CN113923125A - 工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法及装置 - Google Patents

工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法及装置，该容限分析方法包括：获取申请加入工业异构网络的业务流及业务流信息；根据业务流的特性进行分类，将业务流分为时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流；获取工业异构网络的网络拓扑信息和网络状态信息；根据网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息分别对时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流进行容限分析，得到容限分析结果。本发明实施例提供的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法及装置，解决了工业异构网络中多业务流融合通信的规划难题，提高了容限分析方法在复杂应用场景下的适应性。

Description

工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法及装置
技术领域
本发明涉及工业网络技术领域，具体涉及一种工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法及装置。
背景技术
随着我国智能制造的逐步推进，个性化定制、网络化协同等新型制造生产模式得到了广泛的发展。用于工业环境下的通信方式也越来越丰富，以太网、光网、无线局域网、2G/3G/4G公网、行业专网等各种有线、无线、公网、专网互相融合，互相补充构成了工业异构网络。工业异构网络可以实现业务认知和全网可管控，支持对已有工业以太网协议的适配，既满足新型制造生产模式的需要，又使IT(Information Technology，信息技术)区和OT(Operation Technology，操作技术)区工业网络深度融合成为可能。
然而，网络边缘侧设备日益复杂化、差异化，对工业异构网络的适应性提出了更高的要求。例如，流水线自动化设备指令信息的通信需要确保极低的时延与抖动，高清监控视频设备的工作则需要确保网络能提供充足的带宽资源和尽量小的端到端时延，数据采集业务流、人机交互流、管理信息流等等不同优先级的业务流对通信质量也有不同的需求。针对上述情况，如何判断目前网络资源能否向多类别业务提供满足其独特需求的细粒度的服务，如何科学合理地规划网络资源使其被高效地利用成为当前研究的热点问题。
现有的工业异构网络容限分析和资源分配技术，只能支持对同种类型或同种需求的流进行分析规划，无法实现多业务流细粒度的容限分析与资源分配。由此可见，多类别多需求业务流给工业异构网络的容限分析能力和适用范围带来了极大挑战。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法及装置，以解决现有技术中无法实现多业务流细粒度的容限分析的技术问题。
本发明提出的技术方案如下：
本发明实施例第一方面提供一种工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法，该容限分析方法包括：获取申请加入工业异构网络的业务流及业务流信息；根据所述业务流的特性进行分类，将所述业务流分为时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流；获取工业异构网络的网络拓扑信息和网络状态信息；根据所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息分别对所述时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流进行容限分析，得到容限分析结果。
进一步地，根据所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息分别对所述时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流进行容限分析，得到容限分析结果，包括：根据可满足性模理论以及基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述时间敏感流进行容限分析，得到时间敏感流容限分析结果；根据最小加反卷积算法以及基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述实时音视频流进行容限分析，得到实时音视频流容限分析结果；根据基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述其余业务流进行容限分析，得到其余业务流容限分析结果。
进一步地，根据可满足性模理论以及基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述时间敏感流进行容限分析，得到时间敏感流容限分析结果，包括：根据时间敏感流的特征信息计算每一时间敏感流的带宽需求和传输时延；根据基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法和所述带宽需求计算每一时间敏感流的所有可达转发路径；根据时间敏感流的特征信息以及可达转发路径确定可满足性模理论求解器的常量；根据流传输路径、网卡门控周期、时隙规划表以及传输时延确定所述可满足性模理论求解器的变量及变量的约束条件；根据所述常量、变量及约束条件运行所述可满足性模理论求解器，得到时间敏感流的容限分析结果。
进一步地，该工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法还包括：根据所述时间敏感流的容限分析结果确定时隙规划结果和转发路径规划结果；根据所述时隙规划结果为每一时隙添加保护间隔；根据所述转发路径规划结果以及添加保护间隔的时隙更新网络状态信息中链路的可用带宽信息。
进一步地，根据基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法和所述带宽需求计算每一时间敏感流的所有可达转发路径，包括：根据所述业务流信息获取流的发送端和接收端信息；根据深度优先搜索算法，在网络拓扑信息中寻找发送端到接收端的所有无环路径；根据网络状态信息中的链路可用带宽和所述带宽需求筛选所有无环路径，得到可达转发路径。
进一步地，根据最小加反卷积算法以及基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述实时音视频流进行容限分析，得到实时音视频流容限分析结果，包括：根据实时音视频流的特征信息计算每一实时音视频流的带宽需求；根据基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法和所述带宽需求计算每一实时音视频流的所有可达转发路径；根据可达转发路径和最小加反卷积算法计算得到端到端时延预测值；根据预设标准规范计算基于信用的整形器配置参数；根据所述端到端时延预测值和所述基于信用的整形器配置参数确定所述实时音视频流的容限分析结果。
进一步地，根据基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述其余业务流进行容限分析，得到其余业务流容限分析结果，包括：根据所述其余业务流的特征信息对所述其余业务流按照优先级进行排序；根据基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法计算每一其余业务流的所有可达转发路径；根据排序后的其余业务流和可达转发路径确定所述其余业务流的容限分析结果。
本发明实施例第二方面提供一种工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置，该容限分析装置包括：业务流获取模块，用于获取申请加入工业异构网络的业务流及业务流信息；分类模块，用于根据所述业务流的特性进行分类，将所述业务流分为时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流；网络信息获取模块，用于获取工业异构网络的网络拓扑信息和网络状态信息；容限分析模块，用于根据所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息分别对所述时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流进行容限分析，得到容限分析结果。
本发明实施例第三方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法。
本发明实施例第四方面提供一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法。
本发明提供的技术方案，具有如下效果：
本发明实施例提供的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法及装置，通过获取不同设备的业务流，将获取的业务流根据相应业务流的特性进行分类，同时根据网络中的相关信息判断该工业异构网络中的网络资源是否能支撑不同类业务需求，从而可以得到不同业务流的容限分析结果。因此，本发明实施例提供的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法及装置，解决了工业异构网络中多业务流融合通信的规划难题，提高了容限分析方法在复杂应用场景下的适应性。
本发明实施例提供的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法及装置，通过采用不同的算法对时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流进行容限分析，可以精确有效判断目前网络资源能否向多业务流提供满足其独特需求的服务，可以计算得到满足不同类型业务需求的转发路径、时隙表及设备配置参数，实现了对时间敏感流、实时音时频流以及其余业务流的整体规划，相比单一业务流依次规划的方式，可以更合理地分配网络资源、更高效地利用网络资源以容纳更多业务流工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法的应用场景示图；
图2是根据本发明实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法的流程图；
图3是根据本发明另一实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法的流程图；
图4是根据本发明另一实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法的流程图；
图5是根据本发明另一实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法的流程图；
图6是根据本发明另一实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法的流程图；
图7是根据本发明另一实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法的流程图；
图8是根据本发明另一实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法的流程图；
图9是根据本发明另一实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法的流程图；
图10是根据本发明实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置的结构框图；
图11是根据本发明另一实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置的结构框图；
图12是根据本发明另一实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置的结构框图；
图13是根据本发明另一实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置的结构框图；
图14是根据本发明另一实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置的结构框图；
图15是根据本发明另一实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置的结构框图；
图16是根据本发明另一实施例的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置的结构框图；
图17是根据本发明实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图；
图18是根据本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，是本发明实施例的应用场景示意图。本发明实施例提供的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法可以在工业异构网络控制器中实现，该工业异构网络控制器通过其北向接口获取业务流信息、网流拓扑信息、网络状态信息，在控制器内实施容限分析方法流程，通过南向接口下发容限分析结果，完成对交换机的配置。
本发明实施例提供一种工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法，如图2所示，该容限分析方法包括如下步骤：
步骤S101：获取申请加入工业异构网络的业务流及业务流信息；具体地，当有外部设备需要通过工业异构网络进行通信时，外部设备会向工业异构网络发送各类信息从而形成了各类业务流。对于获取的业务流，可以提取其中的业务流信息。该业务流信息通常包括常规信息和特征信息。
其中，常规信息包括通信所需的源MAC地址、目的MAC地址、VLAN号、源IP地址、目的IP地址、传输层协议类型、源端口号、目的端口号等等。特征信息为反映该业务流传输特征的信息。
步骤S102：根据业务流的特性进行分类，将业务流分为时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流；具体地，对于获取的业务流，可以按照不同业务流的特性对其进行分类。其中，对时延要求较高的可以分为时间敏感流，例如流水线自动化设备发送的生产线动作的指令流需要确保极低的时延和抖动，可以将此类设备发送的信息归为时间敏感流信息；对带宽资源要求较高的可以分为实时音视频流，例如高清监控视频设备的工作需要确保网络能提供充足的带宽资源和尽量小的端到端时延，可以将此类设备发送的信息归为实时音视频流信息；此外，对于数据采集设备、人机交互设备等设备发送的信息则可以归为其余业务流信息。
步骤S103：获取工业异构网络的网络拓扑信息和网络状态信息；具体地，可以通过多种网络探测技术实现网络信息的获取。其中，可以采用发送接收LLDP(Link LayerDiscovery Protocol，链路层发现协议)数据包的方式收集网络拓扑信息，网络拓扑信息包括：交换机间的连接信息、终端与交换机间的连接信息；可以采用查询和监测网卡的方式获取网络状态信息，网络状态信息包括：链路可用带宽、交换机处理时延、设备网卡速率。
步骤S104：根据网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息分别对时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流进行容限分析，得到容限分析结果。具体地，对于分类后的业务流，可以综合网络中的网络拓扑信息和网络状态信息对各类业务流进行容限分析，判断该工业异构网络中的网络资源是否能支撑该类业务需求，并得到相应的容限分析结果。
本发明实施例提供的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法，通过获取不同设备的业务流，将获取的业务流根据相应业务流的特性进行分类，同时根据网络中的相关信息判断该工业异构网络中的网络资源是否能支撑不同类业务需求，从而可以得到不同业务流的容限分析结果。因此，本发明实施例提供的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法，解决了工业异构网络中多业务流融合通信的规划难题，提高了容限分析方法在复杂应用场景下的适应性。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图3所示，步骤S104根据网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息分别对时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流进行容限分析，得到容限分析结果，包括如下步骤：
步骤S201：根据可满足性模理论以及基于网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对时间敏感流进行容限分析，得到时间敏感流容限分析结果。具体地，在对时间敏感流进行容限分析时，可以基于多路径算法得到可达转发路径，根据可达转发路径并运行可满足性模理论求解器可以得到其容限分析结果，其中，当可满足性模理论求解器未给出可行容限分析结果，则说明网络资源无法支撑该业务需求，此时返回规划失败信息。
步骤S202：根据最小加反卷积算法以及基于网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对实时音视频流进行容限分析，得到实时音视频流容限分析结果。具体地，根据多路径算法可以得到实时音视频流的可达转发路径，基于最小加反卷积算法可以计算得到实时音视频流的端到端时延预测值，根据对得到的可达转发路径进行遍历，并结合端到端时延预测值获取实时音视频流的容限分析结果。
步骤S203：根据基于网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对其余业务流进行容限分析，得到其余业务流容限分析结果。具体地，对其余业务流进行容限分析时，可以先根据其余业务流的特征信息得到其余业务流的优先级，之后可以基于其余业务流的优先级以及多路径算法得到其余业务流的容限分析结果。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图4所示，步骤S201根据可满足性模理论以及基于网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对时间敏感流进行容限分析，得到时间敏感流容限分析结果，包括如下步骤：
步骤S301：根据时间敏感流的特征信息计算每一时间敏感流的带宽需求和传输时延；具体地，特征信息为反映该业务流传输特征的信息，不同业务流类型所包含的内容也不同。时间敏感流的特征信息包括业务周期、周期最大发送帧数、最大帧长度、最早传输偏移、最晚传输偏移、抖动、是否复传、时延上限、业务优先级等等。在计算带宽需求和传输时延时，可以根据业务周期、周期最大发送帧数、最大帧长度、时延上限计算得到。
步骤S302：根据基于网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法和带宽需求计算每一时间敏感流的所有可达转发路径。
在一实施例中，如图5所示，采用多路径算法就按可达转发路径时，可以按照以下步骤实现：
步骤S401：根据业务流信息获取流的发送端和接收端信息；具体地，业务流信息通常包括常规信息和特征信息，可以从时间敏感流的常规信息中获取流的发送端和接收端信息。
步骤S402：根据深度优先搜索算法，在网络拓扑信息中寻找发送端到接收端的所有无环路径；具体地，深度优先搜索属于图算法的一种，是一个针对图和树的遍历算法，英文缩写为DFS即Depth First Search。深度优先搜索是图论中的经典算法，利用深度优先搜索算法可以产生目标图的相应拓扑排序表，利用拓扑排序表可以方便的解决很多相关的图论问题。因此，深度优先搜索可以用于检测图中是否存在环，即，可以采用深度优先搜索算法在网络拓扑信息中找到所有的无环路径。
步骤S403：根据网络状态信息中的链路可用带宽和带宽需求筛选所有无环路径，得到可达转发路径。具体地，可以基于网络信息中的链路可用带宽，将无环路径中路径可用带宽小于带宽需求的路径筛除，将无环路径中剩余的路径作为可达转发路径。
可选地，在得到可达转发路径后，还可以采用基于跳数和可用带宽的参考量W对所有可达转发路径进行排序。具体地，参考量
Figure BDA0002550476870000091
其中a为路径跳数的权值，
Figure BDA0002550476870000092
为路径跳数离差标准化后的值，b为路径可用带宽的权值，
Figure BDA0002550476870000093
为路径可用带宽离差标准化后的值。参考量W用于判断路径优劣，跳数越少可用带宽越大则认定该路径越好，根据该值将路径由好到坏依次排列。
步骤S303：根据时间敏感流的特征信息以及可达转发路径确定可满足性模理论求解器的常量；具体地，可用将时间敏感流的特征信息和所有可达转发路径添加到可满足性模理论求解器中，作为该求解器的常量，即该求解器的已知条件。
步骤S304：根据流传输路径、网卡门控周期、时隙规划表以及传输时延确定可满足性模理论求解器的变量及变量的约束条件；具体地，流传输路径、网卡门控周期、时隙规划表可以作为可满足性模理论求解器的求解变量添加进去。同时，对于该求解器的已知条件和求解变量可以按照自定义格式写入，确保求解过程和输出结果的正确性。
可选地，变量的约束条件可以用于约束求解变量的取值范围。其中，流传输路径在所有可达转发路径范围内选取；设备网卡门控周期为流经其所有时间敏感流的周期的最小公倍数；每个时隙长度大于此时流经的时间敏感流的传输时延；同一时间敏感流在同一设备同一周期的后一个时隙要比前一个时隙晚该流周期的时间间隔以上；同一设备内时隙不可重叠；同一数据包通过后一个设备的时隙要比前一个时隙晚传播时延、流传输时延与交换机处理时延之和的时间间隔以上；任一时间敏感流的数据包端到端时延小于该时间敏感流时延上限。
步骤S305：根据常量、变量及约束条件运行可满足性模理论求解器，得到时间敏感流的容限分析结果。具体地，通过运行可满足性模理论求解器，可以获得时间敏感流的容限分析结果。此外，若求解器未给出可行容限分析结果，则说明网络资源无法支撑业务需求，此时返回规划失败信息。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，该工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法，如图6所示，还包括如下步骤：
步骤S501：根据时间敏感流的容限分析结果确定时隙规划结果和转发路径规划结果；具体地，当可满足性模理论求解器给出可行容限分析结果后，可以在容限分析结果中获取对所有设备网卡的时隙规划结果以及转发路径规划结果。
步骤S502：根据时隙规划结果为每一时隙添加保护间隔；具体地，保护间隔的长度由时隙的相对位置和流经该设备网卡的业务流的最大帧长度决定。具体而言，时间敏感网络规定的时隙保护间隔一般在数据量为0－1500比特的数据传输时间范围内，选取保护间隔长度时需参考与相邻时隙的相对位置关系，以及流经设备网卡的业务流最长帧大小。记本时隙的开启时刻到前向最近的相邻时隙的关闭时刻的时间差为T，记流经设备网卡的业务流最长帧大小为Lmax，记网卡速率为S，若
Figure BDA0002550476870000101
则保护间隔长度为T，反之，保护间隔长度为
Figure BDA0002550476870000102
步骤S503：根据转发路径规划结果以及添加保护间隔的时隙更新网络中链路的可用带宽信息。具体地，可以根据转发路径规划结果以及已添加保护间隔的时隙规划结果更新网络状态信息中的链路可用带宽信息。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图7所示，步骤S202根据最小加反卷积算法以及基于网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对实时音视频流进行容限分析，得到实时音视频流容限分析结果，包括如下步骤：
步骤S601：根据实时音视频流的特征信息计算每一实时音视频流的带宽需求；具体地，可以获取实时音视频流特征信息中的帧发送速率、帧负载大小、时延上限，计算每一实时音视频流的带宽需求。
步骤S602：根据基于网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法和带宽需求计算每一实时音视频流的所有可达转发路径。
可选地，可以先收集实时音视频流的业务流信息，由业务流信息获取实时音视频流的发送端和接收端信息；然后采用深度优先搜索算法，在网络拓扑信息中寻找实时音视频流的发送端到接收端的所有无环路径；之后可以从网络信息中获取链路可用带宽，将无环路径中可用带宽的75％小于带宽需求的路径筛除，剩余路径作为可达转发路径。
可选地，在得到可达转发路径后，还可以采用基于跳数和可用带宽的参考量W对所有可达转发路径进行排序。具体地，参考量
Figure BDA0002550476870000111
其中a为路径跳数的权值，
Figure BDA0002550476870000112
为路径跳数离差标准化后的值，b为路径可用带宽的权值，
Figure BDA0002550476870000113
为路径可用带宽离差标准化后的值。参考量W用于判断路径优劣，跳数越少可用带宽越大则认定该路径越好，根据该值将路径由好到坏依次排列。
步骤S603：根据可达转发路径和最小加反卷积算法计算得到端到端时延预测值。
步骤S604：根据预设标准规范计算基于信用的整形器配置参数。
在一实施例中，端到端时延预测值可以采用网络演算的最小加反卷积算法计算得到。具体地，如图8所示，该最小加反卷积算法可以包括如下步骤：
步骤S701：根据时间敏感流的数量计算流经同一设备网卡的所有时间敏感流的含保护间隔的第一聚合到达曲线αTT(t)，具体地，第一聚合到达曲线αTT(t)时可以采用公式(1)计算得到。
Figure BDA0002550476870000114
其中，TTnum为流经该网卡的时间敏感流数量，Slotnum为一条流在该网卡一个门控周期内的传输时隙数量，slotdurationi,j为第i条时间敏感流第j个含保护间隔的传输时隙的持续时间，C为该设备网卡速率，P为该网卡门控周期，slotoccupied(st,t\P)为该周期从st时刻开始持续t\P时间内的所有传输时隙占用的时间之和，\为取余运算符。
步骤S702：根据网络状态信息中的设备网卡速率及业务流特征信息中的最大帧长度，计算设备网卡对时间敏感流的第一聚合服务曲线βTT(t)，具体地，第一聚合服务曲线βTT(t)时可以采用公式(2)计算得到。
Figure BDA0002550476870000121
其中，Lmax为流经该设备网卡的最大帧长度。
步骤S703：根据业务流特征信息中的帧发送速率、帧负载大小，计算流经同一设备网卡的同一优先级的所有实时音视频流的第二聚合到达曲线αAVB(t)，具体地，第二聚合到达曲线αAVB(t)时可以采用公式(3)计算得到。
Figure BDA0002550476870000122
其中，AVBnum为流经该网卡同优先级的实时音视频流数量，ri为第i条实时音视频流的帧发送速率，bi为第i条实时音视频流的帧大小。
步骤S704：根据第一聚合到达曲线和第一聚合服务曲线计算设备网卡对实时音视频流的第二聚合服务曲线，具体地，第二聚合服务曲线时可以采用公式(4)计算得到。
Figure BDA0002550476870000123
其中idle为设备网卡基于信用的整形器的空闲率，send为发送率，hicredit为最大信用值，
Figure BDA0002550476870000124
为最小加反卷积运算符。
步骤S705：根据实时音视频流的第二聚合到达曲线和第二达到聚合服务曲线计算实时音视频流在设备网卡的排队时延预测值，具体地，排队时延预测值可以采用公式(5)计算得到。
D＝sups＞0{inf[τ≥0|αAVB(s)≤βAVB(s+τ)]} 公式(5)
其中sup为上确界，inf为下确界。
步骤S706：根据排队时延预测值计算实时音视频流的端到端时延预测值Dtotal，具体地，端到端时延预测值可以采用公式(6)计算得到。
Figure BDA0002550476870000131
其中，Hopnum为转发路径跳数，Di为第i跳排队时延预测值，Dtrans,i为第i跳传输时延，Dpropa,i为第i跳传播时延，Dproc,i为第i跳设备处理时延。
具体地，基于信用的整形器配置参数可以根据IEEE 802.1Q－2014(局域网和城域网.桥和虚拟桥接网络)中对配置参数计算方式的规范进行计算得到。在进行容限分析时，可以遍历实时音视频流的所有可达转发路径情况，直到每一实时音视频流的预测端到端时延小于相应实时音视频流时延上限时停止遍历，获取该情况下的每一实时音视频流的转发路径及设备网卡的基于信用的整形器配置参数作为容限分析结果。此外，若未找到满足业务需求的转发路径说明网络资源无法支撑业务需求，则返回规划失败信息。
步骤S605：根据端到端时延预测值和基于信用的整形器配置参数确定所述实时音视频流的容限分析结果。具体地，当确定容限分析结果之后，还可以根据容限分析结果更新网络状态信息中的链路可用带宽信息。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图9所示，步骤S203根据基于网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对其余业务流进行容限分析，得到其余业务流容限分析结果，包括如下步骤：
步骤S801：根据其余业务流的特征信息对其余业务流按照优先级进行排序；具体地，可以从其余业务流的特征信息中获取所有其余业务流的最小带宽需求和业务优先级，将所有其余业务流按照优先级进行排序。
步骤S802：根据基于网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法计算每一其余业务流的所有可达转发路径；具体地，可以先收集其余业务流的业务流信息，由业务流信息获取其余业务流的发送端和接收端信息；然后采用深度优先搜索算法，在网络拓扑信息中寻找其余业务流的发送端到接收端的所有无环路径作为可达转发路径。若未计算出转发路径说明网络资源无法支撑业务需求，则返回规划失败信息。
可选地，当得到可达转发路径后，还可以采用基于跳数和可用带宽的参考量W对所有可达转发路径进行排序。具体地，参考量
Figure BDA0002550476870000141
其中a为路径跳数的权值，
Figure BDA0002550476870000142
为路径跳数离差标准化后的值，b为路径可用带宽的权值，
Figure BDA0002550476870000143
为路径可用带宽离差标准化后的值。参考量W用于判断路径优劣，跳数越少可用带宽越大则认定该路径越好，根据该值将路径由好到坏依次排列。
步骤S803：根据排序后的其余业务流和可达转发路径确定所其余业务流的容限分析结果。具体地，若采用深度优先搜索算法能够找到可达转发路径，则可以根据排序后的其余业务流选择所有可达转发路径中最佳路径作为其余业务流的容限分析结果。
本发明实施例提供的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法，通过采用不同的算法对时间敏感流、音视频信息流以及其余业务流进行容限分析，可以精确有效判断目前网络资源能否向多业务流提供满足其独特需求的服务，可以计算得到满足不同类型业务需求的转发路径、时隙表及设备配置参数，实现了对时间敏感流、音时频流以及其余业务流的整体规划，相比单一业务流依次规划的方式，可以更合理地分配网络资源、更高效地利用网络资源以容纳更多业务流工作。
本发明实施例还提供一种工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置，如图10所示，该容限分析装置包括：
业务流获取模块10，用于获取申请加入工业异构网络的业务流及业务流信息；详细内容参见上述方法实施例中步骤S101的相关描述。
分类模块20，用于根据业务流的特性进行分类，将业务流分为时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流；详细内容参见上述方法实施例中步骤S102的相关描述。
网络信息获取模块30，用于获取工业异构网络的网络拓扑信息和网络状态信息；详细内容参见上述方法实施例中步骤S103的相关描述。
容限分析模块40，用于根据网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息分别对时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流进行容限分析，得到容限分析结果。详细内容参见上述方法实施例中步骤S104的相关描述。
本发明实施例提供的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置，通过获取不同设备的业务流，将获取的业务流根据相应业务流的特性进行分类，同时根据网络中的相关信息判断该工业异构网络中的网络资源是否能支撑不同类业务需求，从而可以得到不同业务流的容限分析结果。因此，本发明实施例提供的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置，解决了工业异构网络中多业务流融合通信的规划难题，提高了容限分析装置在复杂应用场景下的适应性。
作为本发明实施例中一种可选的实施方式，如图11所示，容限分析模块40包括：
时间敏感流容限分析模块21，用于根据可满足性模理论以及基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述时间敏感流进行容限分析，得到时间敏感流容限分析结果；详细内容参见上述方法实施例中步骤S201的相关描述。
实时音视频流容限分析模块22，用于根据最小加反卷积算法以及基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述实时音视频流进行容限分析，得到实时音视频流容限分析结果；详细内容参见上述方法实施例中步骤S202的相关描述。
其余业务流容限分析模块23，用于根据基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述其余业务流进行容限分析，得到其余业务流容限分析结果。详细内容参见上述方法实施例中步骤S203的相关描述。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图12所示，时间敏感流容限分析模块21包括：
第一带宽计算模块31，用于根据时间敏感流的特征信息计算每一时间敏感流的带宽需求和传输时延；详细内容参见上述方法实施例中步骤S301的相关描述。
第一路径计算模块32，用于根据基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法和所述带宽需求计算每一时间敏感流的所有可达转发路径；详细内容参见上述方法实施例中步骤S302的相关描述。
常量确定模块33，用于根据时间敏感流的特征信息以及可达转发路径确定可满足性模理论求解器的常量；详细内容参见上述方法实施例中步骤S303的相关描述。
变量确定模块34，用于根据流传输路径、网卡门控周期、时隙规划表以及传输时延确定所述可满足性模理论求解器的变量及变量的约束条件；详细内容参见上述方法实施例中步骤S304的相关描述。
第一分析子模块35，用于根据所述常量、变量及约束条件运行所述可满足性模理论求解器，得到时间敏感流的容限分析结果。详细内容参见上述方法实施例中步骤S305的相关描述。
在一实施例中，如图13所示，第一路径计算模块32包括：
终端信息获取模块41，根据所述业务流信息获取流的发送端和接收端信息；详细内容参见上述方法实施例中步骤S401的相关描述。
搜索模块42，用于根据深度优先搜索算法，在网络拓扑信息中寻找发送端到接收端的所有无环路径；详细内容参见上述方法实施例中步骤S402的相关描述。
路径筛选模块43，用于根据网络状态信息中的链路可用带宽和所述带宽需求筛选所有无环路径，得到可达转发路径。详细内容参见上述方法实施例中步骤S403的相关描述。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图14所示，该工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置还包括：
规划结果确定模块51，用于根据时间敏感流的容限分析结果确定时隙规划结果和转发路径规划结果；详细内容参见上述方法实施例中步骤S501的相关描述。
保护间隔确定模块52，用于根据时隙规划结果为每一时隙添加保护间隔；详细内容参见上述方法实施例中步骤S502的相关描述。
更新模块53，用于根据转发路径规划结果以及添加保护间隔的时隙更新网络中链路的可用带宽信息。详细内容参见上述方法实施例中步骤S503的相关描述。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图15所示，实时音视频流容限分析模块22包括：
第二带宽计算模块61，用于根据实时音视频流的特征信息计算每一实时音视频流的带宽需求；详细内容参见上述方法实施例中步骤S601的相关描述。
第二路径计算模块62，根据基于网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法和带宽需求计算每一实时音视频流的所有可达转发路径；详细内容参见上述方法实施例中步骤S602的相关描述。
时延计算模块63，用于根据可达转发路径和最小加反卷积算法计算得到端到端时延预测值和基于信用的整形器配置参数；详细内容参见上述方法实施例中步骤S603的相关描述。
第二分析子模块64，根据端到端时延预测值和基于信用的整形器配置参数确定实时音视频流的容限分析结果。详细内容参见上述方法实施例中步骤S604的相关描述。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图16所示，其余业务流容限分析模块23包括：
排序模块81，用于根据其余业务流的特征信息对其余业务流按照优先级进行排序；详细内容参见上述方法实施例中步骤S801的相关描述。
第三路径计算模块82，用于根据基于网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法计算每一其余业务流的所有可达转发路径；详细内容参见上述方法实施例中步骤S802的相关描述。
第三分析子模块83，用于根据排序后的其余业务流和可达转发路径确定所述其余业务流的容限分析结果。详细内容参见上述方法实施例中步骤S803的相关描述。
本发明实施例提供的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置，通过采用不同的算法对时间敏感流、音视频信息流以及其余业务流进行容限分析，可以精确有效判断目前网络资源能否向多业务流提供满足其独特需求的服务，可以计算得到满足不同类型业务需求的转发路径、时隙表及设备配置参数，实现了对时间敏感流、音时频流以及其余业务流的整体规划，相比单一业务流依次规划的方式，可以更合理地分配网络资源、更高效地利用网络资源以容纳更多业务流工作。
本发明实施例提供的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置的功能描述详细参见上述实施例中工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法描述。
本发明实施例还提供一种存储介质，如图17所示，其上存储有计算机程序100，该指令被处理器执行时实现上述实施例中工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法的步骤。该存储介质上还存储有实时音视频流数据，特征帧数据、交互请求信令、加密数据以及预设数据大小等。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read－OnlyMemory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(FlashMemory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid－State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read－Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid－State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图18所示，该电子设备可以包括处理器200和存储器300，其中处理器200和存储器300可以通过总线或者其他方式连接，图18中以通过总线连接为例。
处理器200可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器200还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器300作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的对应的程序指令/模块。处理器200通过运行存储在存储器300中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法。
存储器300可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器200所创建的数据等。此外，存储器300可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器300可选包括相对于处理器200远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器200。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器300中，当被所述处理器200执行时，执行如图2－9所示实施例中的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法。
上述电子设备具体细节可以对应参阅图2至图9所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法，其特征在于，包括：
获取申请加入工业异构网络的业务流及业务流信息；
根据所述业务流的特性进行分类，将所述业务流分为时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流；
获取工业异构网络的网络拓扑信息和网络状态信息；
根据所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息分别对所述时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流进行容限分析，得到容限分析结果。
2.根据权利要求1所述的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法，其特征在于，根据所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息分别对所述时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流进行容限分析，得到容限分析结果，包括：
根据可满足性模理论以及基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述时间敏感流进行容限分析，得到时间敏感流容限分析结果；
根据最小加反卷积算法以及基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述实时音视频流进行容限分析，得到实时音视频流容限分析结果；
根据基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述其余业务流进行容限分析，得到其余业务流容限分析结果。
3.根据权利要求2所述的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法，其特征在于，根据可满足性模理论以及基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述时间敏感流进行容限分析，得到时间敏感流容限分析结果，包括：
根据时间敏感流的特征信息计算每一时间敏感流的带宽需求和传输时延；
根据基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法和所述带宽需求计算每一时间敏感流的所有可达转发路径；
根据时间敏感流的特征信息以及可达转发路径确定可满足性模理论求解器的常量；
根据流传输路径、网卡门控周期、时隙规划表以及传输时延确定所述可满足性模理论求解器的变量及变量的约束条件；
根据所述常量、变量及约束条件运行所述可满足性模理论求解器，得到时间敏感流的容限分析结果。
4.根据权利要求3所述的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法，其特征在于，还包括：
根据所述时间敏感流的容限分析结果确定时隙规划结果和转发路径规划结果；
根据所述时隙规划结果为每一时隙添加保护间隔；
根据所述转发路径规划结果以及添加保护间隔的时隙更新网络状态信息中链路的可用带宽信息。
5.根据权利要求3所述的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法，其特征在于，根据基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法和所述带宽需求计算每一时间敏感流的所有可达转发路径，包括：
根据所述业务流信息获取流的发送端和接收端信息；
根据深度优先搜索算法，在网络拓扑信息中寻找发送端到接收端的所有无环路径；
根据网络状态信息中的链路可用带宽和所述带宽需求筛选所有无环路径，得到可达转发路径。
6.根据权利要求2所述的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法，其特征在于，根据最小加反卷积算法以及基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述实时音视频流进行容限分析，得到实时音视频流容限分析结果，包括：
根据实时音视频流的特征信息计算每一实时音视频流的带宽需求；
根据基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法和所述带宽需求计算每一实时音视频流的所有可达转发路径；
根据可达转发路径和最小加反卷积算法计算得到端到端时延预测值；
根据预设标准规范计算基于信用的整形器配置参数；
根据所述端到端时延预测值和所述基于信用的整形器配置参数确定所述实时音视频流的容限分析结果。
7.根据权利要求2所述的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法，其特征在于，根据基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法对所述其余业务流进行容限分析，得到其余业务流容限分析结果，包括：
根据所述其余业务流的特征信息对所述其余业务流按照优先级进行排序；
根据基于所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息的多路径算法计算每一其余业务流的所有可达转发路径；
根据排序后的其余业务流和可达转发路径确定所述其余业务流的容限分析结果。
8.一种工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析装置，其特征在于，包括：
业务流获取模块，用于获取申请加入工业异构网络的业务流及业务流信息；
分类模块，用于根据所述业务流的特性进行分类，将所述业务流分为时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流；
网络信息获取模块，用于获取工业异构网络的网络拓扑信息和网络状态信息；
容限分析模块，用于根据所述网络拓扑信息、网络状态信息及业务流信息分别对所述时间敏感流、实时音视频流以及其余业务流进行容限分析，得到容限分析结果。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如权利要求1－7任一项所述的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如权利要求1－7任一项所述的工业异构网络中多业务流融合通信的容限分析方法。
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