法还包括：

基于所述车路云系统的业务需求，建立与传输任务对应的资源管理及配置，提供确定性时延保障链路。

在本发明的一些实施例中，所述方法还包括：

当多个所述车路终端与所述融合云设备建立通信链路时，通过采集所述确定性链路的连接状态，调整和配置所述链路的资源，以保障确定性网络性能。

根据本发明的一些实施例，所述方法还包括：

针对车路云协同业务，管理配置所述车路终端、所述融合端设备、所述融合边缘设备和所述融合云设备，实现所述车路云协同组网架构的网络资源和计算资源协同配置，以为车路云协同业务进行处理响应。

附图说明

图1为根据本发明实施例的基于确定性网络架构的车路云协同组网架构示意图；

图2为根据本发明实施例的基于确定性网络架构的车路云协同组网方法流程图；

图3为根据本发明实施例的车路云协同组网管理功能示意图；

图4为根据本发明实施例的车路云协同组网安全功能示意图；

图5为根据本发明实施例的基于确定性网络架构的网络计算融合架构功能示意图；

图6为根据本发明实施例的基于确定性网络架构系统功能部署示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

确定性网络架构具有让网络具有确定性最大时延、支持网络资源与网络转发缓存、网络处理优先级等特性，为车路协同组网和高速移动传输提供了一种解决思路。基于确定性网络架构，与现有网络架构融合，应用于端-网-云协作网络与计算融合的场景中，可以为车路协同组网所需满足的海量连接、高速移动、低时延、高可靠、大带宽、高速计算和大容量存储提供支撑。确定性网络架构可以用于车路云协同组网及融合计算的场景，融合端-网-云网络和计算资源进行一体化协作计算，为业务决策提供资源和服务质量保障。

如图1所示，根据本发明实施例的基于确定性网络架构的车路云协同组网架构，包括：融合端设备，融合边缘设备和融合云设备。

具体而言，融合端设备与车路终端进行通信连接，用于实现车路终端互联互通的网络接入；融合边缘设备与融合端设备通信连接，用于管理融合端设备的连接状态；融合云设备与融合边缘设备通信连接，用于管理融合边缘节点设备的连接状态；

其中，融合端设备、融合边缘设备和融合云设备均基于车路云系统的业务需求对网络资源和计算资源进行协同配置，以确定车路终端与融合云设备之间的通信链路。

根据本发明实施例的基于确定性网络架构的车路云协同组网架构，利用确定性网络解决车联网对移动性和实时性较高的需求，实现路况传感信息、车辆传感信息的车路网云协同融合发展。确定性网络架构主要针对车路协同端-边缘-云的高速低时延需求，支持驾驶决策驱动的智能计算和高速通信能力，满足低时延、高可靠、大带宽、高速移动、高速计算、大容量存储和海量连接等车路协同对网络提出新的需求。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，融合云设备、融合边缘设备和融合终端设备均包括确定性网络节点，为便于区分，另融合云设备包括第一确定性网络节点，融合边缘设备包括第二确定性网络节点，第二确定性网络节点与第一确定性网络节点连接，融合端设备包括第三确定性网络节点，第三确定性网络节点与第二确定性网络节点连接。

其中，融合边缘设备可以包括多个第二确定性网络节点，融合端设备包括多个第三确定性网络节点。如图1所示，融合云可以包括一个第一确定性网络节点，融合边缘设备可以包括两个第二确定性网络节点，融合端设备可以包括四个第三确定性网络节点。

根据本发明的一些实施例，每个第一确定性网络节点连接有多个第二确定性网络节点，每个第二确定性网络节点连接有多个第三确定性网络节点。如图所示，融合云的第一确定性网络节点连接有两个融合边缘节点的第二确定性网络额节点。每个融合边缘节点的第二确定性网络节点连接有两个第三确定性网络节点。

在本发明的一些实施例中，车路终端可以包括：设于车辆的第一传感器和设于路上的第二传感器。

根据本发明实施例的基于确定性网络架构的车路云协同组网方法，方法采用上述的基于确定性网络架构的车路云协同组网架构，如图2所示，方法包括：

针对本地业务，融合端设备判断本地业务是否可直接处理响应，当本地业务可由融合端设备直接处理响应时，基于融合端设备与车路终端之间的连接对本地业务进行处理，本地业务无需转发上传至云端进行协同任务处理；当本地业务无法由融合端设备直接处理响应时，由融合端设备与融合边缘节点以及融合云设备进行协同处理。

根据本发明实施例的基于确定性网络架构的车路云协同组网方法，利用确定性网络解决车联网对移动性和实时性较高的需求，实现路况传感信息、车辆传感信息的车路网云协同融合发展。确定性网络架构主要针对车路协同端-边缘-云的高速低时延需求，支持驾驶决策驱动的智能计算和高速通信能力，满足低时延、高可靠、大带宽、高速移动、高速计算、大容量存储和海量连接等车路协同对网络提出新的需求。

根据本发明的一些实施例，由融合端设备与融合边缘节点以及融合云设备进行协同处理，包括：

针对区域业务，融合边缘节点判断区域业务是否可直接处理响应，当区域业务可由融合边缘节点进行响应处理时，基于融合边缘设备与融合端设备、车路终端之间的连接关系对区域业务进行区域协同业务处理，本区域业务无需转发上传至云端进行处理；当区域业务无法由融合边缘节点进行响应处理时，由融合边缘设备与融合云设备进行协同处理。

根据本发明的一些实施例，方法还包括：基于车路云系统的业务需求，建立与传输任务对应的资源管理及配置，提供确定性时延保障链路。

在本发明的一些实施例中，方法还包括：当多个车路终端与融合云设备建立通信链路时，通过采集确定性链路的连接状态，调整和配置链路的资源，以保障确定性网络性能。

根据本发明的一些实施例，方法还包括：针对车路云协同业务，管理配置车路终端、融合端设备、融合边缘设备和融合云设备，实现车路云协同组网架构的网络资源和计算资源协同配置，以为车路云协同业务进行处理响应。

下面参照附图详细描述根据本发明的基于确定性网络架构的车路云协同组网架构及组网方法。值得理解的是，下述描述仅是实例性描述，而不是对本发明的具体限制。

确定性网络架构研究主要是为了解决低丢包、低时延等互联网新业务需求，以解决对时延要求特别高的应用对网络的需求。确定性网络架构及方法与车联网的融合部署可与边缘计算及云计算统筹设计。

本发明提出了一种确定性网络协议用于车路协同工作模式，融合端-网-云协同的计算模式，实现通信计算融合体系方法，同步保障低计算时延，从而支持业务决策时延的整体保障。

基于确定性网络架构的车路云协同组网协议及融合计算方法，包括在网络中部署融合端设备、融合边缘设备、融合云设备，还包括协同组网协议及融合计算方法，旨在为车路云协同网络信息系统提供一种基于确定性网络架构的端-边-云融合架构、协议和方法，实现确定性网络时延的智能车路云协同业务解决方案，保障车路云协同业务场景所需的服务质量。随着5G时代的到来，基于5G的低时延、大带宽、高连接的应用将逐渐增多。采用确定性网络架构，可以为时敏业务提供服务保障。

本发明基于当前业务需求及解决思路，设计一种基于确定性网络架构的车路云协同组网架构及方法，协同组网协议可以为车联网时延敏感业务数据包传输提供端到端转发时延保障；计算网络资源融合可以为车联网业务提供计算时延保障，从网络传输时延和计算时延两个方面同步保障业务时延，通过网络资源、计算资源和业务流数据包的绑定，确保整个业务时延满足时敏业务需求。

本发明的各模块之间层次示意图如图1所示。研究基于确定性网络架构的车路云协同组网协议及融合计算方法，并在端-网-云场景中进行原型实现和验证。系统功能模块包括：确定性网络架构，确定性网络协议，该协议在选定的组网设施上实现，融合低时延、高带宽、大连接等网络业务需求和组网技术，提供端-网-云场景下系统接口界面。

确定性网络架构的车路云协同组网架构功能的实现：

网络节点采用确定性资源分配保障确定性网络时延，车路云协同组网架构主要是包括融合端节点、边缘节点和云节点，部署确定性网络架构及协议，通过实现车路云协同组网，完成确定性网络架构支撑的协同业务能力，车路云协同组网架构示意图如图1所示。

确定性网络架构的车路云协同组网协议功能的实现：

车路云协同组网协议实现基于确定性网络资源的确定性路由协议和功能，实现融合端节点负责与终端节点之间的连接，融合边缘节点负责融合端节点的互相协作，融合云节点负责对融合边缘节点之间的协同计算，车路云协同组网协议流程示意图如图2所示。

确定性网络架构的车路云协同组网管理功能的实现：

融合端设备、边缘设备和云设备，车路云协同组网管理主要包括节点管理、连接管理、路由管理、配置管理、业务管理和协同管理。车路云协同组网管理功能示意图如图3所示。

确定性网络架构的车路云协同组网安全功能的实现：

确定性网络架构支持车路云协同组网安全功能，主要包括组网设备认证、网络传输安全和协同计算安全，从设备安全、通信安全到业务协同安全保障组网安全，为车路云协同业务提供安全环境。车路云协同组网安全功能示意图如图4所示。

基于确定性网络架构的网络计算融合架构功能实现包括：协同融合网络计算功能的实现、基于协同融合网络计算的高速移动的实现、基于协同融合网络计算的海量连接的实现和基于协同融合网络计算的可靠性的实现。

其中，协同融合网络计算功能的实现：

协同融合网络计算主要是通过业务需求驱动的网络资源和计算资源协同配置，共同满足基于确定性业务的服务质量支撑。协同融合网络计算功能主要是针对业务需求提供有保障的网络和计算资源，实现协同网络计算优势。功能示意图如图5所示。

基于协同融合网络计算的高速移动的实现：

在网络设备和接入网络的终端处于高速移动变化时，基于协同融合网络计算的高速移动实现支持高速移动的协同网络计算，可以快速找到最新的位置信息，为通过对端或者内容请求方提供最新的位置信息，如在车联网中可以动态支撑车联网网络多方(车内/车间，交叉口，路边，行人)分布链路高动态变化和建立，保障车联网通信服务。功能示意图如图5所示。

基于协同融合网络计算的海量连接的实现：

海量连接面向连接对象，需实时采集网络链路状态和连接关系，实现海量接入设备的通信和传输，为数据流分配网络资源及路径，交换机需要提供网络连通和链路变化信息发布到融合网络节点中，每个网络节点就可以为确定性路由配置确定性资源，实现海量设备的接入和通信支撑。功能示意图如图5所示。

基于协同融合网络计算的可靠性的实现：

通过协同融合网络计算一体化，实现传输和计算的可靠性，保障传输和计算性能，从而提供针对不同业务的可靠性支撑，实现确定性网络架构的路由可扩展性和移动管理的便捷性。功能示意图如图5所示。

融合端-网-云协作架构功能实现包括：车路云协同融合端-网-云资源分配功能的实现和融合端-网-云协作架构协同决策功能的实现。

车路云协同融合端-网-云资源分配功能的实现：

协同融合架构针对不同业务场景的服务质量，实现端、边缘和云的协作，从确定性网络资源分配保障传输时延，将计算资源协同融合保障计算时延。

融合端-网-云协作架构协同决策功能的实现：

按照车路云协同场景对本地决策、边缘决策和云端决策不同需求，通过按需动态配置资源支撑业务决策所需数据的采集传输汇聚融合计算决策高效下发等功能，保障服务质量。

原型系统实现：

如图1所示，原型系统初步拟定4个融合端设备，2个融合边设备和1个融合云设备，若干车路传感器模拟节点。模拟验证场景可包括高速移动信息传输，车路协同决策模型，确定性时延，协作计算可靠性等。若干车路传感器模拟节点模拟不同的区域不同道路和不同车辆的信息采集，向融合端设备发起通信，在融合端设备进行本地决策计算，返回本地决策结果；融合端设备向融合边缘设备发起通信，将信息在边缘设备进行汇聚分析，形成区域决策，最后将融合云设备进行数据汇聚处理和综合决策计算，实现针对需要确定性网络架构保障的业务决策指令下发。系统功能部署示意图如图6所示。

本发明的基于确定性网络架构的车路云协同组网架构及组网方法具有如下优点：

网络转发与资源配置：支撑网络大规模跨域可扩展性，提供基于网络资源绑定的确定性网络转发，提供端到端的确定性最大时延保障。

融合计算与资源配置：通过在融合端设备、融合边缘设备和融合云设备实现融合计算，将计算资源配置与业务实时性结合在一起，配置协同计算资源，提升计算资源保障。

传输任务协同管理：将确定性链路与传输任务之间进行映射管理，实现链路资源和业务需求的匹配和管理，将传输任务按照服务质量最优化准则实现协同管理和配置。

计算任务协同管理：将融合端计算资源、边缘计算资源和云计算资源进行统筹管理，实现计算任务的协同管理，支撑计算资源的统筹管理和配置，提升资源利用率。

融合端系统：融合端系统提供车路通信终端的海量连接，进一步提高针对融合端业务的及时响应能力，减少集中决策带来的性能和安全影响。

融合边缘系统：与融合端系统进行互联互通，实现边缘云网络与计算融合基础能力，为区域车路协同决策提供基础支撑。

融合云系统：与融合边缘系统互联互通，实现更大范围的车路协同智慧应用服务，融合云系统提供了更大的计算资源、网络资源和存储资源，为针对更大车路覆盖范围和更长时间区间更大数据规模的业务决策模型。

基于确定性网络架构的端-边-云融合业务服务体系，通过本地计算决策、边缘计算决策和云计算决策协同满足车内、车路、车间的业务服务计算需求，为解决车路云协同智能应用提供技术思路。

综上所述，本发明在确定性网络架构的基础上，为车路协同网络通信系统提供一种基于确定性网络架构的网络计算协同融合架构、协议和方法，支撑确定性服务质量，提供支持车路云协同的海量连接、高速移动、低时延、高可靠、大带宽、高速计算和大容量存储等功能。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (10)

1.一种基于确定性网络架构的车路云协同组网架构，其特征在于，包括：

融合端设备，与车路终端进行通信连接，用于实现所述车路终端互联互通的网络接入；

融合边缘设备，与所述融合端设备通信连接，用于管理所述融合端设备的连接状态；

融合云设备，与所述融合边缘设备通信连接，用于管理所述融合边缘节点设备的连接状态；

所述融合端设备、所述融合边缘设备和所述融合云设备均基于车路云系统的业务需求对网络资源和计算资源进行协同配置，以确定所述车路终端与所述融合云设备之间的通信链路。

2.根据权利要求1所述的基于确定性网络架构的车路云协同组网架构，其特征在于，

所述融合云设备包括第一确定性网络节点；

所述融合边缘设备包括第二确定性网络节点，所述第二确定性网络节点与所述第一确定性网络节点连接；

所述融合端设备包括第三确定性网络节点，所述第三确定性网络节点与所述第二确定性网络节点连接。

3.根据权利要求2所述的基于确定性网络架构的车路云协同组网架构，其特征在于，

所述融合边缘设备包括多个所述第二确定性网络节点，所述融合端设备包括多个所述第三确定性网络节点。

4.根据权利要求3所述的基于确定性网络架构的车路云协同组网架构，其特征在于，

每个所述第一确定性网络节点连接有多个所述第二确定性网络节点，每个所述第二确定性网络节点连接有多个所述第三确定性网络节点。

5.根据权利要求1所述的基于确定性网络架构的车路云协同组网架构，其特征在于，所述车路终端包括：设于车辆的第一传感器和设于路上的第二传感器。

6.一种基于确定性网络架构的车路云协同组网方法，所述方法采用根据权利要求1-5中任一项所述的基于确定性网络架构的车路云协同组网架构，所述方法包括：

针对本地业务，所述融合端设备判断所述本地业务是否可直接处理响应，当所述本地业务可由所述融合端设备直接处理响应时，基于所述融合端设备与所述车路终端之间的连接对所述本地业务进行处理，所述本地业务无需转发上传至云端进行协同任务处理；当所述本地业务无法由所述融合端设备直接处理响应时，由所述融合端设备与所述融合边缘节点以及融合云设备进行协同处理。

7.根据权利要求6所述的基于确定性网络架构的车路云协同组网方法，其特征在于，由所述融合端设备与所述融合边缘节点以及融合云设备进行协同处理，包括：

针对区域业务，所述融合边缘节点判断所述区域业务是否可直接处理响应，当所述区域业务可由所述融合边缘节点进行响应处理时，基于所述融合边缘设备与所述融合端设备、所述车路终端之间的连接关系对所述区域业务进行区域协同业务处理，所述本区域业务无需转发上传至云端进行处理；当所述区域业务无法由所述融合边缘节点进行响应处理时，由所述融合边缘设备与所述融合云设备进行协同处理。

8.根据权利要求6所述的基于确定性网络架构的车路云协同组网方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于所述车路云系统的业务需求，建立与传输任务对应的资源管理及配置，提供确定性时延保障链路。

9.根据权利要求8所述的基于确定性网络架构的车路云协同组网方法，其特征在于，所述方法还包括：

当多个所述车路终端与所述融合云设备建立通信链路时，通过采集所述确定性链路的连接状态，调整和配置所述链路的资源，以保障确定性网络性能。

10.根据权利要求9所述的基于确定性网络架构的车路云协同组网方法，其特征在于，所述方法还包括：

针对车路云协同业务，管理配置所述车路终端、所述融合端设备、所述融合边缘设备和所述融合云设备，实现所述车路云协同组网架构的网络资源和计算资源协同配置，以为车路云协同业务进行处理响应。

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