一种5G和TSN融合网络流调度框架与资源分配方法与流程

技术特征：
1.一种5g和tsn融合网络流调度框架，其特征在于：包括tsn网络集中式网络配置模块cnc、5g网络应用功能模块af、策略控制功能模块pcf、会话管理功能模块smf以及tsn转换器；5g网络作为tsn网络中的逻辑网桥，通过af获得来自tsn业务流量的qos信息，发送给pcf模块并由pcf映射到5g qos框架，生成5qi映射表和相应的转发控制规则，然后smf根据接收到的转发控制规则将配置信息发送给ran以实现资源分配；所述tsn转换器包括网络侧转换器nw-tt和设备侧转换器ds-tt，作为5g和tsn网络的逻辑端口，实现5g系统和tsn网络的适配。2.根据权利要求1所述的5g和tsn融合网络流调度框架，其特征在于：包括tsn到5g的业务流的qos特征映射过程，具体为：在控制平面，5g系统通过tsn af功能与tsn cnc通信，完成网络配置、管理信息的映射和互通，获得来自tsn网络的流量的qos参数，包括延迟要求、数据包大小及优先级三种qos特性并将其发送给pcf；pcf根据获得的qos特征参数，参照3gpp 5qi标准化qos特征映射表，将来自tsn的qos流映射到满足其流量特征的相应的5qi值，进而生成5qi映射表，并发送给smf以配置5g系统内qos流的调度；在数据平面，来自tsn的qos流通过tsn转换器nw-tt/ds-tt传输到5g系统，并根据pcf提供的映射配置转发控制规则，建立相应的5g系统内的qos流；对于不同类型的qos流，对其配置相应的5qi，从而在5gs内进行转发处理。3.根据权利要求2所述的5g和tsn融合网络流调度框架，其特征在于：对于8种类型的tsn qos流，关键程度最高的5种qos流的数据传输保证都有较高的时延要求，对于这些tsn流量，映射到延迟关键gbr类型的5qi；该类型流量应映射到gbr类型的5qi；对于音视频和尽力而为类型的tsn流量，其关键度低且不要求带宽保证，映射到non-gbr类型5qi；进而考虑qos流的延迟要求、数据包大小及优先级流量特性，得到静态映射的5qi映射表。4.一种5g和tsn融合网络流调度资源分配方法，其特征在于：5g pcf根据映射后5gqos框架下的5qi映射表生成相应的转发控制规则并发送给smf；5g smf功能将调度转发控制规则提供给ran，进而ran根据每个qos流的需求和特性分配资源块；完成资源分配后qos流使用分配的资源块完成数据传输。5.根据权利要求4所述的5g和tsn融合网络流调度资源分配方法，其特征在于：根据流量类型和优先级使用混合静态和动态资源分配的半持续调度机制，并结合基于最大最小公平分配(max-min fairness，mmf)的动态资源分配算法为每个qos流分配无线资源块。6.根据权利要求4所述的5g和tsn融合网络流调度资源分配方法，其特征在于：本方法具体包括以下步骤：步骤一：来自tsn的qos流经过tsn转换器传输到5g系统，根据5g的tsn af功能获取来自tsn流量的相关qos信息，由pcf转换到5g系统的qos框架，生成5qi映射表，得到5g qos框架下的流量qos信息，并生成qos流的转发控制规则；步骤二：5g基站根据映射得到的5qi映射表和转发控制规则识别qos流的流量类型和关键程度，采用混合静态和动态资源分配的半持续调度机制进行资源分配；对于时延敏感的确定性周期流量，预先持续静态分配一定数量的资源块进行数据传输以确保其调度的低时延，其他类型流量通过动态资源分配获得无线资源块；步骤三：计算持续预分配的资源块是否满足持续静态分配资源流量的资源需求，若满足，将这部分不请求动态资源分配的qos流集合放入u；若不满足，qos流需要从基站请求动
态资源，请求动态资源分配的qos流集合为v，并计算需要的动态资源块；步骤四：对于集合v中需要动态分配资源的qos流，基于最大最小公平分配算法，根据流量优先级函数求得每条qos流资源分配权重，然后根据权重为每条qos流动态分配剩余的资源块；若分配的资源块满足流量的资源需求，则将多于流量资源需求的资源块回收，并将其从集合v中移除；若分配的资源块不满足资源需求，则转入步骤五；步骤五：计算上一步分配后剩余可用于动态分配的资源块数量，并更新需要请求动态资源的集合v，返回步骤四；直到所有的qos流分得满足资源需要的资源块或剩余可分配的资源块耗尽，结束动态资源分配。

技术总结
本发明涉及一种5G(包括同时使用授权频带与非授权频带的5G-U)和TSN融合网络流调度框架与资源分配方法，属于通信技术领域，其包括三部分：一是面向工业互联网的5G与TSN融合网络架构，二是流调度框架，三是资源分配方法，本发明根据流量类型和优先级使用混合静态和动态资源分配的半持续调度机制，并结合基于最大最小公平分配的动态资源分配算法为每个业务分配资源块，实现5G和TSN融合网络流调度中高优先级流量的低时延保证和资源的公平分配。本发明可以降低时延敏感流量的平均端到端时延，提高调度的资源利用率，提高流调度的公平性。提高流调度的公平性。提高流调度的公平性。


技术研发人员：蔡岳平 张潇文
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2021.11.17
技术公布日：2022/2/23