[发明专利]一种时延敏感网络中的通信计算联合资源分配方法及系统

说明书

本发明提供了一种时延敏感网络中的通信计算联合资源分配方法及系统，其中，方法步骤为：首先，基于控制质量要求对时延敏感类业务的服务优先级进行排序，时延要求越严格的业务越具有较高的服务优先级；其次，针对每个业务，时延敏感网络中的资源分配模块基于当前网络中的路由及时隙分配情况给出该业务的可用路由及时隙资源，边缘计算中的计算任务调度模块基于当前的计算资源使用情况给出该业务的可用计算资源，最终得出能够满足时延要求的路由、时隙和计算资源组合。本发明能够保障工业互联网中时延敏感类业务的端到端时延传输质量要求，尤其是工业控制类业务的控制质量要求。

技术领域

本发明涉及工业互联网中的通信计算资源分配方法，尤其涉及时延敏感网络中具备控制质量保障的通信计算资源联合分配方法及系统。

背景技术

工业互联网的相关概念是由2012年美国电气公司最先提出，其核心目标就是要将传统制造业升级成为“智能化”的智能工厂产业模式，通过互联网实现传感器感知、数据传输计算、设备执行编排等多种形式主体的融合，它将工业上的基础设施、信息传输系统、数据的分析决策系统，都融合成一个完整的体系。

在这样一个体系架构下，数以千记的传感器、控制器及执行器构成了最底层的网络终端层；各种通信协议作为第二层，为终端设备的信息采集、交互及控制命令等传输提供通道；最上层为应用层，通过通用的计算平台，如云计算和边缘计算等，进行数据分析处理，支撑最终的工业互联网应用。

就工业互联网的应用而言，与传统互联网应用最大的不同在于对传输及处理的时延要求极高，在工业现场中即使是一毫秒的设备间的信号延迟也可能会对生产线造成严重的破坏，给企业带来难以估计的损失，因此，信息传输及处理的速度、实时性和确定性对于当今工业互联网来说至关重要。根据上述分层的工业互联网体系架构，不难得出时延敏感类业务的时延，尤其是控制类业务的时延，与网络传输时延及计算处理时延均有关系。为应对这种需求，在网络传输方面，时延敏感网络(TSN，time sensitive network)技术以其极高的传输时延保证性得到了业内广泛推崇。在计算处理方面，工业互联网通过采用边缘计算技术，将计算平台部署在靠近数据源的地方从而能够大大减少端到端的闭环控制时延，该技术的出现为时延敏感网络在工业互联网中的广泛应用进一步加大了保障力度。因此，融合边缘计算的时延敏感网络成为工业互联网技术的研究热点。即便如此，当存在多种数据流时，仍然需要对融合边缘计算的时延敏感网络的通信及计算资源进行合理分配，以最大限度保障时延敏感类业务的实时性要求。

然而，现有的资源分配方案要么只考虑通信资源分配，要么只考虑计算资源分配，一方面带来了资源的浪费，另一方面对控制类时延敏感业务的端到端控制质量(QoC，quality of control)缺乏保障。因此，有必要面向融合边缘计算的时延敏感网络，提出融合通信及计算资源的新方法，以保证其端到端的控制质量。

发明内容

本发明的目的在于，解决现有的资源分配方案存在的上述缺陷。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种时延敏感网络中的通信计算联合资源分配方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：基于控制质量要求对时延敏感类业务的服务优先级进行排序；

步骤2：针对当前尚未获得资源分配且服务优先级最高的业务，计算时延敏感网络中所有从业务源点至边缘计算节点的路径；

步骤3：基于当前网络中的时隙分配情况，以及步骤2中所得出的路径，计算该业务的所有可用路由及时隙资源分配情况，并计算所有分配情况下的传输时延；

步骤4边缘计算中的计算任务调度模块基于当前的计算资源使用情况给出该业务的可用计算资源及计算时延；

步骤5计算步骤3及步骤4中所有传输时延与计算时延之和，选取满足业务时延要求的最小时延和作为该业务的端到端传输处理时延，并将该最小时延对应的路由及时隙资源、计算资源分配给该业务，并将该业务标记为已完成资源分配的业务；