面向异构无线确定性网络的跨层动态调度方法、系统及存储介质

本发明涉及无线工业互联网领域，尤其涉及面向异构无线确定性网络的跨层动态调度方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、随着工业互联网的快速发展，如安全警报、闭环控制、实时视频流传输等新兴应用推动了对确定性网络(deterministic network，detnet)的研究，即数据包必须在预定的时延界限之前传送到接收端且丢包率极低甚至为0。对于此类有易购流量并存的工业互联网，一个关键的挑战即保证高优先级流量确定性传输的同时不降低低优先级流量的性能。

2、时间敏感网络(time sensitive network，tsn)技术是一组基于以太网的协议标准，通过高精度时钟同步、带宽预留、流量整形、逐流过滤和帧抢占等技术，为时间敏感数据流提供端到端时延和传输的确定性。然而有线传输方式灵活性差，布线成本高，为了实现更灵活的信息传输，利用无线网络实现确定性网络的性能成为了一个关键问题。

3、在传统的无线网络中，比如网络拥堵、突发流量和无线信道的衰落特性等因素均会导致无线网络的不确定性，因此利用无线网络为时间敏感应用提供确定性传输服务更加具有挑战性。5g和6g技术的出现推动了tsn网络由以太网扩展到无线网，例如，部分技术提出了跨层资源优化方法，利用有效带宽去满足实时业务的统计排队时延要求；部分技术提出了基于马尔可夫链的传输策略以权衡平均时延、可靠性以及传输功率之间的关系；还有部分技术研究了基于利特定律的时延问题。然而以上方法均聚焦于统计时延或平均时延指标，如何在一些发生概率很低的极端条件下也能保证数据的确定性传输还亟待研究。

4、近年来，队列长度违反概率(queue-length-violation probability，qvp)和时延违反概率(delay violation probability，dvp)作为评估时延拖尾的指标被广泛应用于确定性调度的研究中，部分技术证明了可以利用频率分集、天线分集等方法实现零时延违反概率传输；部分技术在数据包确定性到达的情况下推导了可以实现确定性传输的条件；还有部分技术通过可变长度编码实现了低时延高可靠性。然而目前现有的无线确定性网络技术均只考虑了一种流量类型，并不适用于异构流量并存的无线网络。

技术实现思路

1、本发明提供了一种面向异构无线确定性网络的跨层动态调度方法，包括如下步骤：

2、构建队列切片模型步骤：将队列缓存区切分为多个切片，每个切片缓存区能够为其中的流量提供不同的时延界限需求，在每个时隙，新到达的数据包会根据流量类型被分到对应的切片中，每个切片中的数据包队列也会更新；

3、跨层确定性调度步骤：在每个时隙，分配来自不同类型流量的数据包到不同的队列分配缓存区中，同时自适应调整传输功率，最小化所有数据包的平均时延违反概率。

4、作为本发明的进一步改进，在所述构建队列切片模型步骤中，如果一个分配到队列缓存区切片i中的数据包至到进入切片i中没有被丢掉，则该数据包能够在时延界限i-i之前到达接收端，从而实现确定性传输。

5、本发明还提供了一种面向异构无线确定性网络的跨层动态调度系统，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序配置为由所述处理器调用时实现本发明所述跨层动态调度方法的步骤。

6、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现本发明所述跨层动态调度方法的步骤。

7、本发明的有益效果是：本发明解决了现有的技术问题，可以实现更高的确定性传输性能，可以满足所有类型流量的确定性传输需求，且相比于传统排队方法可以获得更低的时延违反概率。

技术特征：

1.一种面向异构无线确定性网络的跨层动态调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的跨层动态调度方法，其特征在于：在所述构建队列切片模型步骤中，如果一个分配到队列缓存区切片i中的数据包至到进入切片i中没有被丢掉，则该数据包能够在时延界限i-i之前到达接收端，从而实现确定性传输。

3.根据权利要求2所述的跨层动态调度方法，其特征在于：在所述构建队列切片模型步骤中，时间被分为k个时隙，每个时隙长度为tf，在第k个时隙，每种流量类型以平均速率λm产生αm(k)个数据包，新生成的数据包暂时存放在缓存队列中等待传输，在第k个时隙的开始时刻，新生成的数据包被分配到不同的切片中，对于时延界限为的流量类型其调度变量应满足：调度变量li,m(k)∈[0,1]表示流量类型在第k个时隙分配到队列缓冲区切片i中的比重。

4.根据权利要求3所述的跨层动态调度方法，其特征在于，该跨层动态调度方法还包括动态确定性调度步骤，

5.根据权利要求4所述的跨层动态调度方法，其特征在于：在所述步骤4中，通过线性搜索算法求解最优的传输功率p*(k)。

6.根据权利要求4所述的跨层动态调度方法，其特征在于：在所述步骤5中，通过凸优化工具求解最优的数据包调度策略li,m(k)*。

7.一种面向异构无线确定性网络的跨层动态调度系统，其特征在于，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序配置为由所述处理器调用时实现权利要求1－6中任一项所述跨层动态调度方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现权利要求1－6中任一项所述跨层动态调度方法的步骤。

技术总结
本发明提供了一种面向异构无线确定性网络的跨层动态调度方法、系统及存储介质，包括构建队列切片模型步骤：将队列缓存区切分为多个切片，每个切片缓存区能够为其中的流量提供不同的时延界限需求，在每个时隙，新到达的数据包会根据流量类型被分到对应的切片中，每个切片中的数据包队列也会更新；跨层确定性调度步骤：在每个时隙，分配来自不同类型流量的数据包到不同的队列分配缓存区中，同时自适应调整传输功率，最小化所有数据包的平均时延违反概率。本发明的有益效果是：本发明解决了现有的技术问题，可以实现更高的确定性传输性能，可以满足所有类型流量的确定性传输需求，且相比于传统排队方法可以获得更低的时延违反概率。

技术研发人员：朱旭,周佳莹,蒋宇飞
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23