CN115103450B - 一种多业务时隙分配方法和设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多业务时隙分配方法，包括以下步骤：每条业务配置时隙分配属性，主要包括时延优先级特性、带宽特性、时延阈值等；根据时隙分配属性将多条并发的时隙分配请求划分到优先分配和等待分配两个处理集合中；在优先分配集合中，遍历全部业务排序的组合，每一组合中，对每一条业务搜索出时延指标满足设定阈值的时隙分配方案；选择符合度最佳的组合中的时隙分配方案；所述符合度包含组合内多条业务的时延指标直接累加或加权累加；所述业务排序，是指搜索时隙分配方案的顺序。本申请还包含用于实现所述方法的装置。本申请解决多用户多业务并发复杂请求场景下，满足多维业务性能和网络利用率的时延敏感业务时隙分配的问题。

Description

一种多业务时隙分配方法和设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于承载网络中的多业务小颗粒时隙分配方法和设备。

背景技术

5G行业专网可在电力、矿山、医疗、港口等多个行业实现应用，满足覆盖核心网、无线网和承载网的差异化和确定性的通信需求。以电力网络为例，不同的电力业务具备多颗粒带宽、低时延、高可靠、高安全隔离等差异化的承载要求，承载网作为端到端确定性网络的重要组成部分，需要满足确定性承载性能要求。但目前的网络切片是以分组交换为主的软隔离技术，在安全隔离、调度颗粒、保障机制等方面将面临挑战。

面向行业高安全高隔离和确定性的需求，SPN（Slicing Packet Network，切片分组网），一种以网络切片为核心并结合了时隙交叉和以太网分组交换的技术体制，主要用于移动承载场景、行业专线接入和行业专网通信领域，其采用原生以太网内核，实现分组和TDM高效融合，可提供L1~L3刚性和弹性切片能力，统一承载电力通信网多元业务。

在业务特性方面，电力通信网的生产控制安全I区的配电自动化、配网差动保护等业务均提出2M带宽的小颗粒切片和低时延的承载需求，配网差动保护业务需满足双向时延差小于200us的严格时延要求。此外，5G+智慧矿山、5G+智慧医疗、5G+智能港口等工业领域的生产控制类业务均提出了低时延和10M小颗粒切片的承载需求。为此，SPN在继承现有N×5Gbps大颗粒封装机制的基础上，开发了N×10Mbps FGU帧结构。遵循FGU的帧结构定义了完整的CBR业务的映射封装机制，以满足工业领域生产控制类业务N×10M小颗粒切片和2M/STM-1 CBR业务的严苛要求。FGU为承载N×10M小颗粒业务的基本帧单元。FGU 帧承载在5Gbps通道层业务通道上。FGU采用复帧结构，20个FGU基本帧构成一个FGU复帧，一个FGU基本帧包含24个子时隙(Sub-Slot)，每个子时隙可以独立划分给一个10M细粒度使用。

10M颗粒时隙是主要面向行业控制类等应用的业务承载通道。采用了10M颗粒的时隙交叉技术机制，可提供高安全高隔离的业务保障能力。N×10M小颗粒的引入增加了时隙编排的复杂度，需考虑多并发请求和多维业务需求下时隙分配方法和机制。相比N×5Gbps大颗粒20个的时隙，SPN FGU中每个5G颗粒就包括了480个小颗粒时隙。以电力网络为例，典型的中大型城市节点级10M小颗粒和CBR业务时隙调度需求约为1000以上，网络级的时隙调度需求在16000以上。万级的调度需求，与5G大颗粒存在的嵌套关系，与业务存在的复用关系都大幅地增加了时隙编排的复杂度。此外，每条业务的时隙编排的优劣也会影响生产控制类业务时延、双向时延差性能。如采用传统的随机时隙分配方法，时隙编排最大可引入单节点50us的时延和双向时延差。在20跳的承载网络中，最大可产生的时延和双向时延差将达1ms以上，已不能满足工业控制，特别是电力差动保护等业务的承载性能要求。

发明内容

本申请提出一种多业务时隙分配方法和设备，解决多用户多业务并发复杂请求场景下，满足多维业务性能和网络利用率的时延敏感业务时隙分配的问题。尤其适用于基于SPN FGU小颗粒技术机制的承载网络。

第一方面，本申请实施例提供一种多业务时隙分配方法，包括以下步骤：

遍历全部业务排序的组合，每一组合中，对每一条业务搜索出时延指标满足设定阈值的时隙分配方案；

选择符合度最佳的组合中的时隙分配方案；所述符合度包含组合内多条业务的时延指标直接累加或加权累加；

所述业务排序，是指搜索时隙分配方案的顺序。

进一步地，所述对每一条业务搜索出时延指标满足设定阈值的时隙分配方案，进一步包含：迭代计算不同时隙方案下的时延指标，每次迭代根据上一次空闲时隙，选择迭代计算结果中时延指标最佳的时隙分配方案。

优选地，所述时延指标包含时延满足度；所述时延满足度是指实际时延值满足时延阈值的程度。

优选地，所述时延指标包含双向时延满足度；所述双向时延满足度是指实际双向时延差满足双向时延差阈值的程度。

优选地，所述符合度进一步包含组合内多条业务的时隙散列度的直接累加或加权累加；所述时隙散列度是用于表示业务时隙间隔和均匀程度，其中时隙间隔越大或时隙分布越均匀，时隙散列度越大。

在本申请第一方面的实施例中，进一步地，在所述步骤之前，对多条业务进行分类，对时延敏感的业务进行时隙优先分配。所述时延敏感的业务，包含以下至少一种：具有时延阈值要求、具有双向时延差阈值要求，具有时隙散列度要求。

在本申请第一方面的实施例中，进一步地，对优先级低的业务（即时延非敏感业务）采用随机分配或简单散列算法方式进行时隙分配。

本申请实施例还提出以下技术方案：一种多业务时隙分配方法，包括以下步骤：对任一时延敏感的业务检测时延指标，当时延指标不满足设定阈值时，通过调整低优先级（时延非敏感）业务已占用的时隙资源，搜索出时延指标满足设定阈值的时隙分配方案。所述时延指标包含时延满足度、双向时延满足度、时隙散列度中的一个或多个指标的加权组合。

第二方面，本申请还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请中任一实施例所述的方法。

第三方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本申请任一实施例所述的方法。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本发明提出了一种面向多用户多业务并发的时隙分配请求场景下，基于时延优先和多维目标的时隙调整优化分配方案，达到了提高多业务时延性能和网络利用率的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为传统的时隙随机分配方法示意图；

图2为本发明方法的实施例流程图；

图3为本发明方法按优先级进行分配的实施例流程图；

图4基于业务时隙分配请求属性的时隙分配方案实施例流程图；

图5为本发明方案进行时隙预调整的实施例流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。

本发明提出了一种以时延优化为目标的时隙调度编排方法，该方法面向多用户多业务并发的时隙分配请求场景，能够基于每条业务时延优先的分配需求，将时延优先业务（包括低时延和双向时延对称）进行时隙的优先分配，并根据业务时延优先需求的目标（时延性能阈值、双向时延差阈值和时隙散列度等），迭代计算不同时隙分配方案下的时隙分配目标的符合度，最后选择迭代计算结果中目标符合度最优的分配方案，在满足生产控制类业务的网络性能指标的同时优化网络时隙分配。该方法也可以用于次优场景下触发主动时隙调整算法，解决长期运行后因为时隙碎片化引起的次优时隙分配调优问题。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为传统的时隙随机分配方法示意图。分析目前的承载网时隙分配方法和机制，传统SDH和OTN的时隙调度方法相对比较简单，一般采用时隙轮询（Round Robin）算法，配合定期或指定的时隙“重优化”算法解决长期运行后的时隙碎片化问题。该类时隙调度方法主要是聚焦在时隙分配的效率这个单一维度的目标。尽可能地提升SDH和OTN时隙的资源可用性，避免时隙浪费。虽然传统的时隙分配也可以采用类似可用时隙随机分配（Random）的算法避免时隙连续分配和回收造成的时隙碎片化问题，但是随机分配并没有根本解决时隙碎片化的问题。

在SPN N×10Mbps小颗粒承载生产控制类业务的场景下，对端到端时延、双向时延差均提出了严格的要求。而时隙分配将直接影响业务的时延和双向时延差指标。如采用传统的以时隙分配效率为单一维度目标的随机分配方法，单节点可能最大引入50us的时延或双向时延差，20跳端到端最大可达1ms以上。因此，需对传统的时隙随机分配方法进行优化和提升。在多用户多业务并发请求场景下，基于业务优先级分配有限的时隙资源。采用结合业务时延性能、双向时延差性能和时隙散列度等多维目标的时隙优化分配方法，保证高时延优先级的业务优先分配到相对最优的时隙，满足生产控制类业务的网络性能指标。

图2为本发明方法的实施例流程图。

本申请实施例提供一种多业务时隙分配方法，包括以下步骤：

步骤101、遍历全部业务排序的组合，每一组合中，对每一条业务搜索出时延指标满足设定阈值S_T的时隙分配方案；

所述业务排序，是指搜索时隙分配方案的顺序。例业务数量i=3时，需执行的业务排序的组合包括(1,2,3), (1,3,2), (2,1,3),(2,3,1), (3,1,2)和(3,1,1)共6次。

所述对每一条业务搜索出时延指标满足设定阈值的时隙分配方案，进一步包含：迭代计算不同时隙方案下的时延指标，每次迭代根据上一次空闲时隙，选择迭代计算结果中时延指标最佳的时隙分配方案。

所述时延指标包含时延满足度、双向时延满足度中至少一项，

所述时延满足度是指实际时延值满足时延阈值的程度，实际时延值与时延阈值相比越小，时延满足度越高。

所述双向时延满足度是指实际双向时延差满足双向时延差阈值的程度，实际双向时延差与双向时延差阈值相比越小，时延满足度越高。

步骤102、选择符合度最佳的组合中的时隙分配方案；所述符合度包含组合内多条业务的时延指标直接累加或加权累加；

优选地，所述符合度进一步包含组合内多条业务的时隙散列度的直接累加或加权累加；所述时隙散列度是用于表示业务时隙间隔和均匀程度，其中时隙间隔越大或时隙分布越均匀，时隙散列度越大。

例如，每个顺序组合采用（时延优先/双向时差优先）+时隙散列算法，计算出时隙分配符合度结果，以符合度结果数值最大的组合作为选定的组合。

本实施例提出了覆盖业务时延性能阈值、双向时延差阈值和时隙散列度等多维目标计算的时隙分配符合度评估方法，为行业应用生产控制类业务的关键性能指标的保障提供了时隙分配方法的支撑。

图3为本发明方法按优先级进行分配的实施例流程图。

在本申请第一方面的实施例中，进一步地包含步骤201、202：

步骤201、对多条业务进行分类，对时延敏感的业务进行时隙优先分配。所述时延敏感的业务，包含以下至少一种：具有时延阈值要求、具有双向时延差阈值要求，具有时隙散列度要求。

具体地，管控系统接收到多条并发时隙分配请求。每条业务需包括用户ID、业务请求ID、时延优先级特性、带宽特性、时延阈值和双向时延差阈值等；

逐条业务判断其时隙分配请求中的时延优先级特性，如果属于时延敏感的业务，将此业务放入第一业务集合；否则为普通业务将其放入第二业务集合；根据业务的时延优先属性区分业务时隙分配优先级，具有时延优先需求的业务通过优先分配空闲时隙实现时延性能保障。

按照优先级先对第一业务集合中的i条时延或双向时延差敏感业务进行时隙分配，然后再对第二业务集合中的j条业务分配时隙，从而保证时延或双向时延差敏感业务优先分配到有限的时隙资源。通过步骤101~102，确定第一业务集合中的各业务时隙分配方案：

步骤101、同上文；步骤102、同上文。

步骤202、对优先级低的业务采用随机分配或简单散列算法方式进行时隙分配。对第二业务集合中的各业务，具体的时隙分配顺序采用常规随机的时隙分配方式进行，最终完成全部并发业务请求的时隙分配。

本实施例基于每条业务的时延和双向时延差性能需求，将时隙分配请求划分为优先分配和等待分配两类集合，提出了多维业务需求与时隙分配优先级相结合的新型分配方法。针对优先分配集合内的多业务时隙分配请求，本实施例遵循全遍历迭代时隙分配+多维目标符合度评估的方法，确定了最优的时隙分配顺序组合和时隙分配方案。

图4基于业务时隙分配请求属性的时隙分配方案实施例流程图。

为进一步举例实施以上实施例方法的步骤，对业务时隙分配请求的属性建模如下：本方法对于每个用户每条业务的时隙分配请求属性定义6个基本模型参数（见表1）。其中时延优先级特性用于标识该业务分配时隙时是否需要考虑时延和双向时延差的影响因素；D_T为请求分配时隙业务的端到端时延阈值，即只有业务端到端时延满足阈值，各节点分配时隙才算有效，否则需进行时隙调整或优化；

为请求分配时隙业务的端到端双向时延差阈值，即只有业务端到端双向时延差满足阈值，各节点分配时隙才算有效，否则需进行时隙调整或优化。

表1业务时隙分配请求的属性

步骤401、管控系统接收到M个用户的N条并发时隙分配请求（共M×N条）。输入M×N并发时隙分配请求的属性参数。每条业务需包括用户ID、业务请求ID、时延优先级特性、带宽特性、时延阈值和双向时延差阈值；

步骤402、逐条业务判断其时隙分配请求的属性参数中的时延优先级特性，如取值≥1，即为时延或双向时延差敏感业务，将此业务放入优先时隙分配的第一业务集合；否则为普通业务将其放入等待时隙分配的第二业务集合；根据业务的时延优先属性区分业务时隙分配优先级，具有时延优先需求的业务通过优先分配空闲时隙实现时延性能保障，对于没有时延优先需求的业务可以认为对于时隙分配的算法产生的时延影响不敏感；

步骤403、经过M×N次循环后，第一业务集合中共有i条业务待分配时隙，等待时隙分配集合中共有j条业务待分配时隙，且i+j=M×N；

步骤404、为了获取并发时隙请求下最优时隙分配方法提供优化的时延性能，对第一业务集合中的i条时隙分配请求按照全遍历排序的方法，需执行i!次顺序组合迭代的时隙预分配计算。得到i!个预分配方案的集合，然后从该集合中选择最优化的目标及对应的时隙分配方案。

步骤404A、对每个顺序组合中每条业务进行评估，判断时隙分配是否满足时延阈值D_T和双向时延差阈值

。可以根据评估结果进行符合度量化，包括线性、加权、归一等多种量化方法。

例如在符合度评估中，采用实际时延值D满足时延阈值要求的程度、实际双向时延差

D满足双向时延差阈值的程度的方法进行评估。即时延指标设定为以下表达式中的任意一项：

S ∝ D_T - D （1）

S ∝

（2）

S ∝α (D_T-D)

D_T-

D) （3）

其中α、β是加权系数。

可选的，时延指标还可以考虑时隙散列度的满足程度。时隙散列度S_S根据N×10M业务的时隙间隔和均匀度评估，其中时隙间隔越大，时隙分布越均匀，时隙散列度越大，可在公式（1）~（3）中添加时延散列度加权值γS_S。其中γ是加权系数。

如组合中有一条业务流时隙分配的时延指标S不满足设定阈值S_T，则此启动时隙调整算法流程。

步骤404B、选取i!个顺序组合中符合度评估最高的顺序组合为优先时隙分配队列中的i条业务最优的时隙预分配方案，采用该方案配置时隙并标识已占用时隙的时延优先级属性。顺序组合符合度评估可采用组合内i条业务的时延指标评估结果的直接累加或加权累加得出符合度值，取得符合度值最佳的组合、或符合度值超过第二设定阈值的组合。

步骤404C、如果有效且最优的时隙预分配方案中存在已占用的低时延优先级时隙，则需先进行时隙预调整（参考步骤501~503），再完成最终的时隙配置生效；

需要说明的是，步骤404C的方案，可在没有满足设定阈值的组合时实施；或，在希望对时延敏感型或非敏感型业务进行重新优化时实施。

步骤405、完成了优先时隙分配集合内i条业务时隙分配后，启动等待时隙集合内j条业务的时隙分配。具体的时隙分配顺序采用常规的时隙分配方式进行，可以是随机分配或是简单散列算法。最终完成M×N条并发业务请求的时隙分配。

图5为本发明方案进行时隙预调整的实施例流程图。

为了解决长期运行后因为时隙碎片化引起的次优时隙分配调优的问题，本实施例提出了一种用于次优场景下触发主动时隙调整的算法。

本申请实施例提出的技术方案为：一种多业务时隙分配方法，包括以下步骤：对任一时延敏感的业务检测时延指标，当时延指标不满足设定阈值时，通过调整时延非敏感业务已占用的时隙资源，搜索出时延指标满足设定阈值的时隙分配方案。所述时延指标包含时延满足度、双向时延满足度、时隙散列度中的一个或多个指标的加权组合。

本方案还可用于步骤405C的时隙预调整过程，对已占用的低时延优先级时隙重新分配。流程如下：

步骤501、查询所有时延优先级属性D=0的业务已占用时隙号；

步骤502、逐时隙进行符合度评估，判断时隙分配是否满足目标业务的时延阈值和双向时延差阈值。即针对目标业务，实际时延值D是否满足时延阈值要求、实际双向时延差

D是否满足双向时延差阈值的方法进行评估。可以根据评估结果进行时延指标符合度量化，包括线性、加权、归一等多种量化方法。

例如在符合度评估中，取时延指标评估值为

S ∝α (D_T-D)

) + γS_S （4）

其中，时隙散列度S_S根据N×10M业务的时隙间隔和均匀度评估，其中时隙间隔越大，时隙分布越均匀，时隙散列度越大；

步骤503、设定时隙符合度阈值S_T，如果时隙符合度评估满足要求，例如S>S_T返回此时隙预调整结果为“是”，并提供预调整时隙号；如果时隙符合度评估不满足符合要求，则返回结果为“否”，表明此预分配组合此预分配组合不满足阈值要求。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

因此，本申请还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请中任一实施例所述的方法。

进一步地，本申请还提出一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本申请任一实施例所述的方法。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (RAM) 和/或非易失性内存等形式，如只读存储器 (ROM) 或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种多业务时隙分配方法，用于基于SPN FGU小颗粒技术机制的承载网络，其特征在于，包括以下步骤：

遍历全部业务排序的组合，每一组合中，对每一条业务搜索出时延指标满足设定阈值的时隙分配方案；

选择符合度最佳的组合中的时隙分配方案；所述符合度包含组合内多条业务的时延指标直接累加或加权累加；

所述业务排序，是指搜索时隙分配方案的顺序。

2.如权利要求1所述多业务时隙分配方法，其特征在于，

所述时延指标包含时延满足度；所述时延满足度是指实际时延值满足时延阈值的程度。

3.如权利要求1所述多业务时隙分配方法，其特征在于，

所述时延指标包含双向时延满足度；所述双向时延满足度是指实际双向时延差满足双向时延差阈值的程度。

4.如权利要求1所述多业务时隙分配方法，其特征在于，

所述符合度进一步包含组合内多条业务的时隙散列度的直接累加或加权累加；

所述时隙散列度是用于表示业务时隙间隔和均匀程度，其中时隙间隔越大或时隙分布越均匀，时隙散列度越大。

5.如权利要求1所述多业务时隙分配方法，其特征在于，

对多条业务进行分类，对时延敏感的业务进行时隙优先分配；

所述时延敏感的业务，包含以下至少一种：

具有时延阈值要求、具有双向时延差阈值要求，具有时隙散列度要求。

6.如权利要求5所述多业务时隙分配方法，其特征在于，

对时延非敏感业务采用随机分配或简单散列算法方式进行时隙分配。

7.如权利要求1所述多业务时隙分配方法，其特征在于，

所述对每一条业务搜索出时延指标满足设定阈值的时隙分配方案，进一步包含：

迭代计算不同时隙方案下的时延指标，每次迭代根据上一次空闲时隙，选择迭代计算结果中时延指标最佳的时隙分配方案。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1~7中任一所述的方法。

9.一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1~7中任一所述的方法。

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