【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及信息，尤其涉及一种面向5g-tsn耦合调度的信息年龄更新架构及更新方法。
技术介绍
1、随着传统制造业的数字化、网络化和智能化转型，第五代移动通信技术(5thgeneration mobile communication technology，5g)和时间敏感网络协议(timesensitive networking，tsn)集成的异构工业通信网络有望取代现有的以现场总线为代表的工业通信网络，正在成为工业自动化领域的下一代通信范例。然而，由于5g和tsn这两种技术在资源维度、接入机制、通信方式、调度周期和触发方式等方面的差异，5g与tsn的集成并不是一件简单的事情。为此，如何克服二者之间的差异性，构建更加无缝的工业5g-tsn异构网络是学术界和工业界正在攻克的一大难题。
2、通过对底层资源进行不同水平的虚拟化和编排重组，网络功能虚拟化(networkfunction virtualization，nfv)技术可以有效打破技术壁垒，促进异构通信资源的融合与发展，基于这一特点，nfv技术有效解决了5g和tsn资源维度不匹配的问题，可以为5g-tsn异构网络提供一个统一的集中式资源调度框架。然而，仅仅有统一的资源调度框架仍不足以实现5g和tsn的无缝调度，其根本原因在于现有的关于5g-tsn异构网络的研究仍然倾向于二者单纯的拼接，以及采用端到端时延作为二者的耦合指标进行服务质量(qualityofservice，qos)调整。事实上，在不考虑多周期的情况下，采用端到端时延作为耦合指标只能单方面根据5g网络
3、作为一种衡量信息新鲜度的指标，信息年龄(age of information，aoi)从接收端的角度测量数据时效性，其同时受采样频率和传输性能影响，是工业网络系统中反映状态更新实时性、传输确定性和控制有效性的重要指标。我们发现，若将5g网络封装为tsn网络的传感器，则其采样和上传过程都可以被tsn网络的aoi所捕获，如此一来，aoi的特性天然地将5g和tsn的性能耦合在了一起，为5g和tsn耦合调度提供了一个新的方向与思路。因此，在5g-tsn工业异构网络下研究采用aoi作为耦合指标的联合调度具有很高的创新性和实际意义，是进一步促进5g-tsn无缝深度融合的有效举措。
4、经对现有文献检索发现，最近似的实现方案为中国专利申请号：202210649601.x，名称为：一种5g-tsn工业异构虚拟网络架构和虚拟资源细粒度调度方法，其具体内容为：基于软件定义网络技术(software-defined networking，sdn)和nfv技术提出虚拟5g-tsn网络架构，采用aoi刻画5g接入网数据传输的实时性，以5g-tsn网络端到端时延为耦合时标进行相应的动态qos调整映射，实现数据的全流程确定性传输。该方法虽然同样在虚拟5g-tsn架构下采用aoi进行资源调度，但这里aoi本质上依然为5g网络的传输时延，且耦合调度指标为5g-tsn网络的端到端时延，与常见的5g-tsn网络调度方案类似，与本专利技术以aoi作为耦合调度指标有明显区别。专利申请号为：202110702240.6，名称为：一种支持5g和tsn互联的工业网络异构流量整形器，其具体内容为：基于5g-tsn工业网络端到端通信模型，根据不同的流量类型进行差异化队列整形调度，满足异构流量的端到端通信需求。但其队列整形未考虑5g部分的传输情况，仅仅根据数据类型制定整形策略，并未完全耦合5g和tsn的资源调度。专利申请号为：202011051055.7，名称为：支持重传的无线网络信息年龄优化调度方法，其具体内容为：通过调度时隙和链路优化网络aoi，将aoi考虑进系统期望决策损失中，通过最小化决策损失进行aoi的静态和动态调度。但其为单纯的aoi调度问题，未应用在5g-tsn工业异构网络场景。
5、综上所述，目前关于5g-tsn的相关研究多集中于qos映射算法研究，且qos的调整指标多为端到端时延，而将aoi应用于5g-tsn异构网络的相关工作几乎为一片空白，采用aoi作为5g和tsn的耦合指标是一个非常新颖的研究思路。
技术实现思路
1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题包括：
2、如何设计一种采用aoi的上述缺陷的信息年龄更新架构。
3、为实现上述目的，本专利技术提供了一种面向5g-tsn耦合调度的信息年龄更新架构，以边缘计算架构为基础，底层资源通过部署在边缘层的sdn控制器实现虚拟化调度，tsn智能网关作为边缘服务器对现场子网进行控制和管理，数据经由5g时频资源池注入tsn网络中，上层应用以sfc形式到达网络实现服务。
4、进一步地，所述上层应用通过所包含的vnf进行按序嵌入实现服务。
5、进一步地，所述数据端到端传输路径为：现场产生→5g网络上传→tsn网络转发→终端tsn网关。
6、一种采用权利要求1所述的面向5g-tsn耦合调度的信息年龄更新架构的更新方法，包括以下步骤：
7、s1：当一个新应用的需求到达网络时，数据根据需求在自5g工业现场产生，此时开始计算的传输时延；
8、s2：的fp-aoiδi自注入tsn网络起开始线性增长按照如下模型更新：
9、
10、其中表示属于的第j个vnf在第k个周期的完成时间，
11、进一步地，所述δi的更新规则为：
12、s2-1：若下一次注入tsn网络时，其第一个vnf的完成时间早于其上一次注入tsn网络时最后一个vnf的完成时间，即则的fp-aoi在进行更新。
13、进一步地，所述δi的更新规则还包括：
14、s2-2：若下一次注入tsn网络时，其第一个vnf的完成时间晚于其上一次注入tsn网络时最后一个vnf的完成时间，即则的fp-aoi在进行更新。
15、进一步地，所述s1还包括：数据在传输至tsn网关扮演的边缘节点，以sfc形式在tsn网络内进行调度，即按序部署其所包含的vnf。
16、进一步地，所述方法还包括，所述fp-aoiδi的更新还需要满足以下约束：
17、s3-1：vnf在按序处理时间之后更新其aoi至的fp-aoiδi。
18、进一步地，所述fp-aoiδi的更新约束还包括：
19、s3-2：由于各vnf先前可能服务于其他应用，其初始fp-aoi不一定为零，故在首次被处理完成前，即时刻，属于该应用的所有vnf的fp-aoi均为其先前所属sfc的fp-aoi，不等于δi。
20、s2中，所述vnf在首次作为sfc中的一员被处理本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向5G-TSN耦合调度的信息年龄更新架构，其特征在于：以边缘计算架构为基础，底层资源通过部署在边缘层的SDN控制器实现虚拟化调度，TSN智能网关作为边缘服务器对现场子网进行控制和管理，数据经由5G时频资源池注入TSN网络中，上层应用以SFC形式到达网络实现服务。
2.根据权利要求1所述的更新架构，其特征在于，所述上层应用通过所包含的VNF进行按序嵌入实现服务。
3.根据权利要求1所述的更新架构，其特征在于，所述数据端到端传输路径为：现场产生→5G网络上传→TSN网络转发→终端TSN网关。
4.一种采用权利要求1所述的面向5G-TSN耦合调度的信息年龄更新架构的更新方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的更新方法，其特征在于，所述δi的更新规则为：
6.根据权利要求4所述的更新方法，其特征在于，所述δi的更新规则还包括：
7.根据权利要求4所述的更新方法，其特征在于，所述S1还包括：数据在传输至TSN网关扮演的边缘节点，以SFC形式在TSN网络内进行调度，即按序部署其所包含的VNF。
8.根据权利要求4所述的更新方法，其特征在于，所述方法还包括，所述FP-AoIδi的更新还需要满足以下约束：
9.根据权利要求8所述的更新方法，其特征在于，所述FP-AoIδi的更新约束还包括：
10.根据权利要求4所述的更新方法，其特征在于，S2中，所述VNF在首次作为SFC中的一员被处理时，其注入TSN网络后AoI自零开始增长。
...【技术特征摘要】
1.一种面向5g-tsn耦合调度的信息年龄更新架构，其特征在于：以边缘计算架构为基础，底层资源通过部署在边缘层的sdn控制器实现虚拟化调度，tsn智能网关作为边缘服务器对现场子网进行控制和管理，数据经由5g时频资源池注入tsn网络中，上层应用以sfc形式到达网络实现服务。
2.根据权利要求1所述的更新架构，其特征在于，所述上层应用通过所包含的vnf进行按序嵌入实现服务。
3.根据权利要求1所述的更新架构，其特征在于，所述数据端到端传输路径为：现场产生→5g网络上传→tsn网络转发→终端tsn网关。
4.一种采用权利要求1所述的面向5g-tsn耦合调度的信息年龄更新架构的更新方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：张雅静，张景龙，许齐敏，陈彩莲，关新平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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