CN116996198B - 一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法及装置 - Google Patents

一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116996198B
CN116996198B CN202311238520.1A CN202311238520A CN116996198B CN 116996198 B CN116996198 B CN 116996198B CN 202311238520 A CN202311238520 A CN 202311238520A CN 116996198 B CN116996198 B CN 116996198B
Authority
CN
China
Prior art keywords
time slot
input
delay
output
allocation period
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202311238520.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116996198A (zh
Inventor
朱凯男
朱永东
赵志峰
杨斌
赵庶源
李初雨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Lab
Original Assignee
Zhejiang Lab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Lab filed Critical Zhejiang Lab
Priority to CN202311238520.1A priority Critical patent/CN116996198B/zh
Publication of CN116996198A publication Critical patent/CN116996198A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116996198B publication Critical patent/CN116996198B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0078—Timing of allocation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/16—Time-division multiplex systems in which the time allocation to individual channels within a transmission cycle is variable, e.g. to accommodate varying complexity of signals, to vary number of channels transmitted
    • H04J3/1682—Allocation of channels according to the instantaneous demands of the users, e.g. concentrated multiplexers, statistical multiplexers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0058—Allocation criteria
    • H04L5/0064—Rate requirement of the data, e.g. scalable bandwidth, data priority
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J2203/00—Aspects of optical multiplex systems other than those covered by H04J14/05 and H04J14/07
    • H04J2203/0001—Provisions for broadband connections in integrated services digital network using frames of the Optical Transport Network [OTN] or using synchronous transfer mode [STM], e.g. SONET, SDH
    • H04J2203/0064—Admission Control
    • H04J2203/0067—Resource management and allocation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J2203/00—Aspects of optical multiplex systems other than those covered by H04J14/05 and H04J14/07
    • H04J2203/0001—Provisions for broadband connections in integrated services digital network using frames of the Optical Transport Network [OTN] or using synchronous transfer mode [STM], e.g. SONET, SDH
    • H04J2203/0073—Services, e.g. multimedia, GOS, QOS
    • H04J2203/0082—Interaction of SDH with non-ATM protocols
    • H04J2203/0085—Support of Ethernet

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)

Abstract

本发明提供一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法及装置，该方法具体为，结合输入时隙数量需求、输入时隙位置、最大时延限制、空闲时隙数量、空闲时隙位置，设计基于二元整数线性规划的双向时延对称和时延最小的时隙分配方法。可以满足单用户、多用户场景下，根据当前网络状态和用户需求灵活、快速、动态调整分配、部署网络时隙资源的目的，满足特殊业务如电力特种业务和继电保护业务对传输时延和时延双向对称性的要求。本发明能够实现时隙资源的灵活、快速、动态调整分配，并且能够显著提高网络传输性能。

Description

一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法及装置
技术领域
本发明涉及传输网络技术领域，尤其涉及一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法及装置。
背景技术
灵活以太网（Flexible Ethernet，FlexE）技术是在标准以太网技术基础上，为满足高速传送、带宽灵活配置等需求而发展的技术。灵活以太网技术引入垫层（Shim layer）作为插入传统以太网架构介质访问控制层与物理层中间的一个额外逻辑层，并通过基于时分复用的时隙分发机制实现灵活以太网技术的核心架构。
在灵活以太网中，许多应用服务都有较为严苛的实时通信需求。在基于时分复用的时隙分发机制中，时延指的是数据从信息源传输到接收端所需的时间。端到端的通道时延主要由通信光纤传送时延和通信设备处理时延这两部分构成。在电力传输网中，电力特种业务和继电保护业务对单向通道时延有严格的要求。同时，通信系统在为继电保护业务提供不对称通道时，继保信息在双向通道上的传输存在时延差，双向通道时延差是影响特种业务性能的另一个主要因素。
现有的基于时分复用的时隙分发机制中将通信光纤双向传送时延对称作为目标进行时隙分配，然而仅考虑了业务传输的路径选择产生的时延，忽视了通信设备内部时隙交叉产生的时延的双向对称性。
经过对现有技术的检索发现，上海交通大学在发明专利“高精度长距离分布式光纤时间传递方法与系统”（申请号201610781482.8）中提出了一种高精度长距离分布式光纤时间传递方法。该方法让双向时间信号通过同一路径来最大程度地保证主链路双向时延对称。然而该方法主要考虑了业务传输的多设备（中继）路径传送时延，没有针对通信设备内部时隙交叉产生的时延双向对称性进行设计，没有考虑针对输入时隙进行的时隙分配导致的时延问题，没有考虑多用户时隙分配的场景，同时没有考虑具体的用户数据输入时隙。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，面向灵活以太网中业务传输的双向时延对称性需求，提供一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法及装置，结合输入时隙数量需求、输入时隙位置、最大时延限制、空闲时隙数量、空闲时隙位置，设计全局最优的双向时延对称时隙分配方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法，包括如下步骤：
S1：获取当前灵活以太网的网络状态，包括正向传输方向和反向传输方向中当前时隙分配周期的总时隙数量、空闲时隙数量以及空闲时隙位置；
S2：获取时隙分配需求，包括正向传输方向中和反向传输方向中需要分配的时隙数量，以及每一对输入时隙分别在正向传输方向和反向传输方向中的当前时隙分配周期中的位置；
S3：为每一对输入时隙建立双向传输时延矩阵；
S4：为每一对输入时隙建立双向时延差值矩阵，所述双向时延差值矩阵中的第i行第j列的元素为：该输入时隙的正向传输时延矩阵的第i个元素与该输入时隙的反向传输时延矩阵的第j个元素的差值的绝对值；
S5：分别建立以下三个条件：输出时隙选择数量条件，即正反向传输方向中每个输入时隙必须且只能选择一个正向输出时隙和一个反向输出时隙；输出时隙位置线性排序不等式条件；最大时延限制条件，即在正反向传输方向中，为每个输入时隙分配的输出时隙所对应的时延必须小于等于最大时延要求；
S6：分别计算时延差值权重因子与双向时延差值的乘积、总时延权重因子与双向传输总时延的乘积，将两个乘积的和的最小化作为优化目标，将S5建立的条件作为约束条件，建立优化问题；
S7：利用求解器用分支定界法对S6所建立的优化问题进行求解，得到输出时隙分配结果；
S8：根据所述输出时隙分配结果分配输出时隙，更新当前灵活以太网的网络状态。
进一步地，所述步骤S3中，针对每一对输入时隙，分别在正向传输方向和反向传输方向计算将每一个当前时隙分配周期中的空闲时隙作为输出时隙时产生的时延，时延的计算方法如下：
当输出时隙在当前时隙分配周期中的位置大于等于输入时隙在当前时隙分配周期中的位置时，产生的时延等于输出时隙在当前时隙分配周期中的位置减去输入时隙在当前时隙分配周期中的位置；
当输出时隙在当前时隙分配周期中的位置小于输入时隙在当前时隙分配周期中的位置时，产生的时延等于当前时隙分配周期的总时隙数量减去输入时隙在当前时隙分配周期中的位置，再加上输出时隙在当前时隙分配周期中的位置。
进一步地，所述S5中，建立输出时隙位置线性排序不等式条件的具体子步骤如下：
S5a：将输入时隙按照在当前时隙分配周期中的位置从小到大进行排序；
S5b：建立输出时隙互不相等条件；
S5c：在S5a得到的排序中，依次选取排序相邻的两个输入时隙，并用在当前时隙分配周期中具有较大位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置减去在当前时隙分配周期中具有较小位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置，建立不等式，并判断其结果是否大于0；如果大于0，则大于0的不等式数量加1；如果小于0，则大于0的不等式的数量不改变；
同时，在S5a得到的排序中，用在当前时隙分配周期中具有最小位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置减去在当前时隙分配周期中具有最大位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置，建立不等式，并判断其结果是否大于0；如果大于0，则大于0的不等式数量加1，如果小于0，则大于0的不等式的数量不改变；
S5d：为每个需要判断其结果是否大于0的不等式引入一个二元变量y，并定义一个正整数M；
S5e：使每个需要判断其结果是否大于0的不等式满足小于等于M与y的乘积，且大于等于M与（y-1）的乘积；
S5f：所有二元变量y之和等于需要分配的时隙数量减去1。
进一步地，针对多用户分配的情况，采用每个用户依次执行上述步骤S1-S8，获得每个用户的双向时延差和时延最小的时隙分配最优解，从而保证单个用户在当前网络状态下的双向时延对称性，并提升算法运行效率；
或者将所有用户的时隙分配需求同时作为输入并执行上述步骤S1-S8，获得所有用户的双向时延差和时延最小的时隙分配最优解，从而提高系统整体双向时延对称性。
进一步地，所述S5中，建立输出时隙位置线性排序不等式条件时，限制最多有u个输入时隙在下一个时隙分配周期中输出，加快算法的运行效率；此时，建立输出时隙位置线性排序不等式条件的具体子步骤如下：
（1）将输入时隙按照在当前时隙分配周期中的位置从小到大进行排序；
（2）建立输出时隙互不相等条件；
（3）从步骤（1）得到的排序结果中位置较小的k-u个输入时隙中，其中k表示正反向传输方向中需要分配的时隙数量，依次选取排序相邻的两个输入时隙，并用在当前时隙分配周期中具有较大位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置减去在当前时隙分配周期中具有较小位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置，使差值满足大于等于0；
（4）从步骤（1）得到的排序结果中位置较大的u个输入时隙中依次选取排序相邻的两个输入时隙，并用在当前时隙分配周期中具有较大位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置减去在当前时隙分配周期中具有较小位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置，建立不等式，并判断其结果是否大于0；如果大于0，则大于0的不等式数量加1，如果小于0，则大于0的不等式的数量不改变；
同时，在步骤（1）得到的排序结果中，用在当前时隙分配周期中具有最小位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置减去在当前时隙分配周期中具有最大位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置，建立不等式，并判断其结果是否大于0。如果大于0，则大于0的不等式数量加1，如果小于0，则大于0的不等式的数量不改变；
（5）为每个需要判断其结果是否大于0的不等式引入一个二元变量y，并定义一个具有较大数值的正整数M；
（6）使每个需要判断其结果是否大于0的不等式满足小于等于M与y的乘积，且大于等于M与（y-1）的乘积；
（7）使所有二元变量y之和等于u。
进一步地，建立输出时隙互不相等条件的具体子步骤如下：
①：将输入时隙按照在当前时隙分配周期中的位置从小到大进行排序；
②：在步骤①得到的排序中依次选取排序相邻的两个输入时隙，建立函数，使其等于在当前时隙分配周期中具有较大位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置减去在当前时隙分配周期中具有较小位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置；
同时，在步骤①得到的排序中，选取在当前时隙分配周期中具有最小位置的输入时隙和具有最大位置的输入时隙，建立函数使其等于在当前时隙分配周期中具有最小位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置减去在当前时隙分配周期中具有最大位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置；
③：为步骤②建立的每个函数引入一个二元变量；
④：使步骤②建立的每个函数满足：，并且/>。
进一步地，所述双向时延差值矩阵的大小为正向传输方向中当前时隙分配周期中的空闲时隙数量乘以反向传输方向中当前时隙分配周期中的空闲时隙数量。
一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配装置，该装置用于实现灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法。
一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述电子设备执行时，使得所述电子设备实现灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法。
本发明的有益效果：
（1）本发明提供一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法及装置，可以满足单用户、多用户场景下，根据当前网络状态和用户需求灵活、快速、动态调整分配、部署网络时隙资源的目的，满足特殊业务如电力特种业务和继电保护业务对传输时延和时延双向对称性的要求。具体的，针对多用户分配的情况，可以依次为每个用户分配时隙资源，获得每个用户的双向时延差和时延最小的时隙分配最优解，该方法可以保证单个用户在当前网络状态下的双向时延对称性，并提升算法运行效率。也可以将所有用户的时隙分配需求同时进行时隙分配，获得所有用户的双向时延差和时延最小的时隙分配最优解，该方法可以提高系统整体双向时延对称性。
（2）本发明提供的灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法及装置复杂度低，并且能够通过限定输入时隙在下一个时隙分配周期中输出的数量，加快算法的运行效率，能够实现时隙资源的灵活、快速、动态调整分配，并且能够显著提高网络传输性能。
附图说明
图1是给输入时隙分配的输出时隙示意图。
图2是双向时延对称示意图。
图3是双向时延对称小颗粒时隙分配算法步骤框图。
图4是正向传输方向针对总数为480个时隙时，随机生成的300个空闲时隙的时隙位置分布图。
图5是反向传输方向针对总数为480个时隙时，随机生成的250个空闲时隙的时隙位置分布图。
图6是用户1在正向传输中的每个输入时隙与分配的输出时隙产生的时延示意图。
图7是用户1在反向传输中的每个输入时隙与分配的输出时隙产生的时延示意图。
图8是用户2在正向传输中的每个输入时隙与分配的输出时隙产生的时延示意图。
图9是用户2在反向传输中的每个输入时隙与分配的输出时隙产生的时延示意图。
图10是用户3在正向传输中的每个输入时隙与分配的输出时隙产生的时延示意图。
图11是用户3在反向传输中的每个输入时隙与分配的输出时隙产生的时延示意图。
图12是用户4在正向传输中的每个输入时隙与分配的输出时隙产生的时延示意图。
图13是用户4在反向传输中的每个输入时隙与分配的输出时隙产生的时延示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本实施例的灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法，包括以下步骤：
步骤1：获取当前灵活以太网的网络状态，包括正向传输方向中当前时隙分配周期的总时隙数量N、当前时隙分配周期中的空闲时隙数量m、当前时隙分配周期中的空闲时隙位置，其中Sa表示正向传输方向中当前时隙分配周期中的空闲时隙位置的集合；反向传输方向中当前时隙分配周期的总时隙数量N、当前时隙分配周期中的空闲时隙数量n、当前时隙分配周期中的空闲时隙位置/>，其中Sb表示反向传输方向中当前时隙分配周期中的空闲时隙位置的集合。
步骤2：获取时隙分配需求，包括正向传输方向中和反向传输方向中需要分配的时隙数量k，以及每一对输入时隙分别在正向传输方向和反向传输方向中的当前时隙分配周期中的位置，用表示正向传输方向中，输入时隙/>在整个时隙周期中的位置；用/>表示反向传输方向中，输入时隙/>在整个时隙周期中的位置。
步骤3：为每一对输入时隙建立双向传输时延矩阵。对于任意一对输入时隙Pi和输出时隙Qj而言，其时延可以用以下公示进行计算：
1）
loc(Pi)表示输入时隙Pi在整个时隙周期中的位置，loc(Qi)表示输出时隙Qi在整个时隙周期中的位置。即当输出时隙Qi的位置大于等于输入时隙Pi的位置时，输入时隙Pi可以在当前时隙周期内进行传输；当输出时隙Qi的位置小于输入时隙Pi的位置时，输入时隙Pi需要等候至下一个时隙周期进行传输。
用表示正向传输方向中，第z个输入时隙/>将第i个空闲时隙，/>作为输出时隙时，根据公式1）计算得到的时延的值。用/>表示反向传输方向中，第z个输入时隙/>将第j个空闲时隙/>，/>作为输出时隙时，根据公式1）计算得到的时延的值。
步骤4：为每一对输入时隙建立双向时延差值矩阵。用表示正向传输中第z个输入时隙/>与第i个输出时隙/>的时延/>和反向传输中第z个输入时隙/>与第j个输出时隙/>的时延/>的差值的绝对值，即/>。
步骤5：分别建立输出时隙选择数量条件、输出时隙位置线性排序不等式条件、最大时延限制条件。
（1）建立输出时隙选择数量条件。
用二元变量表示正反向传输方向中的第z个输入时隙对空闲时隙的选择，即表示正向传输方向中的第z个输入时隙/>选择第i个空闲时隙/>作为输出时隙，反向传输方向中的第z个输入时隙/>选择第j个空闲时隙/>作为输出时隙。/>需满足以下条件：
2）
即正反向传输方向中每个输入时隙z必须且只能选择一个正向输出时隙和一个反向输出时隙。
（2）建立输出时隙位置排序条件。
一般情况下，输入时隙所对应的输出时隙需满足以下条件：
3）
4）
条件3）为正向传输方向中的输出时隙位置排序条件，条件4）为反向传输方向中的输出时隙位置排序条件。即在整个时隙周期中的位置较大的输入时隙所对应的输出时隙在当前时隙周期中的位置需大于在整个时隙周期中的位置较小的输入时隙所对应的输出时隙在当前时隙周期中的位置。然而，如图1所示，存在输入时隙无法在当前时隙周期中传输，而需等待至下一个时隙周期中进行传输的情况。在该情况下，上述条件3）、4）无法满足。
因此，以x1、x2、x3、x4四个输入时隙为例（其中四个输入时隙在当前时隙周期中的位置为x1<x2<x3<x4），所对应的输出时隙分别在当前时隙周期中的位置为y1、y2、y3、y4，输出时隙需满足以下任意一种条件：
a) 所有输入时隙在当前时隙周期传输
y1<y2<y3<y4
b) 3个输入时隙在当前时隙周期传输，1个输入时隙在下一个时隙周期传输
y4<y1<y2<y3
c) 2个输入时隙在当前时隙周期传输，2个输入时隙在下一个时隙周期传输
y3<y4<y1<y2
d) 1个输入时隙在当前时隙周期传输，3个输入时隙在下一个时隙周期传输
y2<y3<y4<y1
将输出时隙位置排序条件进一步转化为排序不等式条件。
从上述例子可知，y2-y1、y3-y2、y4-y3、y1-y4需满足3项大于0，1项小于0。定义以下函数
因此，上述公式3）可以转变为
5）
6）
相同的，上述公式4）可以转变为
7）
8）
在大多数情况下，用户的输入时隙需在当前时隙分配周期中的输出时隙进行传输以满足双向时延差和时延最小的条件。因此，可以限制正向传输方向中最多有ua个输入时隙在下一个时隙分配周期中输出，加快算法的运行效率。则上述公式5）-6）需变为9）-11）：
9）
10）
11）
相同的，可以限制反向传输方向中最多有ub个输入时隙在下一个时隙分配周期中输出，加快算法的运行效率。则上述公式7）-8）需变为12）-14）：
12）
13）
14）
输出时隙还需满足互不相等条件。以输出时隙在当前时隙周期中的位置ya、yb为例，需满足。引入二元变量/>，ya、yb需满足以下限定条件：
15）
当时，1-M≤ya-yb≤-1；当/>时，1≤ya-yb≤M-1。由于M为具有较大数值的正整数，且当/>时，ya和yb的时隙差值的绝对值一定大于等于1，因此当ya、yb满足限制条件15）的时候，即满足/>。
结合上述分析，引入二元变量，正向传输方向中的输出时隙互不相等条件可以表示为以下条件：
16）
17）
18）
19）
20）
引入二元变量，反向传输方向中的输出时隙互不相等条件可以表示为以下条件：
21）
22）
23）
24）
25）
因排序不等式为非线性不等式，因此，将排序不等式条件进一步转化为线性排序不等式条件。此处以不限制正反向传输方向中输入时隙在下一个时隙分配周期中输出的数量为例。以输出时隙在当前时隙周期中的位置ya、yb为例，函数为非线性函数，无法用整数线性规划的方法进行求解。引入二元变量/>，M为具有较大数值的正整数，ya、yb需满足以下限定条件：
26）
根据限定条件26），当ya-yb>0时，y=1；当ya-yb<0时，y=0。而根据步骤7中的输出时隙互不相等条件，满足。
根据上述分析，引入二元变量，上述公式5）-6）可以变为公式27）-32）：
27）
28）
29）
30）
31）
32）
引入二元变量，上述公式7）- 8）可以变为公式33）-38）：
33）
34）
35）
36）
37）
38）
（3）建立最大时延限制条件。
即在正反向传输方向中，为每个输入时隙分配的输出时隙所对应的时延必须小于等于最大时延要求，用Dmax表示最大时延限制，则需满足以下条件：
39）
40）
步骤6：分别计算时延差值权重因子与双向时延差值的乘积、总时延权重因子与双向传输总时延的乘积，将两个乘积的和的最小化作为优化目标，将输出时隙选择数量条件、线性排序不等式条件、最大时延限制条件作为约束条件，建立二元整数线性规划数学优化模型P1。优化模型P1的目标函数可以表示为：
其中/>表示每对正反向传输时隙的时延的差值的绝对值的总和，/>为常数，表示时延差值权重因子，/>表示正反向传输时隙的时延的总和，/>为常数，表示总时延权重因子。优化模型P1的限制条件为上述条件2）、16）- 25）、27）- 40）。
步骤7：利用Mosek、Gurobi等求解器用分支定界法对所建立的二元整数线性规划数学优化模型P1进行求解，得到输出时隙分配结果。
步骤8：根据输出时隙分配结果分配输出时隙，更新当前灵活以太网的网络状态，包括正向传输方向中当前时隙分配周期的总时隙数量N、当前时隙分配周期中的空闲时隙数量m、当前时隙分配周期中的空闲时隙位置；反向传输方向中当前时隙分配周期的总时隙数量N、当前时隙分配周期中的空闲时隙数量n、当前时隙分配周期中的空闲时隙位置/>。
图2是双向时延对称示意图，输出时隙分配的目的是使得正向传输的时延1到时延k分别尽可能等于反向传输的时延1到时延k，并且使得正反向传输的时延1到时延k之和尽可能小。
整个双向时延对称小颗粒时隙分配方法步骤框图如图3所示。
设定正反向传输中每个时隙周期的总时隙数量都为480，其中正向传输方向随机 生成300个空闲时隙，如图4所示；反向传输方向随机生成250个空闲时隙，如图5所示。设定 权重因子的值为1，权重因子的值为0.01，即时隙分配需更优先满足双向时延对称，在 此基础上最小化正反向传输的时延之和。其中需要给4个用户分配时隙，每个用户的输入时 隙数量进行从大到小排列分别为：20、15、10、5个时隙。另外，每个用户随机产生1到480的相 应时隙数量的输入时隙，具体如下：
a）正向传输方向
用户1的输入时隙为：1 37 76 111 174 193 216 244 294 305 311 330 352 384398 410 413 422 425 456
用户2的输入时隙为：17 21 49 183 204 218 220 285 305 310 315 353 367376 444
用户3的输入时隙为：19 33 103 183 220 263 282 303 371 389
用户4的输入时隙为：69 216 254 314 324
b）反向传输方向
用户1的输入时隙为：1 9 11 47 161 174 209 217 256 261 290 301 316 359366 374 388 408 415 450
用户2的输入时隙为：2 51 53 61 74 89 100 162 201 238 250 279 304 348420
用户3的输入时隙为：3 88 91 96 255 321 336 371 419 459
用户4的输入时隙为：130 153 172 325 367
图6与图7分别是用户1在正、反向传输中的每个输入时隙与分配的输出时隙产生的时延示意图。图8与图9分别是用户2在正、反向传输中的每个输入时隙与分配的输出时隙产生的时延示意图。图10与图11分别是用户3在正、反向传输中的每个输入时隙与分配的输出时隙产生的时延示意图。图12与图13分别是用户4在正、反向传输中的每个输入时隙与分配的输出时隙产生的时延示意图。图6至图13中连接输入时隙和输出时隙的边上的数值表示该输入时隙与输出时隙对应所产生的时延。图中的结果表明，所提出的双向时延对称小颗粒时隙分配方法能够满足不同用户在正向传输和反向传输中产生的双向时延对称性，同时能够满足时延最小的设计要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：获取当前灵活以太网的网络状态，包括正向传输方向和反向传输方向中当前时隙分配周期的总时隙数量、空闲时隙数量以及空闲时隙位置；
S2：获取时隙分配需求，包括正向传输方向中和反向传输方向中需要分配的时隙数量，以及每一对输入时隙分别在正向传输方向和反向传输方向中的当前时隙分配周期中的位置；
S3：为每一对输入时隙建立双向传输时延矩阵；
S4：为每一对输入时隙建立双向时延差值矩阵，所述双向时延差值矩阵中的第i行第j列的元素为：该输入时隙的正向传输时延矩阵的第i个元素与该输入时隙的反向传输时延矩阵的第j个元素的差值的绝对值；
S5：分别建立以下三个条件：输出时隙选择数量条件，即正反向传输方向中每个输入时隙必须且只能选择一个正向输出时隙和一个反向输出时隙；输出时隙位置线性排序不等式条件；最大时延限制条件，即在正反向传输方向中，为每个输入时隙分配的输出时隙所对应的时延必须小于等于最大时延要求；
S6：分别计算时延差值权重因子与双向时延差值的乘积、总时延权重因子与双向传输总时延的乘积，将两个乘积的和的最小化作为优化目标，将S5建立的条件作为约束条件，建立优化问题；
S7：利用求解器用分支定界法对S6所建立的优化问题进行求解，得到输出时隙分配结果；
S8：根据所述输出时隙分配结果分配输出时隙，更新当前灵活以太网的网络状态；
针对多用户分配的情况，采用每个用户依次执行上述步骤S1-S8，获得每个用户的双向时延差和时延最小的时隙分配最优解，从而保证单个用户在当前网络状态下的双向时延对称性，并提升算法运行效率；
或者将所有用户的时隙分配需求同时作为输入并执行上述步骤S1-S8，获得所有用户的双向时延差和时延最小的时隙分配最优解，从而提高系统整体双向时延对称性。
2.根据权利要求1所述的灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法，其特征在于：所述步骤S3中，针对每一对输入时隙，分别在正向传输方向和反向传输方向计算将每一个当前时隙分配周期中的空闲时隙作为输出时隙时产生的时延，时延的计算方法如下：
当输出时隙在当前时隙分配周期中的位置大于等于输入时隙在当前时隙分配周期中的位置时，产生的时延等于输出时隙在当前时隙分配周期中的位置减去输入时隙在当前时隙分配周期中的位置；
当输出时隙在当前时隙分配周期中的位置小于输入时隙在当前时隙分配周期中的位置时，产生的时延等于当前时隙分配周期的总时隙数量减去输入时隙在当前时隙分配周期中的位置，再加上输出时隙在当前时隙分配周期中的位置。
3.根据权利要求1所述的灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法，其特征在于：所述S5中，建立输出时隙位置线性排序不等式条件的具体子步骤如下：
S5a：将输入时隙按照在当前时隙分配周期中的位置从小到大进行排序；
S5b：建立输出时隙互不相等条件；
S5c：在S5a得到的排序中，依次选取排序相邻的两个输入时隙，并用在当前时隙分配周期中具有较大位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置减去在当前时隙分配周期中具有较小位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置，建立不等式，并判断其结果是否大于0；如果大于0，则大于0的不等式数量加1；如果小于0，则大于0的不等式的数量不改变；
同时，在S5a得到的排序中，用在当前时隙分配周期中具有最小位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置减去在当前时隙分配周期中具有最大位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置，建立不等式，并判断其结果是否大于0；如果大于0，则大于0的不等式数量加1，如果小于0，则大于0的不等式的数量不改变；
S5d：为每个需要判断其结果是否大于0的不等式引入一个二元变量y，并定义一个正整数M；
S5e：使每个需要判断其结果是否大于0的不等式满足小于等于M与y的乘积，且大于等于M与（y-1）的乘积；
S5f：所有二元变量y之和等于需要分配的时隙数量减去1。
4.根据权利要求1所述的灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法，其特征在于：
所述S5中，建立输出时隙位置线性排序不等式条件时，限制最多有u个输入时隙在下一个时隙分配周期中输出，加快算法的运行效率；此时，建立输出时隙位置线性排序不等式条件的具体子步骤如下：
（1）将输入时隙按照在当前时隙分配周期中的位置从小到大进行排序；
（2）建立输出时隙互不相等条件；
（3）从步骤（1）得到的排序结果中位置较小的k-u个输入时隙中，其中k表示正反向传输方向中需要分配的时隙数量，依次选取排序相邻的两个输入时隙，并用在当前时隙分配周期中具有较大位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置减去在当前时隙分配周期中具有较小位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置，使差值满足大于等于0；
（4）从步骤（1）得到的排序结果中位置较大的u个输入时隙中依次选取排序相邻的两个输入时隙，并用在当前时隙分配周期中具有较大位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置减去在当前时隙分配周期中具有较小位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置，建立不等式，并判断其结果是否大于0；如果大于0，则大于0的不等式数量加1，如果小于0，则大于0的不等式的数量不改变；
同时，在步骤（1）得到的排序结果中，用在当前时隙分配周期中具有最小位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置减去在当前时隙分配周期中具有最大位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置，建立不等式，并判断其结果是否大于0；如果大于0，则大于0的不等式数量加1，如果小于0，则大于0的不等式的数量不改变；
（5）为每个需要判断其结果是否大于0的不等式引入一个二元变量y，并定义一个具有较大数值的正整数M；
（6）使每个需要判断其结果是否大于0的不等式满足小于等于M与y的乘积，且大于等于M与（y-1）的乘积；
（7）使所有二元变量y之和等于u。
5.根据权利要求3或4所述的灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法，其特征在于：建立输出时隙互不相等条件的具体子步骤如下：
①：将输入时隙按照在当前时隙分配周期中的位置从小到大进行排序；
②：在步骤①得到的排序中依次选取排序相邻的两个输入时隙，建立函数，使其等于在当前时隙分配周期中具有较大位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置减去在当前时隙分配周期中具有较小位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置；
同时，在步骤①得到的排序中，选取在当前时隙分配周期中具有最小位置的输入时隙和具有最大位置的输入时隙，建立函数使其等于在当前时隙分配周期中具有最小位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置减去在当前时隙分配周期中具有最大位置的输入时隙所对应的输出时隙在时隙分配周期中的位置；
③：为步骤②建立的每个函数引入一个二元变量；
④：使步骤②建立的每个函数满足：≥，并且≤/>。
6.根据权利要求1所述的灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法，其特征在于：所述双向时延差值矩阵的大小为正向传输方向中当前时隙分配周期中的空闲时隙数量乘以反向传输方向中当前时隙分配周期中的空闲时隙数量。
7.一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配装置，其特征在于，该装置用于实现权利要求1~6中任意一项所述的灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述电子设备执行时，使得所述电子设备实现如权利要求1~6中任意一项所述的灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现如权利要求1~6中任意一项所述的灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法。
CN202311238520.1A 2023-09-25 2023-09-25 一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法及装置 Active CN116996198B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311238520.1A CN116996198B (zh) 2023-09-25 2023-09-25 一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311238520.1A CN116996198B (zh) 2023-09-25 2023-09-25 一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116996198A CN116996198A (zh) 2023-11-03
CN116996198B true CN116996198B (zh) 2023-12-19

Family

ID=88521594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311238520.1A Active CN116996198B (zh) 2023-09-25 2023-09-25 一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116996198B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106357336A (zh) * 2016-08-31 2017-01-25 上海交通大学 高精度长距离分布式光纤时间传递方法与系统
WO2020233313A1 (zh) * 2019-05-20 2020-11-26 中兴通讯股份有限公司 端到端业务的时延调整方法及装置、存储介质和电子装置
WO2022183875A1 (zh) * 2021-03-05 2022-09-09 华为技术有限公司 确定传输时隙的方法和相关装置
CN115103450A (zh) * 2022-08-24 2022-09-23 中国信息通信研究院 一种多业务时隙分配方法和设备
CN115499085A (zh) * 2022-11-17 2022-12-20 之江实验室 一种灵活以太网小颗粒时隙分配方法及装置
WO2023004898A1 (zh) * 2021-07-27 2023-02-02 南京中网卫星通信股份有限公司 一种基于路由调度与联合优化的时延确定性传输方法
WO2023024219A1 (zh) * 2021-08-24 2023-03-02 苏州大学 云边协同网络中时延和频谱占用联合优化方法及系统
WO2023030336A1 (zh) * 2021-09-01 2023-03-09 中兴通讯股份有限公司 数据传输方法、tsn节点和计算机可读存储介质
CN116055021A (zh) * 2023-03-31 2023-05-02 之江实验室 一种多用户灵活以太网小颗粒时隙分配方法及装置
CN116156512A (zh) * 2021-11-18 2023-05-23 中兴通讯股份有限公司 通道配置方法及装置、时隙配置方法、设备及介质
CN116366572A (zh) * 2023-03-15 2023-06-30 武汉烽火技术服务有限公司 一种面向spn小颗粒的集中式时隙分配方法和装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112636883A (zh) * 2019-09-24 2021-04-09 华为技术有限公司 业务处理方法、装置及存储介质

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106357336A (zh) * 2016-08-31 2017-01-25 上海交通大学 高精度长距离分布式光纤时间传递方法与系统
WO2020233313A1 (zh) * 2019-05-20 2020-11-26 中兴通讯股份有限公司 端到端业务的时延调整方法及装置、存储介质和电子装置
WO2022183875A1 (zh) * 2021-03-05 2022-09-09 华为技术有限公司 确定传输时隙的方法和相关装置
WO2023004898A1 (zh) * 2021-07-27 2023-02-02 南京中网卫星通信股份有限公司 一种基于路由调度与联合优化的时延确定性传输方法
WO2023024219A1 (zh) * 2021-08-24 2023-03-02 苏州大学 云边协同网络中时延和频谱占用联合优化方法及系统
WO2023030336A1 (zh) * 2021-09-01 2023-03-09 中兴通讯股份有限公司 数据传输方法、tsn节点和计算机可读存储介质
CN116156512A (zh) * 2021-11-18 2023-05-23 中兴通讯股份有限公司 通道配置方法及装置、时隙配置方法、设备及介质
CN115103450A (zh) * 2022-08-24 2022-09-23 中国信息通信研究院 一种多业务时隙分配方法和设备
CN115499085A (zh) * 2022-11-17 2022-12-20 之江实验室 一种灵活以太网小颗粒时隙分配方法及装置
CN116366572A (zh) * 2023-03-15 2023-06-30 武汉烽火技术服务有限公司 一种面向spn小颗粒的集中式时隙分配方法和装置
CN116055021A (zh) * 2023-03-31 2023-05-02 之江实验室 一种多用户灵活以太网小颗粒时隙分配方法及装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于FlexE技术的电力数据通信网小颗粒切片调度机制研究;华纬韬等;《电力信息与通信技术》;全文 *
定向通信网络资源分配算法设计及仿真;李莹;李婥;;中国新通信(第03期);全文 *
带缓存的云接入网络中最小化传输时延设计;孙远;李春国;华梦;黄永明;杨绿溪;;信号处理(第03期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116996198A (zh) 2023-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5455825A (en) Tag-based scheduling system for digital communication switch
Kaufman Blocking in a shared resource environment
Weller et al. Scheduling nonuniform traffic in a packet-switching system with small propagation delay
Giacopelli et al. Sunshine: A high performance self-routing broadband packet switch architecture
Callegati et al. Exploitation of DWDM for optical packet switching with quality of service guarantees
EP0637153A1 (en) Method and apparatus for an automatic decomposition of a network topology into a backbone and subareas
US20020156918A1 (en) Dynamic path selection with in-order delivery within sequence in a communication network
Zhao et al. A unified modeling framework for distributed resource allocation of general fork and join processing networks
US7693421B2 (en) Optical packet buffering device and method
US6804255B1 (en) Hardware implementation of channel scheduling algorithms for optical routers with FDL buffers
US6836475B2 (en) Method and apparatus for traffic shaping for IP router queues/egress
CN116996198B (zh) 一种灵活以太网双向时延对称小颗粒时隙分配方法及装置
CN105812063A (zh) 基于统计复用的光片上网络系统及通信方法
Shen et al. Efficient fault-tolerant routing in multihop optical WDM networks
Chen et al. Optimized parallel transmission in otn/wdm networks to support high-speed ethernet with multiple lane distribution
Vargaftik et al. Composite-path switching
US20090022160A1 (en) Low-latency scheduling in large switches
Chlamtac et al. Design alternatives of asynchronous WDM star networks
Todd et al. Performance modeling of the SIGnet MAN backbone
Larhlimi et al. Neural Best Fit Void Filling Scheduler in fixed time for optical burst switching
US20060132481A1 (en) Digital image processor
Lane et al. Batching and scheduling in FMS hubs: flow time considerations
CN104821921B (zh) 一种基于人工势场法的异构众核任务调度的路由方法
US7167485B2 (en) Method and apparatus for scheduling packetized data flows in a calendar-based arbitration scheme
Youn et al. On multistage interconnection networks with small clock cycles

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant