CN115174670B - 一种分级代理部署方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分级代理部署方法，本发明利用分级的代理部署架构，在面向5G/B5G网络中某种特定类型的业务流的传输性能需求时，通过选择最佳的代理部署位置和数量，以形成一个最佳的代理部署方案，实现在满足传输性能需求下最小化代理部署数量，以减少网络开销和资源浪费。

Description

一种分级代理部署方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种分级代理部署方法。
背景技术
由于毫米波(millimeter wave，mmWave)具有丰富的频谱资源，可以提供巨大的带宽和超高的数据传输速率，被认为是赋能新一代无线通信网络(5G/B5G)的重要技术，能够支持360°视频/AR/VR、自动驾驶和远程医疗以及大规模机器通信等新的网络服务，满足不同业务对更高带宽、更低延迟和更大容量的要求。但是，在网络中使用高频率的毫米波技术也存在很多严峻的挑战。由于毫米波链路对阻塞条件(如建筑物、树木、人体)和LoS-NLoS之间的切换非常敏感，信道容量可能在短时间内波动非常大，从而对协议栈更高层的传输协议和端到端传输性能产生影响，降低应用服务的可用性和可实现的数据传输速率。
一种提升5G/B5G网络端到端传输性能的有效手段是在网络中部署性能增强代理(Performance Enhancing Proxy,PEP)，比如Splitting PEP(SPEP)。目前，Splitting PEP(SPEP)通常被部署在无线网络中，以增强无线链路的传输性能。现有的代理部署方案通常在某个固定的网络节点上(如5G基站)上部署单一数量(如1个)的代理，如图1所示。不难看出，这些代理部署方案在代理部署的位置和数量的考量方面不够灵活，可能导致增强的网络传输能力非常有限，无法满足5G/B5G网络中特定类型应用流的传输性能需求。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种分级代理部署方法解决了以下问题：
1、针对5G/B5G网络传输场景，如何设计一种能够更有效的增强网络传输性能的代理部署架构，以满足5G/B5G网络更高的传输性能需求，如更高的带宽、更高的数据传输速率和更低的时延；
2、针对5G/B5G网络中某种特定的业务流的传输性能需求，如何利用上述分层架构设计一种更优的代理部署方案，通过优化代理部署的数量和位置的手段来满足该应用的传输性能要求。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种分级代理部署方法，包括以下步骤：
S1、在分级的代理部署架构中进行信息收集和信息交互，得到节点的所有通信链路的带宽和时延；
S2、根据节点的所有通信链路的带宽和时延，从所有可行的代理部署方案筛选出优选的代理部署方案。
进一步地，所述步骤S1中分级的代理部署架构包括：辅助基站节点SN、主基站节点MN、云上代理节点CN和长连接代理节点LN；
所述辅助基站节点SN分别与主基站节点MN和用户设备UE通信连接；所述主基站节点MN与云上代理节点CN通信连接；所述云上代理节点CN与长连接代理节点LN通信连接；服务器Server分别与主基站节点MN、云上代理节点CN和长连接代理节点LN通信连接。
进一步地，所述云上代理节点CN包括多个云上代理子节点，所述长连接代理节点LN包括多个长连接代理子节点；
每个所述云上代理子节点分别与主基站节点MN和每个所述长连接代理子节点通信连接；所述服务器Server分别与每个所述云上代理子节点和每个所述长连接代理子节点通信连接。
进一步地，所述步骤S1包括以下分步骤：
S11、通过分级的代理部署架构中主基站节点MN、云上代理节点CN和长连接代理节点LN去收集分级的代理部署架构中相邻各节点间的通信链路的带宽和时延；
S12、通过主基站节点MN、云上代理节点CN和长连接代理节点LN将所有通信链路的带宽和时延通告给全部节点。
进一步地，所述步骤S2包括以下分步骤：
S21、根据所有通信链路的带宽和通信链路的时延，从所有可行的代理部署方案筛选出候选方案集合；
S22、从候选方案集合中筛选出优选的代理部署方案。
进一步地，所述步骤S21包括以下分步骤：
S211、在用户设备UE向服务器Server发出服务请求后，采用枚举法，列举出所有可行的代理部署方案；
S212、根据所有通信链路的带宽、通信链路的时延、通信链路的最小吞吐量和第一个字节的TTFB时间，得到所有代理部署方案的传输性能；
S213、删除传输性能差的代理部署方案，将剩余代理部署方案构成候选方案集合。
进一步地，所述步骤S212中第一个字节的TTFB时间的计算公式为：
TG＝2D+2max(Di)
其中，TG为第一个字节的TTFB时间，D为整条传输链路上的延迟，Di为每相邻节点之间链路上的延迟。
进一步地，所述步骤S22包括以下分步骤：
S221、以最小化代理部署数量和减少网络开销为条件，从候选方案集合筛选出同时兼顾代理部署数量少和网络开销小的代理部署方案，构成第一筛选集合；
S222、以云上代理节点CN为条件，从第一筛选集合筛选出经过云上代理节点CN的代理部署方案，得到第二筛选集合；
S223、以长连接代理节点LN为条件，从第二筛选集合筛选出不需要使用长连接代理节点LN的代理部署方案，得到第三筛选集合；
S224、从第三筛选集合选取一条代理部署方案，即优选的代理部署方案。
综上，本发明的有益效果为：
1、本发明提供了一个更加新颖、更加灵活的基于分级的代理部署方式，这种方式可以以分级的代理部署架构的形式展示，给代理部署位置和数量提供了更多的可能，这种基于分级的代理部署方式能够更有效的增强网络传输能力，以满足5G/B5G网络中业务流的传输性能需求。
2、本发明利用上述的基于分级的代理部署架构，在面向5G/B5G网络中某种特定类型的业务流的传输性能需求时，通过选择最佳的代理部署位置和数量，以形成一个最佳的代理部署方案，实现在满足传输性能需求下最小化代理部署数量，以减少网络开销和资源浪费。
附图说明
图1为现有的代理部署方案示意图；
图2为测试拓扑图；
图3为不同位置一个代理吞吐对比图；
图4为不同位置两个代理吞吐对比图；
图5为所有代理部署方案的吞吐对比图；
图6为分级的代理部署架构图；
图7为一种分级代理部署方法的流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
为验证代理在网络中部署的数量和位置对端到端传输性能的影响，本发明使用如图2所示的测试拓扑，利用五个docker容器，模拟了五个网络节点，每段链路的带宽和时延分别设置为100Mbps和100ms，对不同数量和不同位置的代理部署方案进行简单测试。其中，Sender即发送端，Receiver即接收端，中间的1、2、3三个节点作为可以选择是否部署代理的网络节点，若部署代理，则用P(即代理Proxy)表示，若没有部署代理，则用R(即路由器Router)表示。
本发明列举出了全部可行的代理部署方案，如下表1所示，共8种，分别为无代理和在不同位置部署1个、2个、3个数量代理的情况。
表1三个节点的全部测试方案
Figure BDA0003739601620000051
本发明设置每段的链路带宽和时延分别为100Mbps和100ms，并依次传输了5MB、10MB、25MB和50MB的数据，对比八种部署方案的吞吐性能，结果如图3～5所示。
图3～5的测试结果显示：(1)与未部署代理比较，部署代理能够提高传输性能；(2)代理部署的数量和位置都会对传输性能产生不同程度的影响；(3)不同部署方案的传输性能增益可能相同，比如R31-R32-P33、P41-R42-P43、R61-P62-P63和P71-P72-P73实现了相同的传输性能增益。因此，本发明考虑代理部署的数量和位置两方面因素。
那么，如何为5G/B5G网络中特定类型的业务流设计一种更优的代理部署方案，通过优化代理部署的数量和位置的手段来满足应用的传输性能要求，是本发明需要重点解决的问题。
5G/B5G网络中，服务提供商认为云化是5G/B5G核心网演进的必由之路，而网络功能虚拟化(Network Functions Virtualization，NFV)和服务功能链(Service FunctionChain，SFC)能够以按需的方式为用户提供灵活的服务，包括灵活地部署云节点位置和数量，同时减少资本和运营费用，已被广泛部署在5G/B5G核心网中。并且，云化的网络节点可以提供几乎无限的网络容量和相对较大的数据传输速率，从而有效减少数据传输的时延。相比传统的位置和数量不够灵活的代理部署方案，云化的方式给代理的部署位置和数量带来了更多的可能。
本发明的一种分级代理部署方法基于分级的代理部署架构，其结构如图6所示。
本发明实现的是UE-Server的服务请求。因此，本发明首先根据现有的非独立组网的mmWave-LTE混合型网络架构，提出了主基站(Master Node，MN)和辅助基站(SecondaryNode，SN)两个可以部署代理的节点。其次，通过在后端云(核心网)中启用可以灵活的提供网络服务的虚拟网元(Virtual Network Function，VNF)作为云服务节点，来提供几乎无限的网络容量和相对较大的数据传输速率，从而有效减少数据传输的时延。
基于此，本发明提出了两种云化节点，分别是云上代理节点(Cloud Proxy Node，CN)，用来减少数据传输时延，和在云上长连接代理节点(Long Connection Proxy Node，LN)来减少长连接建立过程中首字节时间(Time To First Byte，TTFB)，从而提高长连接业务流的传输性能。
因此，本发明提出的“分级”指的是不同类别的可以部署不同位置和不同数量代理的网络节点，如图6所示，SN、MN、CN、LN都是可以部署代理的不同的网络节点，即形成基于分级的代理部署架构。
为方便理解，本发明使用具体节点进行举例说明，SN和MN即辅助基站和主基站，子节点1-1、1-2、1-3即可任意选择的云上部署代理的节点CN，如果是需要考虑使用长连接的业务流，子节点2-1、2-2、2-3即云上可任意选择的用于保持长连接的代理节点LN。基于以上可部署代理节点而形成的三种分级的代理部署方式，在面向具体的5G/B5G网络中某种特定类型的业务的传输性能需求时，可根据传输具体的传输需求指标，灵活的选择代理部署位置及数量，如若某条流需要使用长连接，则可能的代理部署方案为UE-SN-MN-CN(1-2)-LN(2-3)-Server，因为需要使用长连接，所以必定需要在某一个LN处部署代理，那么某个CN处也一定需要部署代理，但是SN和MN处是否部署，需要考虑该业务流的传输性能需求是否被满足。
相比于现有的在固定位置部署单一数量的代理部署方式，本发明提出的这种基于分级的架构式的代理部署方式，在代理的部署位置和数量的考虑上更加灵活，能够更有效的增强网络传输性能，以满足5G/B5G网络中业务流的传输性能需求。
上述的基于分级的部署方式为代理部署提供了一个架构，但对于某种特定业务的传输性能需求，如何为该业务流提供最佳的代理部署方案，即在上述代理部署架构上选择最佳的代理部署位置和部署数量，以满足其对传输性能的要求，是本发明仍然需要解决的问题。对于部署数量，本发明考虑网络资源负载和能耗的问题，期望通过尽可能少数量的代理来满足其传输性能需求；对于部署位置，本发明考虑上述分级的代理部署架构中可供选择的代理节点，包括SN、MN、CN和LN，根据特定业务流的传输需求，选择可以满足需求的代理部署位置。
具体方案如下：
如图7所示，一种分级代理部署方法，包括以下步骤：
S1、在分级的代理部署架构中进行信息收集和信息交互，得到节点的所有通信链路的带宽和时延；
所述步骤S1中分级的代理部署架构包括：辅助基站节点SN、主基站节点MN、云上代理节点CN和长连接代理节点LN；
所述辅助基站节点SN分别与主基站节点MN和用户设备UE通信连接；所述主基站节点MN与云上代理节点CN通信连接；所述云上代理节点CN与长连接代理节点LN通信连接；服务器Server分别与主基站节点MN、云上代理节点CN和长连接代理节点LN通信连接。
所述云上代理节点CN包括多个云上代理子节点，所述长连接代理节点LN包括多个长连接代理子节点；
每个所述云上代理子节点分别与主基站节点MN和每个所述长连接代理子节点通信连接；所述服务器Server分别与每个所述云上代理子节点和每个所述长连接代理子节点通信连接。
所述步骤S1包括以下分步骤：
S11、通过分级的代理部署架构中主基站节点MN、云上代理节点CN和长连接代理节点LN去收集分级的代理部署架构中相邻各节点间的通信链路的带宽和时延；
S12、通过主基站节点MN、云上代理节点CN和长连接代理节点LN将所有通信链路的带宽和时延通告给全部节点。
S2、根据节点的所有通信链路的带宽和时延，从所有可行的代理部署方案筛选出优选的代理部署方案。
所述步骤S2包括以下分步骤：
S21、根据所有通信链路的带宽和通信链路的时延，从所有可行的代理部署方案筛选出候选方案集合；
所述步骤S21包括以下分步骤：
S211、在用户设备UE向服务器Server发出服务请求后，采用枚举法，列举出所有可行的代理部署方案；
S212、根据所有通信链路的带宽、通信链路的时延、通信链路的最小吞吐量和第一个字节的TTFB时间，得到所有代理部署方案的传输性能；
在本实施例中，传输性能包括：带宽、数据传输速率和时延。
所述步骤S212中第一个字节的TTFB时间的计算公式为：
TG＝2D+2max(Di)
其中，TG为第一个字节的TTFB时间，D为整条传输链路上的延迟，Di为每相邻节点之间链路上的延迟。
S213、删除传输性能差的代理部署方案，将剩余代理部署方案构成候选方案集合。
步骤S213中具体为：删除带宽不够的代理部署方案，删除数据传输速率低的代理部署方案，删除时延长的代理部署方案。
S22、从候选方案集合中筛选出优选的代理部署方案。
在本实施例中，采用步骤S221～步骤S224的优选筛选方法，筛选代理部署方案。
所述步骤S22包括以下分步骤：
S221、以最小化代理部署数量和减少网络开销为条件，从候选方案集合筛选出同时兼顾代理部署数量少和网络开销小的代理部署方案，构成第一筛选集合；
S222、以云上代理节点CN为条件，从第一筛选集合筛选出经过云上代理节点CN的代理部署方案，得到第二筛选集合；
在本实施例中，步骤S222尽量优选有云上代理节点CN的代理部署方案，若无需云上代理节点CN，则可跳过步骤S222，进入步骤S223。考虑代理部署位置，并尽量选择云上的代理节点，以利用云上相对较大的网络带宽来尽可能减少数据传输的时延。
S223、以长连接代理节点LN为条件，从第二筛选集合筛选出不需要使用长连接代理节点LN的代理部署方案，得到第三筛选集合；
在本实施例中，尽量不使用长连接代理节点LN的代理部署方案，若是需要长连接代理节点LN，则可跳过步骤S223，进入步骤S224。考虑该业务流是否需要使用长连接代理节点LN，并尽量选择不需要使用长连接代理节点的方案，以减少使用长连接造成的额外的网络开销。
S224、从第三筛选集合选取一条代理部署方案，即优选的代理部署方案。
在步骤S224中，第三筛选集合中的代理部署方案，即为优选的代理部署方案。
在本实施例中，通信链路特指相邻节点之间的链路，传输链路为完成用户设备UE向服务器Server请求的链路(传输链路需要多条通信链路配合)。

Claims (2)

1.一种分级代理部署方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在分级的代理部署架构中进行信息收集和信息交互，得到节点的所有通信链路的带宽和时延；
所述分级为不同类别的部署不同位置和不同数量代理的网络节点；
所述步骤S1中分级的代理部署架构包括：辅助基站节点SN、主基站节点MN、云上代理节点CN和长连接代理节点LN；
所述辅助基站节点SN分别与主基站节点MN和用户设备UE通信连接；所述主基站节点MN与云上代理节点CN通信连接；所述云上代理节点CN与长连接代理节点LN通信连接；服务器Server 分别与主基站节点MN、云上代理节点CN和长连接代理节点LN通信连接；
所述云上代理节点CN包括多个云上代理子节点，所述长连接代理节点LN包括多个长连接代理子节点；
每个所述云上代理子节点分别与主基站节点MN和每个所述长连接代理子节点通信连接；所述服务器Server分别与每个所述云上代理子节点和每个所述长连接代理子节点通信连接；
所述步骤S1包括以下分步骤：
S11、通过分级的代理部署架构中主基站节点MN、云上代理节点CN和长连接代理节点LN去收集分级的代理部署架构中相邻各节点间的通信链路的带宽和时延；
S12、通过主基站节点MN、云上代理节点CN和长连接代理节点LN将所有通信链路的带宽和时延通告给全部节点；
S2、根据节点的所有通信链路的带宽和时延，从所有可行的代理部署方案筛选出优选的代理部署方案；
所述步骤S2包括以下分步骤：
S21、根据所有通信链路的带宽和通信链路的时延，从所有可行的代理部署方案筛选出候选方案集合；
所述步骤 S21包括以下分步骤：
S211、在用户设备UE向服务器Server发出服务请求后，采用枚举法，列举出所有可行的代理部署方案；
S212、根据所有通信链路的带宽、通信链路的时延、通信链路的最小吞吐量和第一个字节的 TTFB 时间，得到所有代理部署方案的传输性能；
S213、删除传输性能差的代理部署方案，将剩余代理部署方案构成候选方案集合；
S22、从候选方案集合中筛选出优选的代理部署方案；
所述步骤 S22包括以下分步骤：
S221、以最小化代理部署数量和减少网络开销为条件，从候选方案集合筛选出同时兼顾代理部署数量少和网络开销小的代理部署方案，构成第一筛选集合；
S222、以云上代理节点CN为条件，从第一筛选集合筛选出经过云上代理节点CN的代理部署方案，得到第二筛选集合；
S223、以长连接代理节点LN为条件，从第二筛选集合筛选出不需要使用长连接代理节点 LN的代理部署方案，得到第三筛选集合；
S224、从第三筛选集合选取一条代理部署方案，即优选的代理部署方案。
2.根据权利要求 1所述的分级代理部署方法，其特征在于，所述步骤 S212中第一个字节的 TTFB 时间的计算公式为：
TG = 2D + 2max(Di)
其中，TG 为第一个字节的 TTFB 时间，D 为整条传输链路上的延迟，Di 为每相邻节点之间链路上的延迟。
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