CN116017375A - 业务需求感知和调度方法、系统、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种业务需求感知和调度方法、系统、电子设备及存储介质，涉及通信技术领域，其中所述方法包括：获取多个业务的业务属性信息和业务需求信息；基于业务属性信息和业务需求信息测算出无线侧需要实现的无线侧需求指标；获取不同QoS的历史样本数据，并基于历史样本数据和无线侧需求指标判断当前的QoS调度是否满足业务需求，在不能满足业务需求时，向调度器发送增强业务命令；以及调度器根据增强业务命令对多个业务执行差异化的调度策略。本发明提供的技术方案在无线侧实现了最大程度上保障差异化业务的需求。

Description

业务需求感知和调度方法、系统、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种业务需求感知和调度方法、一种业务需求感知和调度系统、一种电子设备以及一种计算机可读存储介质。

背景技术

5G赋能垂直行业成为目前探索的热点方向，尤其是在行业园区，差异化业务对无线网络有着不同的需求，因此5G在行业园区通过特定的组网方式解决。现有的5G在行业园区的部署方式包括部署基站设备，承载各类终端接入，同时结合下沉的核心网UPF网元，实现园区业务在本地的分流，减少时延和数据出园区。此外，一般园区更倾向自行管理网络，会部署面向园区的网络管理及服务平台，负责开卡、网络设备监控及性能等指标监控等。行业园区业务对时延、带宽的要求更为苛刻，而一般园区范围内基站与UPF、UPF与业务服务器的地理距离较近，因此传输时延不是主要制约因素，而无线侧由于资源有限以及易受传输环境的影响，容易发生抖动，因此对于行业园区内产生的时延敏感型业务及带宽敏感型业务，无线侧是制约业务性能的关键。无线侧需要更精准的识别业务的详细需求，同时进行更匹配的调度，才能减少无线侧的等待及处理时延，提高资源利用率保障足够的带宽。

基站最初的设计是面向ToC业务的，尽管5G也面向ToB行业类业务设计了更多种类的QoS参数或者切片ID等不同的方式来识别业务的需求，但仍然是粗粒度的，本质上调度也是尽力而为的调度机制，无法精准的匹配行业业务严苛的需求，且在多业务并发时，目前尽管有抢占机制，但会对原有业务造成一定程度影响，且没有具体的测算依据，无法行业业务的需求提供相对确定的保障。

无线侧目前根据UE在会话建立时，从核心网获得的注册的QoS信息来粗粒度的识别业务特征，包含优先级、时延等信息，从而进行对该业务的调度。但目前这种方案存在一定问题。

1.QoS目前的参数体系对于差异化的业务仍然是粗粒度，对园区行业而言尤其如此。而且，在目前的现网部署中，仅使用少量的QoS覆盖多数的业务。无线侧完全无法感知到更进一步的信息，具体业务的特征包括数据包大小、发包规律(例如是否周期性)等，也就是无线侧无法了解到业务层的特征信息。

2.QoS涉及到的参数，比如时延，是端到端时延需求。无线侧仅能根据优先级及期望时延进行例行调度，而并不知道具体在无线侧所需要保障的时延，只能是“尽力而为”。

3.目前无线侧的调度机制基于QoS优先级及经验写好的算法，比如轮询调度、比例公平调度，并不会根据实际行业园区网络的情况及业务需求进行优化，而在园区网络中，无线侧是最重要的一环，会造成一定的误差导致行业业务需求无法满足。

因此，提供一种面向行业园区的无线侧的精准业务感知和调度的方案是目前亟待解决的问题。

发明内容

为了至少部分解决现有技术中存在的无线侧无法了解到业务层的特征信息、无法知道无线侧所需保障的时延而不能根据实际行业园区网络的情况及业务需求进行优化的技术问题而完成了本发明。

根据本发明的一方面，提供一种业务需求感知和调度方法，其应用于基站侧，所述方法包括：获取多个业务的业务属性信息和业务需求信息；基于所述业务属性信息和所述业务需求信息测算出无线侧需要实现的无线侧需求指标；获取不同QoS的历史样本数据，并基于所述历史样本数据和所述无线侧需求指标判断当前的QoS调度是否满足业务需求，在不能满足业务需求时，向调度器发送增强业务命令；以及所述调度器根据增强业务命令对所述多个业务执行差异化的调度策略。

可选地，所述业务属性信息包括业务类型信息、业务服务器IP信息和业务包信息，业务包信息包括业务包大小和业务包周期；所述业务需求信息包括需要端到端时延满足的需求信息和需要带宽满足的需求信息。

可选地，在所述调度器根据增强业务命令对所述多个业务执行差异化的调度策略的步骤中，所述调度器获取所述业务属性信息、所述业务需求信息和指标偏差信息，并基于所述业务属性信息、所述业务需求信息和所述指标偏差信息设计不同的调度优先级方案。

可选地，所述多个业务分为时延敏感型业务、带宽敏感型业务和普通型业务，其中所述时延敏感型业务和所述带宽敏感型业务是当前的QoS调度不能满足业务需求的业务，所述普通型业务是当前的QoS调度能满足业务需求的业务。

可选地，在所述调度器根据增强业务命令对所述多个业务执行差异化的调度策略的步骤中，针对时延敏感型业务，在每个调度周期的开始时刻，计算出最大剩余时间T_a＝T_RAN-TA-T_WAIT，其中，T_RAN代表该业务在无线侧需要保障的时延，TA是所述调度器从物理层获取的从UE到基站侧的传输时间，T_WAIT代表已经等待的时间；计算出所有不能满足时延的时延敏感型业务的T_a并与业务相对应地进行排序{T_amin……T_amax}，其中T_amin是所有T_a中的最小值，T_amax是所有T_a中的最大值；所述调度器先调度与T_amin对应的业务。

可选地，所述方法还包括：找出T_a<2×调度时隙的所有业务；若所述调度时隙的资源能够满足所有业务，则调度所有业务；若所述调度时隙的资源只能调度一部分业务，则在下一个调度时刻开始时首先调度剩余的业务。

可选地，在所述调度器根据增强业务命令对所述多个业务执行差异化的调度策略的步骤中，针对带宽敏感型业务，计算出无线侧需求带宽与所述带宽敏感型业务过去一段时间能达到的无线侧带宽的方差

n代表从网络管理及服务平台获取的过去该QoS类型的业务能达到的带宽样本数，与业务相对应地对计算出来的方差进行排序{σ_min……σ_max}，其中σ_min是所有σ中的最小值，σm_ax是所有σ中的最大值；在完成了所有时延敏感型业务之后，所述调度器先调度方差最大的业务。

根据本发明的另一方面，提供一种业务需求感知和调度系统，包括：业务需求感知模块，其设置为，获取多个业务的业务属性信息和业务需求信息，基于所述业务属性信息和所述业务需求信息测算出无线侧需要实现的无线侧需求指标，获取不同QoS的历史样本数据并基于所述历史样本数据和所述无线侧需求指标判断当前的QoS调度是否满足业务需求，在不能满足业务需求时，向调度器发送增强业务命令；以及调度器，其设置为根据增强业务命令对所述多个业务执行差异化的调度策略。

根据本发明的又一方面，提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行前述业务需求感知和调度方法。

根据本发明的再一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行前述业务需求感知和调度方法。

本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供的业务需求感知和调度方法，通过在基站的无线侧设置业务需求感知模块以根据总体业务需求及经验数据的测算，获得无线侧的需求指标并与调度器进行互通，从保障每一种类型的业务都得到充分考虑，在无线侧最大程度上保障差异化业务的需求。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例提供的行业园区内5G网络的部署架构的示意图；

图2为本发明实施例提供的业务需求感知和调度方法中的网络结构和数据流示意图；

图3为本发明实施例提供的业务需求感知和调度方法的流程示意图。

图4为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，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1示出了行业园区内5G网络的部署架构的示意图。该部署架构包括各类行业终端、基站、本地UPF、以及园区自行部署的5G网络管理及服务平台。不同于运营商的公网，一般园区会希望自行对园区内网络进行一定程度自治管理，包括开卡、网络设备监控等，以及园区内网络业务流的性能监控。

在本发明的实施例中，5G网络管理及服务平台提前配置好5G承载业务的需求及IP信息。

图2示出了本发明实施例的业务需求感知和调度方法中的网络结构和数据流示意图。为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一套面向行业园区的无线侧的精准业务感知和优化调度的方案。基于目前在行业园区部署的架构特点，通过园区本地的5G网络管理及服务平台202，配置业务IP与属性的特定数据，将过去一段时间收集到的QoS指标保障数据提供给无线侧的业务需求感知模块200，该模块可以在数据流到达时进行精准的业务匹配，根据历史及经验数据进行无线侧需求指标推理并判断QoS机制能否满足该业务的需求。具体地说，园区的5G网络管理及服务平台202可以预先获得园区业务的IP和业务特性，包括业务发包规律、时延需求、带宽需求、抖动需求等，同时5G网络管理及服务平台202有整体网络的拓扑图，可以计算从基站到UPF的一些时延损耗，就能够推导无线侧的时延要求等，5G网络管理及服务平台202把这些数据发给基站的业务需求感知模块200。等有业务发起时，业务需求感知模块200通过IP就能跟这些信息对应上，也就是实现了业务需求的感知。业务需求感知模块200将推理数据与无线侧的调度器204交互，调度器204根据不同的业务需求、指标偏差情况设计不同的调度优先级方案，进行差异化调度。其中5G网络管理及服务平台202会有历史数据的收集和储存，比如为某一个业务分配的QoS＝9时，无线侧为QoS＝9的业务所做的调度能到什么能力、时延多少、速率多少、能不能满足业务的需求，从而进行调度。如此实现了对业务精准的感知及完全匹配的调度，更大程度保障园区苛刻业务需求，解决过去QoS粒度粗，对无线侧的需求不确定以及调度方案固化，不适应特定园区网络的问题。

参见附图2，本发明的实施例在传统的基站侧设置了业务需求感知模块200，该业务需求感知模块200通过网络管理及服务平台202与基站的接口获得精准的业务需求及IP信息。不同于公网中业务类型众多且复杂，园区内需要基站重点承载和保障的业务往往是已知的，且此类业务的服务器平台(即园区业务平台)大多在园区内部，因此可以收集到如下信息：业务类型(时延敏感型，带宽敏感型，普通型)信息、业务服务器IP信息、业务包信息(包大小，即大包还是小包等；发包规律，即是否周期性等)和业务需求信息，即必须保障需求(端到端时延<x ms，带宽>xx Mbps)；同时根据基站和UPF的部署位置及距离，根据经验计算该段时延(由于园区内一般部署在同个机房或位置较近，该部分时延较小)；以上信息通过预选配置的方式存储在5G网络管理及服务平台202。5G网络管理及服务平台202通过与基站的接口将此类信息发送到基站侧的业务需求感知模块200，业务需求感知模块200进行数据整理及无线侧相关指标的测算。除上述信息外，网络管理及服务平台202还会下发过去一段时间内收集到针对不同QoS业务，网络能够达到的网络能力，包括速率、时延等基本能力。

当有多种业务并发时，基站对于收到的数据包首先进行IP解析及对应，获得精准的业务信息，包括类型、发包规律、必须保障需求等，同时测算出无线侧所需要实现的时延、带宽等(即无线侧需求指标)。此外，基站本可以识别QoS为粒度的业务参数，可以根据从网络管理及服务平台202获得的历史样本数据与QoS关联判断，使用传统的QoS调度能否满足业务需求。

为此，本发明实施例提供了一种业务需求感知和调度系统。参见图2，该系统中的业务需求感知模块200设置为获取多个业务的业务属性信息和业务需求信息，基于业务属性信息和业务需求信息测算出无线侧需要实现的无线侧需求指标，获取不同QoS的历史样本数据并基于历史样本数据和无线侧需求指标判断当前的QoS调度是否满足业务需求，在不能满足业务需求时，向调度器204发送增强业务命令。另外，该系统中的调度器204设置为根据增强业务命令对多个业务执行差异化的调度策略。经过初步推理，N个并发业务，可分为三类：传统QoS不能满足的时延敏感型业务，数量N1；传统QoS不能满足的带宽敏感型业务，数量N2；传统QoS调度可满足的普通型业务，数量N3；N＝N1+N2+N3。对于不能满足类业务，业务需求感知模块202将增强业务信息发送给基站侧的调度器204。

图3为本发明实施例提供的业务需求感知和调度方法的流程示意图。该方法应用于基站侧，如图3所示，包括如下步骤S300至S306：

S300.获取多个业务的业务属性信息和业务需求信息；

S302.基于业务属性信息和业务需求信息测算出无线侧需要实现的无线侧需求指标；

S304.获取不同QoS的历史样本数据；

S306.基于历史样本数据和无线侧需求指标判断当前的QoS调度是否满足业务需求；

S308.在不能满足业务需求时，向调度器204发送增强业务命令；

S310.调度器204根据增强业务命令对多个业务执行差异化的调度策略。

在该业务需求感知和调度方法中，本领域的技术人员可理解到，在一些实施方式中，步骤S304可以在步骤S300或S302之前执行，只要能在步骤S306实现基于历史样本数据和无线侧需求指标进行的判断即可。

其中，业务属性信息包括业务类型信息、业务服务器IP信息和业务包信息等，业务包信息包括关于业务包大小的信息和关于业务包周期性的信息等信息。业务需求信息包括需要端到端时延满足的需求信息和需要带宽满足的需求信息等信息。

在步骤S310中，调度器204对于排队中等待的N个业务，进行精准的差异化调度策略。首先对于时延不能满足的时延敏感型业务，在每个调度周期的开始时刻，根据无线侧需满足的无线侧需求指标计算该业务仍可等待的时间T_a＝T_RAN-TA-TW_AIT,其中，T_RAN代表该业务在无线侧需要保障的时延，TA(Timing advance)参数是调度器204从物理层获取的从UE到基站侧的传输时间(基站通过接收终端的上行信号测量出来)，T_WAIT代表该业务在队列中已经等待的时间，得到的T_a即最大剩余可等待时间，若超出该时间，该业务的时延需求将不能满足。计算出N1个时延敏感型业务的T_a后并进行排序，{T_amin……T_amax}(T_amin是所得到的T_a中的最小值，T_amax是所得到的T_a中的最大值，因此该排序是意味着T_a按照其值由小到大进行排序)，并将该数值与业务对应好。对于带宽不能满足的带宽敏感型业务，计算无线侧需求带宽与该业务过去一段时间能达到无线侧带宽的方差

n代表从网络管理及服务平台202获取的过去该QoS类型的业务能达到的带宽样本数，方差越大则代表该业务与样本数据相比，不能获得保障的概率越大，对计算出来的方差进行排序{σ_min……σ_max}(σ_min是σ中的最小值，σ_max是σ中的最大值，因此该排序是意味着σ按照其值由小到大进行排序)，并将该数值与业务对应好。

在每个调度时刻到来时，首先考虑时延敏感型业务，先调度T_amin的业务，根据其数据包大小配置对应的无线资源，同时观察T_a值，找出T_a<2×调度时隙的所有业务，若该调度时隙(5G的调度时隙为0.5ms)资源能够满足，则全部调度；若只调度了一部分业务，则在下一个调度时刻开始时首先调度剩余业务。选择两倍的调度时隙是考虑一定的冗余，若该时隙完成不了此类业务的调度，后面网络出现任何一点抖动，则时延就无法保障。

若完成了所有T_a<2×调度时隙的时延敏感业务，则考虑带宽敏感型业务，带宽敏感型业务一般是大包，一个时隙难以完成全部传输，但可以根据无线侧带宽需求计算每个时隙大概的传输，根据方差的排序，先调度方差最大的业务，分配一定的无线资源，同时还需要考虑传统QoS能满足的业务，若资源够用，根据N2/N3的值，若N2/N3＝2，则调度两个带宽敏感业务，必须调度一个传统QoS保障业务。

该方案充分保障了每一类业务能够精准的满足需求，首先获得的业务需求的指标是确定的，精准的，其次是无线侧能够充分感知到在QoS之外具体的需求，最后就是在调度层面，充分考虑不同类业务的需求，从优先级及合理性而言，充分考虑了无线侧时延的保障，带宽的保障以及不同业务的优先级。

基于相同的技术构思，本发明实施例相应还提供一种电子设备，如图4所示，电子设备4包括存储器401和处理器402，所述存储器401中存储有计算机程序，当所述处理器402运行所述存储器401存储的计算机程序时，所述处理器402执行前述业务需求感知和调度方法。

基于相同的技术构思，本发明实施例相应还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行前述业务需求感知和调度方法。

综上所述，本发明实施例提供的业务需求感知和调度方法、系统、电子设备及存储介质，通过在基站的无线侧设置精准业务感知模块，获得了有益的优势。

一、在面向行业园区这种特定的场景中，通过在无线侧增加精准业务需求感知模块，来经由园区网络管理平台将5G承载的业务需求、特征及业务服务器的IP地址等信息下发给该业务需求感知模块，该模块在业务到来时根据业务IP进行精准的业务匹配。

二、该精准的业务需求感知模块根据总体业务需求及经验数据的测算，获得无线侧需求指标并与调度器进行互通。

三、针对时延敏感型、带宽敏感型及普通型业务共存时，在基于上述两条获得的精准需求后，调度器执行的调度算法，对于时延敏感型业务进行最大等待时间的排序，对于带宽敏感型业务进行差距方差的排序，同时考虑业务的数量比，从而保障了每一种类型的业务都得到充分考虑，最大程度上保障差异化业务的需求。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种业务需求感知和调度方法，其特征在于，应用于基站侧，所述方法包括：

获取多个业务的业务属性信息和业务需求信息；

基于所述业务属性信息和所述业务需求信息测算出无线侧需要实现的无线侧需求指标；

获取不同QoS的历史样本数据，并基于所述历史样本数据和所述无线侧需求指标判断当前的QoS调度是否满足业务需求，在不能满足所述业务需求时，向调度器发送增强业务命令；以及

所述调度器根据所述增强业务命令对所述多个业务执行差异化的调度策略。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述业务属性信息包括业务类型信息、业务服务器IP信息和业务包信息，所述业务包信息包括业务包大小和业务包周期；

所述业务需求信息包括需要端到端时延满足的需求信息和需要带宽满足的需求信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述调度器根据所述增强业务命令对所述多个业务执行差异化的调度策略的步骤中，所述调度器获取所述无线侧需求信息和指标偏差信息，并基于所述无线侧需求信息和所述指标偏差信息设计不同的调度优先级方案。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述多个业务分为时延敏感型业务、带宽敏感型业务和普通型业务，其中所述时延敏感型业务和所述带宽敏感型业务是当前的QoS调度不能满足业务需求的业务，所述普通型业务是当前的QoS调度能满足业务需求的业务。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

在所述调度器根据增强业务命令对所述多个业务执行差异化的调度策略的步骤中，针对时延敏感型业务，在每个调度周期的开始时刻，计算出最大剩余时间T_a＝T_RAN-TA-T_WAIT，其中，T_RAN代表该业务在无线侧需要保障的时延，TA是所述调度器从物理层获取的从UE到基站侧的传输时间，T_WAIT代表已经等待的时间；

计算出所有不能满足时延的时延敏感型业务的T_a并与业务相对应地进行排序{T_amin……T_amax}，其中T_amin是所有T_a中的最小值，T_amax是所有T_a中的最大值；

所述调度器先调度与T_amin对应的业务。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

找出T_a<2×调度时隙的所有业务；

若所述调度时隙的资源能够满足所有业务，则调度所有业务；若所述调度时隙的资源只能调度一部分业务，则在下一个调度时刻开始时首先调度剩余的业务。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

在所述调度器根据所述增强业务命令对所述多个业务执行差异化的调度策略的步骤中，针对带宽敏感型业务，计算出无线侧需求带宽与所述带宽敏感型业务过去一段时间能达到的无线侧带宽的方差

n代表从网络管理及服务平台获取的过去该QoS类型的业务能达到的带宽样本数，与业务相对应地对计算出来的方差进行排序{σ_min……σ_max}，其中σ_min是所有σ中的最小值，σ_max是所有σ中的最大值；

在完成了所有时延敏感型业务之后，所述调度器先调度方差最大的业务。

8.一种业务需求感知和调度系统，其特征在于，包括：

业务需求感知模块，其设置为，获取多个业务的业务属性信息和业务需求信息，基于所述业务属性信息和所述业务需求信息测算出无线侧需要实现的无线侧需求指标，获取不同QoS的历史样本数据并基于所述历史样本数据和所述无线侧需求指标判断当前的QoS调度是否满足业务需求，在不能满足业务需求时，向调度器发送增强业务命令；以及

调度器，其设置为根据增强业务命令对所述多个业务执行差异化的调度策略。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据权利要求1至7中任一项所述的业务需求感知和调度方法。

10.一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，所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行根据权利要求1至7中任一项所述的业务需求感知和调度方法。

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