本发明涉及5g协同时间敏感网络，具体为一种面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法。
背景技术：
1、在工业4.0的版本下，工厂正在向数字化的数据生态系统演变，新的工业服务允许实施更健壮、弹性和定制化的制造系统。这类业务(例如,数字孪生、扩展现实或协作机器人等)将需要高可靠性和确定性的通信网络，能够支持严格的时延和可靠性要求。第五代(5thgeneration，5g)移动通信技术支持超高可靠超低延时的通信能力正好符合工业4.0的需求，时间敏感网络(tsn)工作组制定了一系列基于以太网的标准来解决工业网络中的时间同步和流量调度等问题，提供了前所未有的具有完美有界时延的确定性服务水平。因而5g在工业环境中的使用需要其与tsn的有效和高效融合能够完美满足工业4.0的版本下高可靠性和确定性的通信网络的需求。
2、随着5g协同时间敏感网络(5g-tsn)部署的日益普及，在保证和分析延迟性能方面出现了严峻的挑战，而延迟性能对于满足实时应用的需求至关重要。端到端(e2e)时延是评估e2e网络服务性能的关键指标之一。分配资源以实现最坏情况下的硬时延上限是一种性能保证方法。在5g-tsn网络中，由于时间触发(time-triggered,tt)流量和音视频(audio-video-bridging,avb)流量对时延有严格要求，因此需要分配足够的资源来保证满足所有数据包的时延截止期限。因此，可能没有足够的资源来满足音视频(audio-video-bridging,avb)、增强型移动宽带(enhanced mobile broadband,embb)流量或尽力而为(best-effort,be)流量的带宽要求。在5g新空口下，在受限的资源区块中为tt、avb和embb流量分配资源是一项艰巨的任务。在实际应用中，在时变网络上达到最差理论延迟几乎是不可能的。因此，不恰当的资源分配策略会造成端到端延时增加、严重的带宽浪费、复杂的数据平面技术和相对较高的部署成本。在5g-tsn网络中，缺乏在5g-tsn网络中流量的最坏时延分析，缺乏多流量调度策略能够同时满足tt、avb流量的低延时要求和avb、embb流量的带宽要求。现有技术中，有针对时间敏感网络(tsn)的多机制协同调度器和调度方法(cn117527709a)，然而并没有同时考虑到5g网络中流量的调度方法。现有技术中(j.yang,g.yu,traffic scheduling for 5g-tsn integrated systems,in:2022internationalsymposium on wireless communication systems,iswcs,2022,pp.1–6.)在5g-tsn网络中的调度方法能够实现最大化所有embb流的吞吐量与所有tsn流量的端到端延迟的比率，然而并未细化tsn流量的特征。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、本发明至少通过如下技术方案之一实现。
3、一种面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法，包括以下步骤：
4、s1、确定半静态流量调度，预留空闲资源η1用于时间触发tt流量的资源分配，为音视频avb流量动态分配资源η2，当avb流量不处于突发状态时，动态资源η2首先分配给增强型移动宽带embb流量，当avb流量处于突发状态时，avb流量通过穿刺抢占技术获得该动态资源，剩余资源η3将分配给embb流量；
5、s2、利用网络演算理论计算出半静态流量调度方法下的tt、avb和embb流的端到端时延上限边界；端到端时延边界dend包括有线传输网络时延dwired和无线接入网络时延dwirelsss，端到端时延上限边界表示为dend＝dwirelsss+dwire；
6、s3、给定的端到端时延上限边界要求和可靠性的匹配要求，根据推算的tt、avb和embb流端到端时延上限边界公式，反算出半静态流量调度方法下tt、avb和embb流的分配资源百分比以及服务速率，实现在流量调度策略中合理分配tt、avb和embb流的资源。
7、进一步地，空闲资源η1、音视频avb流量动态分配资源η2、剩余资源η3之和为1。
8、进一步地，tsn有线网络中传输有tt和avb流量，根据时延边界的定义公式d(t)≤sup{infd≥0:α(t)≤β(t+d)}计算出有线部分的时延上限边界，
9、t≥0
10、其中α(t)为到达曲线，β(t+d)为服务曲线，d为时延上限边界，t为时间，d(t)为时间为t时的时延上限边界，inf为下确界，sup为下确界。
11、进一步地，5g无线网络中传输有tt、avb和embb流量，根据时延边界的公式其中，d(t)为时间为t时的时延上限边界，p为概率，θ为自由参数，i为时间变量，d为时延上限边界，ma(θ,i-d)为到达过程的矩生成函数mgf，为服务过程的矩生成函数mgf，将到达过程和服务过程的矩生成函数mgf、ma(θ,t)和ms(θ,t)代入时延边界的公式计算出tt、avb和embb流量的延迟违反概率约束下的端到端时延上限边界，其中ms(θ,t)为服务过程的矩生成函数mgf，ma(θ,t)为到达过程的矩生成函数mgf。
12、进一步地，无线网络中tt流量到达过程的mgf为：
13、
14、其中为tt流量到达过程的矩生成函数mgf，t是时间，是tt流量的数据包的大小，θ是自由参数，是tt流量的周期；
15、无线网络中tt流量随机服务曲线的mgf为：
16、
17、其中为tt流量服务过程的矩生成函数mgf，t是时间，r是损害速率，在开-关损伤模型中，从状态开到状态关的转换概率为μi，相反，从状态关到状态开的转换概率为γi，是tt流量的数据包的大小，是tt流量的突发大小之和，c是服务速率。
18、进一步地，无线网络中avb流量到达过程的mgf为：
19、
20、其中，为avb流量到达过程的矩生成函数mgf，t是时间，θ是自由参数，是avb流量数据包的达到速率，γ是avb流量在开-关马尔科夫模型中未到达的概率，μ是avb流量到达的概率。
21、进一步地，无线网络中avb流量随机服务曲线的mgf为：
22、
23、其中为avb流量服务过程的矩生成函数mgf，t是时间，idslm是cbs机制的理想斜率，sdslm是发送斜率，是信用m的上限，c是服务速率，r是损害速率，在开-关损伤模型中，从状态开到状态关的转换概率为μi，相反，从状态关到状态开的转换概率为γi，是tt流量的到达曲线。
24、进一步地，采用马尔可夫链描述avb流量的到达，avb流量的到达曲线为
25、
26、其中是avb流量数据包的达到速率，γ是avb流量在开-关马尔科夫模型中未到达的概率，μ是avb流量到达的概率，ξ为中间参数，且ξ＝1-γ，r是自由参数，是avb流量的数据包的大小，k是指a或b类的avb流量，a类的优先级比b类的高。r是自由参数，是avb流量的数据包的大小，表示avb流量属于端口h。
27、进一步地，无线网络中embb流量到达过程的mgf为：
28、
29、其中θ是自由参数，λe是embb的到达速率，是embb流量的数据包的大小，为embb流量到达过程的矩生成函数mgf，t是时间。
30、进一步地，无线网络中embb流量随机服务曲线的mgf为：
31、
32、其中为embb流量服务过程的矩生成函数mgf，t是时间，c是服务速率，r是损害速率，在开-关损伤模型中，从状态开到状态关的转换概率为μi，相反，从状态关到状态开的转换概率为γi，γ是avb流量在开-关马尔科夫模型中未到达的概率，μ是avb流量到达的概率。
33、为了解决上述问题，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：
34、至少一个处理器；以及，
35、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
36、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法。
37、为了解决上述问题，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有至少一个计算机程序，所述至少一个计算机程序被电子设备中的处理器执行以实现上述面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法。
38、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
39、1、使用马尔可夫链描述了5g无线时变信道，利用矩生成函数mgf推导出半静态调度(sps)策略下的端到端e2e时延违反概率分布，获得了更严格的延迟约束，从而得到了准确的端到端时延上限边界。
40、2、给定的端到端时延上限边界要求和可靠性的匹配要求，根据推算的tt、avb和embb流端到端时延上限边界公式，反算出半静态流量调度方法下tt、avb和embb流的分配资源百分比以及服务速率，实现在流量调度策略中合理分配tt、avb和embb流的资源，能够改善e2e时延。
41、3、提出的sps调度策略同时满足tt和avb流量的延迟要求以及embb流量的吞吐量要求。
1.一种面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法，其特征在于，空闲资源η1、音视频avb流量动态分配资源η2、剩余资源η3之和为1。
3.如权利要求1所述的面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法，其特征在于，tsn有线网络中传输有tt和avb流量，根据时延边界的定义公式计算出有线部分的时延上限边界，其中α(t)为到达曲线，β(t+d)为服务曲线，d为时延上限边界，t为时间，d(t)为时间为t时的时延上限边界，inf为下确界，sup为下确界。
4.如权利要求1所述的面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法，其特征在于，5g无线网络中传输有tt、avb和embb流量，根据时延边界的公式其中，d(t)为时间为t时的时延上限边界，p为概率，θ为自由参数，i为时间变量，d为时延上限边界，ma(θ,i-d)为到达过程的矩生成函数mgf，为服务过程的矩生成函数mgf，将到达过程和服务过程的矩生成函数mgf、ma(θ,t)和ms(θ,t)代入时延边界的公式计算出tt、avb和embb流量的延迟违反概率约束下的端到端时延上限边界，其中ms(θ,t)为服务过程的矩生成函数mgf，ma(θ,t)为到达过程的矩生成函数mgf。
5.如权利要求1所述的面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法，其特征在于，无线网络中tt流量到达过程的mgf为：
6.如权利要求1所述的面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法，其特征在于，无线网络中avb流量到达过程的mgf为：
7.如权利要求1所述的面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法，其特征在于，无线网络中avb流量随机服务曲线的mgf为：
8.如权利要求1所述的面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法，其特征在于，采用马尔可夫链描述avb流量的到达，avb流量的到达曲线为
9.如权利要求1所述的面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法，其特征在于，无线网络中embb流量到达过程的mgf为：
10.如权利要求1所述的面向5g协同时间敏感网络的半静态流量调度方法，其特征在于，无线网络中embb流量随机服务曲线的mgf为：
