面向工业时敏业务的5G TSN融合网络切片资源调度

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2024073

电信科学 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (3): 53-63.doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2024073

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面向工业时敏业务的5G TSN融合网络切片资源调度

管婉青¹, 刘诺言¹, 李卫¹, 付美霞², 张海君¹

¹ 北京科技大学计算机与通信工程学院，北京 100083
² 北京科技大学自动化学院，北京 100083

修回日期:2024-03-13 出版日期:2024-03-01 发布日期:2024-03-01
作者简介:管婉青（1995- ），女，博士，北京科技大学计算机与通信工程学院讲师、硕士生导师，主要研究方向为B5G/6G、无线资源管理、5G与TSN融合等
刘诺言（2001- ），男，北京科技大学计算机与通信工程学院在读，主要研究方向为B5G/6G、无线资源管理、5G与TSN融合等
李卫（1966- ），女，北京科技大学计算机与通信工程学院教授，主要研究方向为时间敏感网络、移动网络与工业互联网等
付美霞（1990- ），女，博士，北京科技大学自动化学院讲师，主要研究方向为智能制造、工业互联网、人工智能、计算机视觉等
张海君（1986‒ ），男，博士，北京科技大学教授、博士生导师，计算机与通信工程学院副院长，主要研究方向为6G移动通信、B5G+行业应用、数字孪生、通感算存一体化、卫星网络等
基金资助:
国家自然科学基金青年科学基金资助项目(62101031)

Slice scheduling for industrial time-critical services in 5G TSN integration network

Wanqing GUAN¹, Nuoyan LIU¹, Wei LI¹, Meixia FU², Haijun ZHANG¹

¹ School of Computer and Communication Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
² School of Automation and Electrical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China

Revised:2024-03-13 Online:2024-03-01 Published:2024-03-01
Supported by:
The National Natural Science Foundation of China(62101031)

摘要/Abstract

摘要：

5G与时间敏感网络（time sensitive network，TSN）融合部署是实现工业互联网无线化和柔性制造的重要基础，如何实现多类型工业业务和移动业务的共网高质量传输，是5G TSN融合网络需要解决的关键问题。为此，面向工业互联网场景，依据业务特征差异划分工业业务流的类型，设计了一种适配周期性时敏业务和突发性时敏业务的网络切片资源调度策略，提出了基于均匀分布的资源分区调度算法。所提方法通过控制资源预留和资源抢占，在优化无线资源使用的同时，保障了工业业务流的时延，满足了移动业务的传输速率需求。最后，通过仿真实验验证了所提方法在提升业务需求满足度和资源利用率方面的有效性。

关键词: 5GTSN融合网络, 资源调度, 网络切片, 时延敏感类业务

Abstract:

The integrated deployment of 5G and time sensitive network (TSN) is an important foundation for realizing wireless industrial Internet and flexible manufacturing.How to guarantee the high-quality transmission simultaneously of diverse industrial services and mobile services is a key issue to be solved for 5G TSN integration.Therefore, the types of industrial services were divided according to the differences in requirement characteristics, a slice scheduling strategy for industrial Internet was designed to satisfy the requirements of periodic time-critical services and sporadic burst services, and a resource partitioning algorithm based on uniform distribution was proposed.By controlling resource reservation and resource preemption, the proposed method can optimize the utilization of wireless resources and guarantee the delay of industrial traffic and the transmission rate of mobile services.Finally, the effectiveness of the proposed method in improving the service requirements satisfaction and resource utilization was verified by simulation experiments.

Key words: 5G-TSN integration network, resource scheduling, network slicing, time-critical service

中图分类号:

TN929.5

管婉青, 刘诺言, 李卫, 付美霞, 张海君. 面向工业时敏业务的5G TSN融合网络切片资源调度[J]. 电信科学, 2024, 40(3): 53-63.

Wanqing GUAN, Nuoyan LIU, Wei LI, Meixia FU, Haijun ZHANG. Slice scheduling for industrial time-critical services in 5G TSN integration network[J]. Telecommunications Science, 2024, 40(3): 53-63.

图/表 11

表1

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图2

图3

表2

表3

表4

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参考文献 9

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业务类别	应用	时延/ms	可靠性	速率/（Mbit·s^-1）	有效载荷/byte
零星突发时敏业务	紧急制动	<4	99.999 9%～99.999 999%	—	40～250
	闭环控制	<10	99.999 9%～99.999 999%	—	10
周期性时敏业务	运动控制	2	99.99%～99.999 9%	—	20
	协同控制	1	99.999%～99.999 99%	—	40～250
非时延敏感类业务	软件下载	—	—	＞1	—
	用户互动	—	—	＞5	—

参数	值
最大传输带宽B/MHz	50
子载波间隔∆f/kHz	60
资源块RB总量N^B，∆fRB /个	65
子载波配置间隔μ	2
迷你时隙时间间隔/μs	35.7
子帧个数/个	5
可抢占资源比例α	0.077（5/65）
非时延敏感类业务总量/个	10
时延敏感类业务总量/个	10～50
时延敏感类业务最大时延n_deadline	3

N_bias	10	15	20	25	30	35	40	45	50
N_TSN	2	2	1	1	1	0	0	2	2

ratio	10%	20%	30%	40%	50%	60%	70%	80%	90%
ratio_bias	-1	0	1	2	2	3	3	4	4

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面向工业时敏业务的5G TSN融合网络切片资源调度

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