一种基于5G技术的不同业务需求带宽自动分配装置及方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术，具体涉及一种基于5G技术的不同业务需求带宽自动分配装置及方法。

背景技术

随着智能设备的迅猛发展及5G网络的商用，由于5G网络技术自身特点及发展方向与以往4G网络大大不同，根据5G网络技术，5G业务发展更为广阔，业务种类繁多，根据业务特点每种业务带宽需求大大不同，为了合理利用资源，起到降本增效的作用，各个运营商针对5G网络建设更加谨慎，在5G网络建设初期，为了更好的建设5G网络，提高5G网络资源利用率，需要对现网及业务需求进行大量分析，结合5G网络结构特点谨慎选取5G网络建设方式。现阶段，由于5G自身特点及分析方式受限导致5G网络建设周期较长，网络带宽资源利用率较低，5G网络规划方式选取错误使网络带宽资源大大浪费等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于5G技术的不同业务需求带宽自动分配装置及方法，该装置通过45G不同业务无线设备(BBU)上获取现网需求带宽信息，通过5G相关业务需求分析，根据分析结果自动分配相应带宽端口，为后续5G网络各业务带宽需求建设提供有力支撑。

为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于5G技术的不同业务需求带宽自动分配装置，包括传输接入模块、带宽自动分配模块和业务分析模块，所述传输接入模块采用PM5342芯片；带宽自动分配模块采用VT6120芯片；业务分析模块采用88E8001芯片；所述传输接入模块通过通信电缆与SPN设备相应端口通信连接；传输接入模块的数据端口通过数据电缆与带宽自动分配模块的数据端口电连接，业务分析模块的数据端口通过数据电缆与带宽自动分配模块的数据端口电连接；业务分析模块的通信端口通过通信电缆与5G不同业务无线设备的通信端口通信连接。

进一步地，所述传输接入模块包括200GE光接口、100GE光接口、50GE光接口、40GE光接口和10GE光接口，200GE光接口、100GE光接口、50GE光接口、40GE光接口和10GE光接口均通过通信电缆直接接入SPN的相应端口上。

进一步地，所述的带宽自动分配模块包括业务管理模块、业务处理模块和业务分配模块；所述业务管理模块包括业务需求管理模块和业务需求记忆模块，所述的业务处理模块包含业务均衡处理模块和业务应急处理模块，所述的业务分配模块包含自动端口分配模块和手动端口分配模块。其中，业务管理模块采用2252B芯片和24C01ACEA芯片；业务处理模块采用47C432GP芯片；业务分配模块采用74LS125芯片。业务管理模块通过数据电缆分别与业务处理模块和业务分配模块电连接；业务处理模块通过数据电缆分别与业务管理模块和业务分配模块电连接；业务分配模块通过数据电缆分别与业务管理模块和业务处理模块电连接。其中，业务需求管理模块采用2252B芯片；业务需求记忆模块采用24C01ACEA芯片。业务需求管理模块和业务需求记忆模块通过数据电缆电连接。其中，业务均衡处理模块和业务应急处理模块采用47C432GP芯片。业务均衡处理模块和业务应急处理模块通过数据电缆电连接。其中，自动端口分配模块和手动端口分配模块采用74LS125芯片。自动端口分配模块和手动端口分配模块(232)通过数据电缆电连接。

进一步地，所述业务分析模块包括常规业务分析模块、物联网业务分析模块、大连接业务分析模块、大带宽业务分析模块、低时延业务分析模块、规律性业务分析模块、突发应急业务分析模块和其他业务分析模块。其中，常规业务分析模块、物联网业务分析模块、大连接业务分析模块、大带宽业务分析模块、低时延业务分析模块、规律性业务分析模块、突发应急业务分析模块和其他业务分析模块均采用88E8001芯片。常规业务分析模块和物联网业务分析模块通过数据电缆电连接；物联网业务分析模块和大连接业务分析模块通过数据电缆电连接；大连接业务分析模块和大带宽业务分析模块通过数据电缆电连接；大带宽业务分析模块和低时延业务分析模块通过数据电缆电连接；低时延业务分析模块和规律性业务分析模块通过数据电缆电连接；规律性业务分析模块和突发应急业务分析模块通过数据电缆电连接；突发应急业务分析模块和其他业务分析模块通过数据电缆电连接。

进一步地，所述的通信电缆为尾纤、铠装光缆中的一种；所述的数据电缆是COM口数据电缆或USB口数据电缆。

一种基于5G技术的不同业务需求带宽自动分配装置的分配方法，根据不同5G网络业务带宽需求变化，随时调整带宽资源的分析方法采用多元回归的统计方式进行：

通过对不同5G网络业务带宽需求观测值或者历史数据的分析，确定各个变量之间的相关性：假设需要预测的值5G业务需要分配的带宽大小为y，样本变量5G业务需求种类为x，每组样本数量也就是5G不同业务数量为p，n组代表不同时间周期的观测值为：

(x

采用式(2)来定义多元回归模型：

采用如下方法进行变量替换：令：

b＝[b

y＝[y

其中：b

y＝bX (3)

通过确定残差平方和最小，分配带宽大小与5G业务需求带宽大小差最小Q为最合适的标准；通过计算，得到平方损失函数为：

其中：X

其中：y

采用梯度下降算法求Q(b)的最小值；在该算法中，梯度的方向是偏导数的反方向，即:

其中α为学习速率，用来调节Q(b)向下移动的速度；对于每个样本，式(7)中求导部分

对

每个参数沿着梯度方向的变化由以下计算式得出:

使用梯度下降算法计算时，b首先被初始化，然后通过不断迭代计算b的参数，最终结果收敛于最优值。

进一步地，所述梯度下降算法包括以下步骤：

1)确定5G业务带宽需求分析周期大小；

2)给定一个初始5G业务带宽需求大小集合{b

3)确定一个梯度下降的方向，然后根据开始确定的5G业务带宽需求分析周期大小向下移动，并更新b

4)当下降的高度小于定义的阈值的时候，则停止下降；否则继续迭代搜索。

本发明所具有的优点与有益效果是：

本发明一种基于5G技术的不同业务需求带宽自动分配装置适用于5G网络建设分析，本装置数据收集简单易操作，可以直接通过通信电缆从现网5G无线设备(BBU)中获取相关数据，结合实际网络运行状态，科学分析5G网络各业务需求带宽大小，科学引导5G网络建设方式。同时本发明还具有5G网络各业务需求分析功能，通过本发明的业务分析模块可以直观了解到网络运行过程中5G网络各业务需求带宽大小，直接针对不同业务带宽需求采用不同的解决方案，大大提高了网络带宽资源的利用率。通过本发明的带宽自动分配模块，将现网业务需求自动合理分析分配，使现网资源合理利用。通过本发明业务应急处理模块可以随时处理突发性拥塞问题，为无线网络正常运行提供了保障。为后续5G网络规划建设、优化提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明示例性实施例的一种基于5G技术的不同业务需求带宽自动分配装置结构框图；

图2为本发明示例性实施例的一种基于5G技术的不同业务需求带宽自动分配装置的结构链接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。需要说明的是，本系统中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。

如图1、2所示，本发明一种基于5G技术的不同业务需求带宽自动分配装置：包括传输接入模块1、带宽自动分配模块2、业务分析模块3，其中传输接入模块1采用PM5342芯片；带宽自动分配模块2采用VT6120芯片；业务分析模块3采用88E8001芯片。所述传输接入模块通过通信电缆5与SPN设备相应端口通信连接；传输接入模块1的数据端口通过数据电缆4与带宽自动分配模块2的数据端口电连接，业务分析模块3的数据端口通过数据电缆4与带宽自动分配模块2的数据端口电连接；业务分析模块3的通信端口通过通信电缆5与5G不同业务的无线设备(BBU)通信端口通信连接。

所述传输接入模块用于将SPN中不同接入能力和不同接口类型接入到无线网络中，并根据传输能力将不同接入能力的端口划分为不同等级。所述带宽自动分配模块2用于将业务分析模块3反馈的数据进行需求管理，根据需求带宽将不同等级的业务需求进行归类管理，并通过业务需求记忆模块212将归类需求进行周期性记忆，将管理好的数据信息发送给业务处理模块22，并将数据进行进行负载均衡处理，使得在有限的资源带宽下合理使用，避免造成资源的浪费。在业务处理过程中，如有突发大流量情况，业务应急处理模块222会根据现网负载均衡处理结果进行应急分析，合理分配带宽资源，保障突发业务正常使用，并通过业务需求记忆模块212进行记忆该突发业务是否是周期性还是非周期性。业务处理模块22将分析处理完成的业务发送给业务分配模块23，并通过自动端口分配和手动端口分配的方式进行业务分配。所述业务分析模块3用于无线网络常规业务、物联网业务、大连接业务、大带宽业务、低时延业务、规律性业务、突发应急业务、其他业务等不同业务的带宽需求分析，分析记录每种无线网络需求带宽的大小，分析每种无线网络忙时、闲时需求带宽的峰值大小，分析每种网络的平均需求带宽大小，并将分析结果反馈给带宽自动分配模块进行带宽分配处理。

其中：所述的传输接入模块1具体包括200GE光接口11、100GE光接口12、50GE光接口13、40GE光接口14和10GE光接口15；200GE光接口、100GE光接口、50GE光接口、40GE光接口和10GE光接口均通过通信电缆直接接入SPN的相应端口上。

所述带宽自动分配模块2包括业务管理模块21、业务处理模块22、业务分配模块23。业务管理模块21用于将业务分析模块反馈的数据进行需求管理，根据需求带宽将不同等级的业务需求进行归类管理，并周期性记忆不同网络的带宽需求情况；业务处理模块22用于将数据进行进行负载均衡处理，使得在有限的资源带宽下合理使用，避免造成资源的浪费。在业务处理过程中，如有突发大流量情况，业务应急处理模块会根据现网负载均衡处理结果进行应急分析，合理分配带宽资源，保障突发业务正常使用，并记录该突发业务是否是周期性还是非周期性。业务分配模块23用于将处理好的业务信息通过自动端口分配和手动端口分配的方式进行业务分配。

所述的业务管理模块21包括业务需求管理模块211和业务需求记忆模块212，其中，业务需求管理模块211主要对业务分析模块所反馈的信息进行规划管理，并按照业务需求带宽大小进行归类管理；业务需求记忆模块212主要是用于记录不同业务的带宽需求大小，根据业务的性质可分为周期性记录和突发性记录两种方式。

所述的业务处理模块22包含业务均衡处理模块221和业务应急处理模块222，其中，业务均衡处理模块221主要将数据进行进行负载均衡处理，合理分配，使得在有限的资源带宽下合理使用，避免造成资源的浪费；业务应急处理模块222主要将突发大流量业务情况及时分析处理，业务应急处理模块会根据现网负载均衡处理结果进行应急分析，合理分配带宽资源，保障突发业务正常使用。

所述的业务分配模块23包含自动端口分配模块231和手动端口分配模块232，其中，自动端口分配模块231主要是根据分析结果自动匹配相应带宽大小的端口，而手动端口分配模块232主要是通过人为操作设置将不同的带宽需求分配到不同的带宽端口上。

所述的业务分析模块3包括常规业务分析模块31、物联网业务分析模块32、大连接业务分析模块33、大带宽业务分析模块34、低时延业务分析模块35、规律性业务分析模块36、突发应急业务分析模块37和其他业务分析模块38。其中，常规业务分析模块31主要是对常规室分业务、宏基站业务、常规语音业务，常规数据业务等进行需求带宽大小、无线网络忙时需求带宽的峰值大小、无线网络闲时需求带宽的峰值大小、平均需求带宽大小的分析记录；物联网业务分析模块32主要是对智能家居业务、智能交通业务、智能医疗业务、智能物流业务等进行业务需求带宽大小的分析记录；大连接业务分析模块33主要是对智能工业业务、智能控制业务等进行业务需求带宽大小的分析记录；大带宽业务分析模块34主要是对超高清视频业务、VR业务、AR业务等进行业务需求带宽大小的分析记录；低时延业务分析模块35主要是针对自动驾驶等要求时延较低的业务进行业务需求带宽大小的分析记录；规律性业务分析模块36主要是针对有规律性变化的业务进行业务需求带宽大小的分析记录；突发应急业务分析模块37只要是针对突发性业务需求带宽大小的分析记录；其他业务分析模块38只要是针对临时业务保障业务等特殊需求的业务需求带宽大小的分析记录。

所述的通信电缆5为尾纤、铠装光缆中的一种。所述的数据电缆4是COM口数据电缆或USB口数据电缆。

一种基于5G技术的不同业务需求带宽自动分配装置的分配方法，包括以下步骤：

根据不同5G网络业务带宽需求变化，随时调整带宽资源的分析方法可以采用多元回归的统计方式进行。多元回归在处理测量数据时，经常要研究变量与变量之间的关系。变量之间的关系一般分为两种。一种是完全确定关系，即函数关系；一种是相关关系，即变量之间既存在着密切联系，但又不能由一个或多个变量的值求出另一个变量的值。回归分析的任务就是用数学表达式来描述相关变量之间的关系。通过对不同5G网络业务带宽需求观测值或者历史数据的分析，确定各个变量之间的相关性。假设需要预测的值5G业务需要分配的带宽大小为y，样本变量5G业务需求种类为x，每组样本数量也就是5G不同业务数量为p，n组代表不同时间周期的观测值为：

(x

通过进一步的分析，采用式(2)来定义多元回归模型：

为了更加方便地进行计算，采用如下方法进行变量替换：令：

b＝[b

y＝[y

其中：b

y＝bX (3)

通过确定残差平方和最小，分配带宽大小与5G业务需求带宽大小差最小Q为最合适的标准。通过计算，可以得到平方损失函数为：

其中：X

其中：y

这里进一步采用梯度下降算法求Q(b)的最小值。梯度下降算法是一种通过将参数向梯度的反方向不断移动来逐步逼近最优值的最优化方法。在梯度下降算法中，梯度的方向是函数值增加最快的方向，这里要求的是Q(b)的极小值，因此在该算法中，梯度的方向应该是偏导数的反方向，即：

其中α为学习速率，用来调节Q(b)向下移动的速度。对于每个样本，式(7)中求导部分

对

每个参数沿着梯度方向的变化可以由以下计算式得出：

使用梯度下降算法计算时，b首先被初始化，然后通过不断迭代计算b的参数，最终结果收敛于最优值。

梯度下降算法的步骤如下:

1)确定5G业务带宽需求分析周期大小。

2)给定一个初始5G业务带宽需求大小集合{b

3)确定一个梯度下降的方向，然后根据开始确定的5G业务带宽需求分析周期大小向下移动，并更新b

4)当下降的高度小于定义的阈值的时候，则停止下降；否则继续迭代搜索。

在多元线性回归模型中，变量的权值确定分为两种:一种是参数学习法，一种是非参数学习法。在参数学习法中，模型通过训练数据得到一系列权值(参数)，然后根据这些权值来预测数据。非参数学习法在预测的过程中，每次都需要重新训练新的数据，得到新的权值，这将导致每次训练得到的权值也是不一样的。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然并非用以限定本发明实施的范围，依据本发明的权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。