CN117081977B - 一种异构多跳通信网络传送调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异构多跳通信网络传送调度系统，包括：业务感知模块，用于接收来自上层不同业务系统的业务数据，并自动识别业务数据的业务类型，得到所需的传输带宽、传输时延和传输丢包率的权重；链路感知模块，用于接收全网拓扑和链路参数值；自适应传送调度模块，用于根据所述全网拓扑和链路参数值，计算得到每一种传送调度策略下的综合服务质量值，并依据所述综合服务质量值，选择所述综合服务质量值最大的传送调度策略作为所述业务数据的实际传送方式。本发明针对异构多跳通信网络环境，通过业务感知、自适应传送调度、链路感知等模块的分工协作，在源端和目的端之间自适应选择最优的传送方式与传送路径，从而有效提升业务数据传送效率。

Description

一种异构多跳通信网络传送调度系统

技术领域

本发明涉及通信与信息系统技术领域，更具体地，涉及一种异构多跳通信网络传送调度系统。

背景技术

随着通信技术的不断发展，卫星、微波、超短波、水声、光等无线通信手段的传输性能得到了显著提高。但由于受限于单一无线通信手段在传输带宽、时延、可靠性方面的限制，制约了通信覆盖范围和数据传输能力，进而影响了任务执行效能。为此，采用多手段综合互连技术构建异构多跳通信网络，以拓展通信距离、提高传输可靠性的运用方式应运而生。异构多跳通信网络可综合运用各种无线通信手段的传输优势，提升了网络资源利用率，但同时其面临的技术困难和挑战也更大：一是不同业务的传输特性要求不同。异构多跳通信网络需要支持话音、视频、数据等不同的业务类型，各类业务在带宽、时延、丢包率等方面的传输特性要求各不相同。比如电子邮件、HTTP访问等业务对丢包率有很严格的要求，数据必须可靠传输，不允许出现错误；话音、视频等业务可以容忍一定的丢包率，但对时延要求较高；文件传输、下载等业务对带宽有较高的要求。二是面向业务传输特性要求的传送调度技术复杂。在异构多跳通信网络中，源端和目的端之间往往存在多条端到端传送路径，且各条端到端传送路径在带宽、时延、丢包率等方面的传输能力存在一定差异。如果采用固定的、单一的传送方式与传送路径将无法满足不同业务的传输特性要求，且极易导致网络资源无法得到充分利用，使得有的传送路径过载运行，而有的传送路径则处于空闲状态。

因此，为满足不同业务更为细致的传输特性要求，需要针对异构多跳通信网络环境，设计自适应数据传送调度系统及方法，在源端与目的端之间的多条传送路径中自适应选择最优的传送方式与传送路径，从而实现业务传输特性需求与异构多跳通信网络传输能力的有机适配，以有效提升业务数据传送效率。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种异构多跳通信网络传送调度系统，针对异构多跳通信网络环境，通过业务感知、自适应传送调度、链路感知等模块的分工协作，采用异构多跳传送路径端到端传输参数计算、各种传送调度策略下综合传输参数计算、面向业务传输特性要求的传送调度等步骤，在源端和目的端之间自适应选择最优的传送方式与传送路径，从而有效提升业务数据传送效率。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种异构多跳通信网络传送调度系统，包括：

业务感知模块，用于接收来自上层不同业务系统的业务数据，并自动识别数据的业务类型；所述业务感知模块还用于获取所述业务数据传输所需的传输带宽、传输时延和传输丢包率的权重；

链路感知模块，用于接收来自无线通信手段上报的可达节点、链路状态等信息，经全网状态同步，得到全网拓扑和链路参数值；所述参数值包括节点间单跳链路的带宽、时延和丢包率；

自适应传送调度模块，用于根据所述全网拓扑和链路参数值，计算得到每一种传送调度策略下的综合服务质量值，并依据所述综合服务质量值，选择所述综合服务质量值最大的传送调度策略作为所述业务数据的实际传送方式。

作为本发明的一种优选方案，所述自适应传送调度模块包括多跳传送路径端到端传输参数计算模块、综合传输参数计算模块和传送调度方式确定模块；其中，

所述多跳传送路径端到端传输参数计算模块，用于根据每条从源端到目的端的多跳传送路径上的单跳链路的带宽、时延、丢包率，计算多跳传送路径端到端的传输带宽、传输时延和传输丢包率；

所述综合传输参数计算模块，依据所述多跳传送路径端到端的传输带宽、传输时延和传输丢包率，计算每一种传送调度策略下的综合传输带宽、综合传输时延和综合传输丢包率；其中，所述传送调度策略包括固定调度方式下的传送调度策略、分摊调度方式下的传送调度策略和冗余调度方式下的传送调度策略；

所述传送调度方式确定模块，用于将每一种传输调度策略下的综合传输带宽、综合传输时延和综合传输丢包率归一化计算，并结合所述业务感知模块获取的当前业务数据的传输带宽、传输时延和传输丢包率的权重，计算每一种传输调度策略的综合服务质量值，选择所述综合服务质量值最大的传输调度策略为该业务的最终实际传送方式。

作为本发明的一种优选方案，所述多跳传送路径端到端的传输带宽，表示为该传送路径上所有单跳链路传输带宽的最小值。

作为本发明的一种优选方案，所述多跳传送路径端到端传输时延，表示为该传送路径上所有单跳链路传输时延的和。

作为本发明的一种优选方案，所述多跳传送路径端到端传输丢包率，该传送路径上所有单跳链路传输丢包率的累积。

作为本发明的一种优选方案，所述固定调度方式下的传送调度策略，其综合传输带宽、综合传输时延和综合传输丢包率分别是对应的传送路径的端到端传输带宽、传输时延和传输丢包率。

作为本发明的一种优选方案，所述分摊调度方式下的传送调度策略，其综合传输带宽为该传送调度策略下所有传送路径的传输带宽之和，其综合传输时延为该传送调度策略下所有传送路径的传输时延的最大值，其综合传输丢包率为该传送调度策略下所有传送路径的传输丢包率的加权求和。

作为本发明的一种优选方案，所述冗余调度方式下的传送调度策略，其综合传输带宽为该传送调度策略下所有传送路径的传输带宽的最小值，其综合传输时延为该传送调度策略下传送路径的传输时延的最大值，其综合传输丢包率是该传送调度策略下传送路径的传输丢包率的积。

作为本发明的一种优选方案，所述综合传输带宽的归一化计算，是该传送调度策略下的综合传输带宽与所有传送调度策略下的综合传输带宽的最大值之比；

所述综合传输时延的归一化计算，是1减去该传送调度策略下的综合传输时延与所有传送调度策略下的综合传输时延的最大值之比所获得的差值；

所述综合传输丢包率的归一化计算，是1减去该传送调度策略下的综合传输丢包率与所有传送调度策略下的综合传输丢包率的最大值之比所获得的差值。

作为本发明的一种优选方案，所述综合服务质量值，是所述业务数据类型下的传输带宽、传输时延和传输丢包率的权重，与该传送调度策略下归一化后的综合传输带宽、综合传输时延和综合传输丢包率的加权求和的值；

选择综合服务质量值最大的传送调度策略，作为面向该业务类型的传送调度策略。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明提供的一种异构多跳通信网络传送调度系统，针对异构多跳通信网络环境，通过业务感知、自适应传送调度、链路感知等模块的分工协作，采用异构多跳传送路径端到端传输参数计算、各种传送调度策略下综合传输参数计算、面向业务传输特性要求的传送调度等步骤，在源端和目的端之间自适应选择最优的传送方式与传送路径，从而有效提升业务数据传送效率。。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种异构多跳通信网络传送调度系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的多跳传送链路示意图；

图3为本发明实施例提供的自适应传送调度模块处理步骤示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

作为本发明的第一个实施例，提供了一种异构多跳通信网络传送调度系统。系统组成包括业务感知模块、链路感知模块和自适应传送调度模块。

其中，业务感知模块接收来自上层不同业务系统的各类业务数据，并采用基于端口的业务感知、基于深度包检测的业务感知或基于深度流检测的业务感知等技术识别业务数据类型。在此基础上，根据不同业务数据对带宽、时延、丢包率等传输要求敏感程度的不同，对该业务赋予相应的传输所需的带宽权重/>、时延权重/>和可靠性权重/>。/>、、/>取值关系为：

。

链路感知模块接收来自卫星、微波、超短波、水声、光等无线通信手段上报的可达节点、链路状态等信息，并经全网状态同步，得到全网拓扑以及通过单跳（单一手段）可达节点之间的链路带宽、时延和丢包率等链路参数值，节点、/>之间的单跳链路的带宽、时延、丢包率分别记为/>、/>、/>。

自适应传送调度模块根据链路感知模块获知的全网拓扑及单跳链路参数值，计算得到每一种传送调度策略下的综合传输参数值。在此基础上，结合业务感知模块获知的传输特性要求，通过综合传输参数值的加权求和得到该传送调度策略下针对该业务特性要求的综合服务质量值。最后，选择使得综合服务质量值/>最大的传送调度策略为该业务的最终实际传送方式。

自适应传送调度模块包括多跳传送路径端到端传输参数计算模块、综合传输参数计算模块和传送调度方式确定模块。

其中，多跳传送路径端到端传输参数计算模块，用于异构多跳传送路径端到端传输参数计算。对于每条从源端到目的端的多跳传送路径，根据其传送路径上的单跳链路的带宽、时延、丢包率，计算得到端到端传输带宽、时延、丢包率等传输参数。为方便描述，假定第条端到端传送路径上经过的中间节点依次为/>、/>、....../>。

多跳传送路径端到端传输带宽的取值为该传送路径上所有单跳链路传输带宽的最小值，第条传送路径端到端传输带宽记为记为/>，其中src表示起点，dst表示终点，其计算公式为：

。

多跳传送路径端到端传输时延的取值为该传送路径上所有单跳链路传输时延的和，第条传送路径端到端传输时延记为/>，其计算公式为：

。

多跳传送路径端到端传输丢包率的取值为该传送路径上所有单跳链路传输丢包率的累积，第条传送路径端到端传输丢包率记为/>，其计算公式为：

。

综合传输参数计算模块，用于各种传送调度策略下综合传输参数计算。业务数据从源端到目的端，可采用固定、分摊、冗余三种调度方式进行传送。根据调度方式与多跳传送路径的组合，可以得到所有的传送调度策略。对于每一种传送调度策略，根据传送路径端到端传输参数分别计算其综合传输带宽、时延、丢包率等传输参数。

固定调度方式是指从多条传送路径中固定选择一条传送路径进行数据传送，其综合传输带宽、时延、丢包率就是选择的那条传送路径的端到端传输带宽、时延、丢包率。固定选择第条传送路径的综合传输带宽、时延、丢包率记为/> 、 、/>，其计算公式为：

。

分摊调度方式是指从所有的传送路径中选择两条或多条传送路径，将业务数据的不同部分分摊到这些传送路径上进行数据传送。接收端从多条传送路径中接收业务数据的不同部分，并进行排序、合包得到完整的业务数据。对于分摊调度方式，根据选择的传送路径的不同得到不同的传送调度策略。针对每一种传送调度策略，根据选择的各条传送路径的传输参数求得该调度策略的综合传输参数。

对于分摊调度方式，其综合传输带宽为所选所有传送路径的传输带宽之和，其综合传输时延为所选所有传送路径的传输时延的最大值，其综合传输丢包率为所选所有传送路径的传输丢包率的加权求和。分摊选择第m、n、...多条传送路径的综合传输带宽记为、/>、/>，计算公式为：

。

冗余调度方式是指将一份业务数据复制多份，并从所有的传送路径中选择两条或多条传送路径，将复制的多份数据从选择的传送路径中同时传送出去，在接收端只需要从一条传送路径中正确接收数据，就认为接收成功。对于冗余调度方式，可根据选择的传送路径的不同得到不同的传送调度策略。针对每一种传送调度策略，可根据选择的各条传送路径的传输参数求得该调度策略的综合传输参数。

对于冗余调度方式，其综合传输带宽为所选所有传送路径的传输带宽的最小值，其综合传输时延为所选传送路径的传输时延的最大值，其综合传输丢包率是所选传送路径的传输丢包率的积。冗余选择第m、n、...多条传送路径的综合传输带宽记为、/>、/>，计算公式为：

。

传送调度方式确定模块，用于在求得固定、分摊、冗余三种调度方式下各种传送调度策略的综合传输参数后，通过综合传输参数归一化、综合服务质量计算、最终传送策略选定等计算处理，得到最终实际的传送调度方式。

为实现带宽、时延、丢包率等传输参数的统一量纲，对求得的各种传送调度策略下的综合传输参数进行归一化处理，得到归一化的带宽服务质量、时延服务质量、可靠性服务质量，分别记为、/>、/>，其中,/>为不同传送调度策略对应的传送路径。/>、/>、/>计算公式为：

。

根据业务对带宽、时延和丢包率的特性要求权重、/>、/>，对各种传送调度策略归一化后的带宽、时延、可靠性服务质量进行加权求和，得到该传送调度策略面向该业务传输特性要求的综合服务质量/>，计算公式为：

。

对求得的每一种传送调度策略下的综合服务质量进行比较，选择使得综合服务质量值最大的传送调度策略为实际最终的传送策略，从而确定传送方式（固定、分摊或冗余）和传送路径。

作为本发明的第二个实施例，提供了一种具体应用场景下，应用如前一实施例中的异构多跳通信网络传送调度系统，计算得到最终的传送策略的方法。

以图2所示的源端到目的端/>的传送路径为例，图中，源端/>上链路感知模块获知全网拓扑，以及各单跳链路参数值，如单跳链路/>的带宽、时延、丢包率分别记为、/>和/>，其他链路参数值标记类似。

从源端到目的端/>共有三条端到端传送路径，分别为/>（第1条）、（第2条）、/>（第3条）。根据上式，可得每条传送路径的端到端传输带宽为：

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每条传送路径的端到端传输时延为：

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每条传送路径的端到端传输丢包率为：

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根据选择传送路径的不同，固定调度方式存在三种不同调度策略，即分别固定选择：第1条传送路径、第2条传送路径、第3条传送路径。根据上式，可得固定方式三种调度策略的综合传输参数为：

；

；

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根据选择传送路径的不同，分摊调度方式存在四种不同调度策略，即分别为同时选择：第1条+第2条传送路径、第2条+第3条传送路径、第1条+第3条传送路径、第1条+第2条+第三条传送路径。根据上式，四种调度策略的综合传输参数为：

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根据选择传送路径的不同，冗余调度方式存在四种不同调度策略，即分别为同时选择：第1条+第2条传送路径、第2条+第3条传送路径、第1条+第3条传送路径、第1条+第2条+第三条传送路径。根据上式，四种调度策略的综合传输参数为：

；

；

；

。

在该实施例中，共有10种传送调度策略，其中，固定调度方式3种、分摊调度方式4种、冗余调度方式4种。对于每一种传送调度策略，分别计算其归一化的带宽、时延、可靠性服务质量。根据上式，固定方式下选择第1条路径的传送调度策略的归一化带宽、时延、可靠性服务质量为：

。

同理，可求得其他传送调度策略下的归一化参数。

在该实施例中，固定方式下选择第1条路径的传送调度策略的综合服务质量为：

同理，可求得其他传送调度策略下的综合服务质量。

对求得的每一种传送调度策略下的综合服务质量进行比较，选择使得综合服务质量值最大的传送调度策略为实际最终的传送策略，从而确定传送方式（固定、分摊或冗余）和传送路径。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种异构多跳通信网络传送调度系统，其特征在于，包括：

业务感知模块，用于接收来自上层不同业务系统的业务数据，并自动识别数据的业务类型；所述业务感知模块还用于获取所述业务数据传输所需的传输带宽、传输时延和传输丢包率的权重；

链路感知模块，用于接收来自无线通信手段上报的可达节点和链路状态，经全网状态同步，得到全网拓扑和链路参数值；所述参数值包括节点间单跳链路的带宽、时延和丢包率；

自适应传送调度模块，用于根据所述全网拓扑和链路参数值，计算得到每一种传送调度策略下的综合服务质量值，并依据所述综合服务质量值，选择所述综合服务质量值最大的传送调度策略作为所述业务数据的实际传送方式；

其中，所述自适应传送调度模块包括多跳传送路径端到端传输参数计算模块、综合传输参数计算模块和传送调度方式确定模块；其中，

所述多跳传送路径端到端传输参数计算模块，用于根据每条从源端到目的端的多跳传送路径上的单跳链路的带宽、时延、丢包率，计算多跳传送路径端到端的传输带宽、传输时延和传输丢包率；

所述综合传输参数计算模块，依据所述多跳传送路径端到端的传输带宽、传输时延和传输丢包率，计算每一种传送调度策略下的综合传输带宽、综合传输时延和综合传输丢包率；其中，所述传送调度策略包括固定调度方式下的传送调度策略、分摊调度方式下的传送调度策略和冗余调度方式下的传送调度策略；

所述传送调度方式确定模块，用于将每一种传输调度策略下的综合传输带宽、综合传输时延和综合传输丢包率归一化计算，并结合所述业务感知模块获取的当前业务数据的传输带宽、传输时延和传输丢包率的权重，计算每一种传输调度策略的综合服务质量值，选择所述综合服务质量值最大的传输调度策略为该业务的最终实际传送方式；所述综合服务质量值，是所述业务数据类型下的传输带宽、传输时延和传输丢包率的权重，与该传送调度策略下归一化后的综合传输带宽、综合传输时延和综合传输丢包率的加权求和的值；

选择综合服务质量值最大的传送调度策略，作为面向该业务类型的传送调度策略。

2.如权利要求1所述的异构多跳通信网络传送调度系统，其特征在于：

所述多跳传送路径端到端的传输带宽，表示为该传送路径上所有单跳链路传输带宽的最小值。

3.如权利要求1所述的异构多跳通信网络传送调度系统，其特征在于：

所述多跳传送路径端到端传输时延，表示为该传送路径上所有单跳链路传输时延的和。

4.如权利要求1所述的异构多跳通信网络传送调度系统，其特征在于：

所述多跳传送路径端到端传输丢包率，表示为该传送路径上所有单跳链路传输丢包率的累积。

5.如权利要求1所述的异构多跳通信网络传送调度系统，其特征在于：

所述固定调度方式下的传送调度策略，其综合传输带宽、综合传输时延和综合传输丢包率分别是对应的传送路径的端到端传输带宽、传输时延和传输丢包率。

6.如权利要求1所述的异构多跳通信网络传送调度系统，其特征在于：

所述分摊调度方式下的传送调度策略，其综合传输带宽为该传送调度策略下所有传送路径的传输带宽之和，其综合传输时延为该传送调度策略下所有传送路径的传输时延的最大值，其综合传输丢包率为该传送调度策略下所有传送路径的传输丢包率的加权求和。

7.如权利要求1所述的异构多跳通信网络传送调度系统，其特征在于：

所述冗余调度方式下的传送调度策略，其综合传输带宽为该传送调度策略下所有传送路径的传输带宽的最小值，其综合传输时延为该传送调度策略下传送路径的传输时延的最大值，其综合传输丢包率是该传送调度策略下传送路径的传输丢包率的积。

8.如权利要求1所述的异构多跳通信网络传送调度系统，其特征在于：

所述综合传输带宽的归一化计算，是该传送调度策略下的综合传输带宽与所有传送调度策略下的综合传输带宽的最大值之比；

所述综合传输时延的归一化计算，是1减去该传送调度策略下的综合传输时延与所有传送调度策略下的综合传输时延的最大值之比所获得的差值；

所述综合传输丢包率的归一化计算，是1减去该传送调度策略下的综合传输丢包率与所有传送调度策略下的综合传输丢包率的最大值之比所获得的差值。