数据流的时效性优化方法及装置

1.本技术涉及通信技术领域，特别是涉及一种数据流的时效性优化方法及装置。


背景技术：

2.在当前的第五代(the fifth-generation,5g)移动通信中，物联网(internet of things,iot)设备的连接性和可靠性显著提高，物联网技术已开始广泛应用于各个领域，例如医疗保健、智能交通和物流系统、智能城市、能源行业等。物联网设备数量的快速增长以及这些设备产生的数据量对物联网中信息的传输构成了巨大的挑战。因此，设计有效的路由机制，来自适应的控制网络拥塞，增加网络的吞吐量是十分必要的。
3.例如常用的背压路由是一种在多跳网络中利用队列积压差来控制拥塞的算法，并且可使网络的吞吐量达到最优。背压路由算法主要用于解决延迟较长，队列复杂度较高等问题。然而在车联网等应用程序中，对信息的时效性有着较高的要求，传统的背压路由并不能满足高时效性的要求。
4.可见，目前的背压路由算法存在数据流的时效性较低的问题。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种发明提出了一种数据流的时效性优化方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，以实现物联网信息传输中的高时效路由机制设计，提高数据流的时效性。
6.第一方面，本技术提供了一种数据流的时效性优化方法，所述方法包括：
7.针对任一待传输数据类型，根据各链路的传输速率确定所述待传输数据类型在各所述链路上对应的链路权重，所述链路包括相邻的第一网络节点和第二网络节点；
8.根据各所述待传输数据类型在各所述链路上对应的所述链路权重，从各所述待传输数据类型中确定目标数据类型；
9.根据所述目标数据类型在各所述链路上对应的所述链路权重，以及各所述链路的所述传输速率，从各所述链路中确定目标调度链路，并在所述目标调度链路上传输所述目标数据类型对应的数据流。
10.在其中一个实施例中，所述根据各链路的传输速率确定所述待传输数据类型在各所述链路上对应的链路权重，包括：
11.获取各链路的传输速率；
12.针对任一所述链路，分别获取当前时隙所述第一网络节点和所述第二网络节点中所述待传输数据类型对应的队列积压长度；
13.根据当前时隙各所述链路中的所述第一网络节点和所述第二网络节点中所述待传输数据类型对应的队列积压长度，确定各所述链路上所述待传输数据类型对应的队列积压长度差值；
14.根据各所述链路上所述待传输数据类型对应的队列积压长度差值，以及各所述链
路的传输速率，确定所述待传输数据类型在各所述链路上对应的链路权重，其中，所述链路权重与所述队列积压长度差值及与所述传输速率均正相关。
15.在其中一个实施例中，所述根据所述目标数据类型在各所述链路上对应的所述链路权重，以及各所述链路的所述传输速率，从各所述链路中确定目标调度链路，包括：
16.获取可调度链路集的集合；
17.针对所述可调度链路集的集合中任一所述可调度链路集，根据所述目标数据类型在所述可调度链路集中各所述链路上对应的所述链路权重，以及各所述链路的所述传输速率，得到所述可调度链路集对应的权重总和；
18.根据各所述可调度链路集对应的权重总和，从所述可调度链路集的集合中确定目标可调度链路集，并将所述目标可调度链路集中的各所述链路，作为目标调度链路。
19.在其中一个实施例中，所述获取可调度链路集的集合，包括：
20.获取链路集合；
21.根据链路调度的限制条件，从所述链路集合中确定可调度链路集的集合。
22.在其中一个实施例中，所述根据链路调度的限制条件，从所述链路集合中确定可调度链路集的集合，包括：
23.针对所述链路集合中的任一所述链路，确定所述链路的激活状态；
24.根据各所述链路的所述激活状态，确定各所述链路中相邻的两个网络节点的传输状态；
25.根据链路调度的限制条件，以及各所述链路中相邻的两个网络节点的传输状态，从所述链路集合中确定各可调度链路集，各个所述可调度链路集组成可调度链路集的集合，所述链路调度的限制条件包括一个所述网络节点不能同时处于发送数据和接收数据的传输状态。
26.在其中一个实施例中，所述针对任一待传输数据类型，根据各链路的传输速率确定所述待传输数据类型在各所述链路上对应的链路权重，包括：
27.根据各链路上的两个网络节点中各待传输数据类型对应的队列积压长度，建立李雅普诺夫漂移函数；
28.根据各所述待传输数据类型的时效性确定惩罚项，针对任一所述待传输数据类型，所述待传输数据类型的所述时效性根据所述待传输数据类型所在的各所述链路的所述传输速率确定；
29.根据所述李雅普诺夫漂移函数以及所述惩罚项，确定各所述待传输数据类型在各所述链路上对应的链路权重。
30.第二方面，本技术还提供了一种数据流的时效性优化装置，所述装置包括：
31.链路权重确定模块，用于针对任一待传输数据类型，根据各链路的传输速率确定所述待传输数据类型在各所述链路上对应的链路权重，所述链路包括相邻的第一网络节点和第二网络节点；
32.目标数据类型确定模块，用于根据各所述待传输数据类型在各所述链路上对应的所述链路权重，从各所述待传输数据类型中确定目标数据类型；
33.目标调度链路确定模块，用于根据所述目标数据类型在各所述链路上对应的所述链路权重，以及各所述链路的所述传输速率，从各所述链路中确定目标调度链路，并在所述
目标调度链路上传输所述目标数据类型对应的数据流。
34.在其中一个实施例中，所述链路权重确定模块，还用于获取各链路的传输速率；针对任一所述链路，分别获取当前时隙所述第一网络节点和所述第二网络节点中所述待传输数据类型对应的队列积压长度；根据当前时隙各所述链路中的所述第一网络节点和所述第二网络节点中所述待传输数据类型对应的队列积压长度，确定各所述链路上所述待传输数据类型对应的队列积压长度差值；根据各所述链路上所述待传输数据类型对应的队列积压长度差值，以及各所述链路的传输速率，确定所述待传输数据类型在各所述链路上对应的链路权重，其中，所述链路权重与所述队列积压长度差值及与所述传输速率均正相关。
35.在其中一个实施例中，所述目标调度链路确定模块，还用于获取可调度链路集的集合；针对所述可调度链路集的集合中任一所述可调度链路集，根据所述目标数据类型在所述可调度链路集中各所述链路上对应的所述链路权重，以及各所述链路的所述传输速率，得到所述可调度链路集对应的权重总和；根据各所述可调度链路集对应的权重总和，从所述可调度链路集的集合中确定目标可调度链路集，并将所述目标可调度链路集中的各所述链路，作为目标调度链路。
36.在其中一个实施例中，所述目标调度链路确定模块，还用于获取链路集合；根据链路调度的限制条件，从所述链路集合中确定可调度链路集的集合。
37.在其中一个实施例中，所述目标调度链路确定模块，还用于针对所述链路集合中的任一所述链路，确定所述链路的激活状态；根据各所述链路的所述激活状态，确定各所述链路中相邻的两个网络节点的传输状态；根据链路调度的限制条件，以及各所述链路中相邻的两个网络节点的传输状态，从所述链路集合中确定各可调度链路集，各个所述可调度链路集组成可调度链路集的集合，所述链路调度的限制条件包括一个所述网络节点不能同时处于发送数据和接收数据的传输状态。
38.在其中一个实施例中，所述链路权重确定模块，还用于根据各链路上的两个网络节点中各待传输数据类型对应的队列积压长度，建立李雅普诺夫漂移函数；根据各所述待传输数据类型的时效性确定惩罚项，针对任一所述待传输数据类型，所述待传输数据类型的所述时效性根据所述待传输数据类型所在的各所述链路的所述传输速率确定；根据所述李雅普诺夫漂移函数以及所述惩罚项，确定各所述待传输数据类型在各所述链路上对应的链路权重。
39.第三方面，本技术还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
40.第四方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
41.第五方面，本技术还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
42.上述数据流的时效性优化方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，针对任一待传输数据类型，根据各链路的传输速率确定所述待传输数据类型在各所述链路上对应的链路权重，所述链路包括相邻的第一网络节点和第二网络节点；根据
各所述待传输数据类型在各所述链路上对应的所述链路权重，从各所述待传输数据类型中确定目标数据类型；根据所述目标数据类型在各所述链路上对应的所述链路权重，以及各所述链路的所述传输速率，从各所述链路中确定目标调度链路，并在所述目标调度链路上传输所述目标数据类型对应的数据流。相比于传统技术中利用队列积压差来控制拥塞的背压路由算法，本技术提供的数据流的时效性优化方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，引入了链路的传输速率来确定链路权重，进而确定当前时隙最合理地传输链路与传输数据类型，使得在每个时隙即可以自适应的做出路由和链路调度策略，提高数据流的时效性，有利于保持网络的稳定状态和信息的新鲜度。
附图说明
43.图1为一个实施例中数据流的时效性优化方法的流程示意图。
44.图2为一个实施例中的网路模型图。
45.图3为一个实施例中步骤102的流程示意图。
46.图4为一个实施例中步骤106的流程示意图。
47.图5为一个实施例中步骤402的流程示意图。
48.图6为一个实施例中步骤504的流程示意图。
49.图7为一个实施例中步骤102的流程示意图。
50.图8为一个实施例中相邻节点之间的aoi曲线图。
51.图9为一个实施例中节点b处aoi的变化曲线图。
52.图10为一个实施例中数据流的时效性优化方法的流程示意图。
53.图11为一个实施例中数据流的时效性优化装置的结构框图。
54.图12为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
55.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
56.通过使用物联网技术，数以万计的设备可以相互通信和交换信息。2022年，物联网设备的数量预计将超过400亿，到2025年，预计将达到754亿。物联网设备数量的快速增长以及这些设备产生的数据量对物联网中信息的传输构成了巨大的挑战。因此，设计有效的路由机制，来自适应的控制网络拥塞，增加网络的吞吐量是十分必要的。
57.背压路由是一种在多跳网络中利用队列积压差来控制拥塞的算法，并且可使网络的吞吐量达到最优。近年来，背压路由算法的研究主要集中于解决延迟较长，队列复杂度较高等问题。然而，尚未有研究考虑优化目的节点处的信息时效性，而在车联网之类的应用程序中，对信息的时效性有着较高的要求。
58.背压路由算法通过网络中各节点处的队列拥塞梯度进行数据包传输的路由。数据包的路由阶段是基于时隙进行的，在每一时隙，节点会向队列积压最大的邻居节点转发数据包。这个特性也符合自然界的规律，可以联想到在管道中，水流也倾向于向着压力梯度最大的方向流动，从而达到最终的稳定状态。背压路由算法不仅能用于无线通信网络，还可用
于移动自组织网络以及有线网络。
59.信息年龄(age of information,aoi)是用来刻画信息时效性的指标。aoi指的是从目的节点来看，最新的数据包从源节点产生后所经过的时间。aoi越小，代表接收到的数据越新鲜。在控制类的应用程序中，必须保持信息的新鲜度，如果接收到的信息是过时的，则会导致错误的控制和决策，甚至会引发更严重的灾难。如今的研究主要关注的是两个指标，即平均信息年龄(time average age of information)和峰值信息年龄(peak age of information)。目前的背压路由算法存在数据流的时效性较低的问题。
60.基于此，本技术实施例提供了一种数据流的时效性优化方法，是一种基于信息年龄的背压路由算法，综合考虑网络中节点处的路由以及链路调度策略来进行数据流的时效性优化，用于实现物联网信息传输中的高时效路由机制设计。
61.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种数据流的时效性优化方法，其特征在于，所述方法包括：
62.步骤102，针对任一待传输数据类型，根据各链路的传输速率确定待传输数据类型在各链路上对应的链路权重，链路包括相邻的第一网络节点和第二网络节点。
63.本技术实施例中，多跳物联网的模型可以用一个有向图g＝(n，l)来描述，如图2所示。其中，n表示在此多跳物联网系统g中所有节点的集合，包括源节点、中继节点s以及目的节点d，因此网络中的节点n∈{0,1,
…
n}，并且规定第n个节点即是网络的目的节点。源节点到目的节点中间可以有多个中继节点。l用来表示物联网g中所有链路的集合，每个链路包括相邻的两个节点。时间被划分成离散的时隙，t∈{0,1,2
…
}。
64.待传输数据类型c为网络中传输的数据包的种类，在每个节点n中，不同类型的数据包分别存放在相应的队列中。链路的传输速率u
ij
为单位时间内该链路的一个节点向另一个节点传递的数据包的数量。一条链路的传输速率在不同时隙、不同待传输数据类型下是相等的。针对任一待传输数据类型，可以根各链路的传输速率，以及链路中相邻的第一网络节点和第二网络节点的队列积压差，来确定各链路权重。链路权重可以用来表征当前时隙链路被调用进行传输的可能性，如果链路(i，j)的权重为负值，那么在当前时隙t，链路(i，j)就不会传输数据；相反，若链路权重为正值，在链路(i，j)上就会传输数据，对应传输的数据包的数量为u
ij
。
65.步骤104，根据各待传输数据类型在各链路上对应的链路权重，从各待传输数据类型中确定目标数据类型。
66.示例性的，本技术实施例中，可以先从各链路权重中挑选出正值的链路权重，再将正值的链路权重中的最大值对应的传输数据类型作为目标数据类型。目标数据类型可以被定义为c
*
，满足下列公式(一)。
[0067][0068]
其中，c为各待传输数据类型的集合，(i，j)是网络中任意一条链路，链路中包括相邻的两个节点i、j，节点j是节点i的邻居节点。u
ij
代表链路(i，j)的传输速率。v为一个非负值，表示网络稳定性与信息时效性之间的权衡，v值越大，则信息年龄(aoi)所占的权重就越大，也即链路传输速率所占的比重越大。表示网络节点i中待传输数据类型c的队列
积压长度，表示网络节点j中待传输数据类型c的队列积压长度。队列积压长度为网络节点中待传输数据类型对应的数据包的个数。
[0069]
步骤106，根据目标数据类型在各链路上对应的链路权重，以及各链路的传输速率，从各链路中确定目标调度链路，并在目标调度链路上传输目标数据类型对应的数据流。
[0070]
本技术实施例中，目标调度链路为当前时隙网络中被调度可以用来进行传输目标数据类型对应的数据流的链路。目标数据类型对应的多个数据包即组成目标数据类型对应的数据流。在确定目标数据类型后，可以获取目标数据类型在各链路上对应的链路权重，在任意一个可调度的链路集合中，将各链路对应的链路权重与传输速率的乘积求和，并取最大值，其中最大值对应的可调度的链路集合中所有链路皆为目标调度链路。
[0071]
上述数据流的时效性优化方法，针对任一待传输数据类型，根据各链路的传输速率确定待传输数据类型在各链路上对应的链路权重，链路包括相邻的第一网络节点和第二网络节点；根据各待传输数据类型在各链路上对应的链路权重，从各待传输数据类型中确定目标数据类型；根据目标数据类型在各链路上对应的链路权重，以及各链路的传输速率，从各链路中确定目标调度链路，并在目标调度链路上传输目标数据类型对应的数据流。相比于传统技术中利用队列积压差来控制拥塞的背压路由算法，本技术提供的数据流的时效性优化方法，引入了链路的传输速率来确定链路权重，进而确定当前时隙最合理地传输链路与传输数据类型，使得不需要预先掌握信道的状态信息，在每个时隙即可以自适应的做出路由和链路调度策略，提高数据流的时效性，有利于保持网络的稳定状态和信息的新鲜度。
[0072]
在一个实施例中，如图3所示，在步骤102中，根据各链路的传输速率确定待传输数据类型在各链路上对应的链路权重，可以包括：
[0073]
步骤302，获取各链路的传输速率。
[0074]
其中，任意一条链路(i，j)包括相邻的第一网络节点i和第二网络节点j。链路的传输速率即为当前时隙链路(i，j)中，第一网络节点i向第二网络节点j传输的数据包个数。
[0075]
步骤304，针对任一链路，分别获取当前时隙第一网络节点和所第二网络节点中待传输数据类型对应的队列积压长度。
[0076]
其中，针对任一链路(i，j)，可以获取当前时隙第一网络节点i中待传输数据类型对应的数据包的个数作为对应的队列积压长度获取当前时隙第一网络节点j中待传输数据类型对应的数据包的个数作为对应的队列积压长度
[0077]
步骤306，根据当前时隙各链路中的第一网络节点和第二网络节点中待传输数据类型对应的队列积压长度，确定各链路上待传输数据类型对应的队列积压长度差值。
[0078]
其中，针对任意一条链路(i，j)，可以将第一网络节点i中的队列积压长度减去第二网络节点j中的队列积压长度得到待传输数据类型对应的队列积压长度差值。需要说明的是，链路(i，j)与链路(j，i)是不同的两条链路。
[0079]
步骤308，根据各链路上待传输数据类型对应的队列积压长度差值，以及各链路的传输速率，确定传输数据类型在各链路上对应的链路权重，其中，链路权重与队列积压长度差值及与传输速率均正相关。
[0080]
其中，各待传输类型在各链路上对应的链路权重可以满足下列公式(二)。
[0081][0082]
本公开实施例中，链路权重不仅考虑到相邻节点之间的队列积压长度差值，还考虑到了链路传输速率，当节点i和节点j之间的链路传输速率越大的时候，则越有可能调度这条链路进行传输，以使得能够在满足网络稳定的前提下，实现信息年龄性能的优化。
[0083]
在一个实施例中，如图4所示，在步骤106中，根据目标数据类型在各链路上对应的链路权重，以及各链路的传输速率，从各链路中确定目标调度链路，可以包括：
[0084]
步骤402，获取可调度链路集的集合。
[0085]
其中，可调度链路集的集合包括多个可调度链路集，每个可调度链路集中包括多条可以同时调度不冲突的链路。
[0086]
步骤404，针对可调度链路集的集合中任一可调度链路集，根据目标数据类型在可调度链路集中各链路上对应的链路权重，以及各链路的传输速率，得到可调度链路集对应的权重总和。
[0087]
其中，可调度链路集包括多条可以同时调度的链路。在确定目标数据类型后，在任意一个可调度链路集中，可以将目标数据类型在链路上对应的链路权重与传输速率的相乘，进而将各链路对应的乘积求和，得到可调度链路集对应的权重总和。
[0088]
目标数据类型在各链路上对应的链路权重可以满足下列公式(三)。
[0089][0090]
其中，为目标数据类型在各链路上对应的链路权重，为当前时隙第一网络节点i中目标数据类型对应的队列积压长度，为当前时隙第一网络节点j中目标数据类型对应的队列积压长度。
[0091]
步骤406，根据各可调度链路集对应的权重总和，从可调度链路集的集合中确定目标可调度链路集，并将目标可调度链路集中的各链路，作为目标调度链路。
[0092]
其中，当前时隙目标可调度链路集可以满足下列公式(四)。
[0093][0094]
其中，π(t)为当前时隙目标可调度链路集。γ表示可调度链路集的集合，π∈γ为从可调度链路集的集合中任意选取的一个可调度链路集。在确定出各可调度链路集对应的权重总和后，将各权重总和中的最大权重总和对应的可调度链路集作为目标可调度链路集。
[0095]
本公开实施例，基于最大化链路权重与传输速率的乘积，来得到目标调度链路，以使得能够在满足网络稳定的前提下，实现信息年龄性能的优化。
[0096]
在一个实施例中，如图5所示，在步骤402中，获取可调度链路集的集合，可以包括：
[0097]
步骤502，获取链路集合。
[0098]
其中，网络中所有链路的合集，即为链路合集l。链路包括相邻的第一网络节点i和第二网络节点j。链路(i，j)和链路(j，i)是不同的两条链路。链路(i，j)表示数据包从i节点传向j节点，链路(j，i)表示数据包从j节点传向i节点。
[0099]
步骤504，根据链路调度的限制条件，从链路集合中确定可调度链路集的集合。
[0100]
其中，链路调度的限制条件可以满足公式(五)。
[0101][0102]
其中，二元变量y
ij
(t)代表t时隙链路(i，j)的激活状态。当y
ij
(t)为1时，表示链路(i，j)的激活状态为可以传输数据，当y
ij
(t)为0时，表示链路(i，j)的激活状态为不可以传输数据。表示网络中节点i的邻居节点的集合。t为网络中需要进行链路调度的总时长。
[0103]
公式(五)限制了y
ij
(t)和y
ji
(t)不能同时为1，也即一个网络节点不能既接收数据又发送数据。同时满足公式(五)的所有链路可以组成一个可调度链路集。可以理解，公式(五)的解并不唯一，也即可调度链路集并不唯一。所有的可调度链路集组成可调度链路集的集合。
[0104]
本公开实施例，基于链路调度的限制条件确定可调度链路集的集合，维持网络的稳定性。
[0105]
在一个实施例中，如图6所示，在步骤504中，根据链路调度的限制条件，从链路集合中确定可调度链路集的集合，可以包括：
[0106]
步骤602，针对链路集合中的任一链路，确定链路的激活状态。
[0107]
其中，二元变量y
ij
(t)代表t时隙链路(i，j)的激活状态。当y
ij
(t)为1时，表示链路(i，j)的激活状态为可以传输数据，当y
ij
(t)为0时，表示链路(i，j)的激活状态为不可以传输数据。
[0108]
步骤604，根据各链路的激活状态，确定各链路中相邻的两个网络节点的传输状态。
[0109]
其中，传输状态可以包括接收数据、发送数据以及既不接收也不发送数据。当y
ij
(t)为1时，链路(i，j)的激活状态为可以传输数据，此时第一网络节点i的传输状态为发送数据，第二网络节点j的传输状态为接收数据。
[0110]
步骤606，根据链路调度的限制条件，以及各链路中相邻的两个网络节点的传输状态，从链路集合中确定各可调度链路集，各个可调度链路集组成可调度链路集的集合，链路调度的限制条件包括一个网络节点不能同时处于发送数据和接收数据的传输状态。
[0111]
其中，在获得各链路中相邻的两个网络节点的传输状态后，可以针对任意一个节点，根据公式(五)获得所有此时满足限制条件得其他邻居节点。依次类推，即可得到满足y
ij
(t)和y
ji
(t)不能同时为1，也即满足一个网络节点不能同时处于发送数据和接收数据的传输状态的多个矩阵。矩阵即为可调度链路集，矩阵中每个参数即为可调度链路集中链路的激活状态。多个矩阵组成了可调度链路集的集合。
[0112]
本公开实施例，基于网络节点的传输状态从链路集合中确定了各可调度链路集，维持了网络的稳定性。
[0113]
在一个实施例中，如图7所示，在步骤102中，针对任一待传输数据类型，根据各链路的传输速率确定待传输数据类型在各链路上对应的链路权重，可以包括：
[0114]
步骤702，根据各链路上的两个网络节点中各待传输数据类型对应的队列积压长度，建立李雅普诺夫漂移函数。
[0115]
其中，网络稳定需满足限制条件公式(六),e为均值函数。
[0116][0117]
为了满足公式(六)，需要采用引用李雅普诺夫优化理论来维持网络稳定。
[0118]
李雅普诺夫函数定义为下列公式(七)。
[0119][0120]
其中，l(t)为李雅普诺夫函数，c_sum代表网络中所有待传输数据类型数目。节点n在t时隙关于待传输数据类型c对应的数据包的队列积压长度，满足下列公式(八)。
[0121][0122]
其中，表示从节点n向其邻居节点j传递的待传输数据类型c对应的数据包的数量，en(t)是在此t时隙，外部从节点n注入网络中的待传输数据类型c对应的数据包的数量，并且网络系统采用的是先到先服务的队列模型。
[0123]
定义李雅普诺夫漂移函数ω(t)为李雅普诺夫函数从一个时隙到下一个时隙的变化，为了保持系统稳定，需要最小化此差值，也即满足公式(九)。
[0124][0125]
步骤704，根据各待传输数据类型的时效性确定惩罚项，针对任一待传输数据类型，待传输数据类型的时效性根据待传输数据类型所在的各链路的传输速率确定。
[0126]
其中，待传输数据类型的时效性即为待传输数据类型的平均信息年龄，惩罚项可以根据平均信息年龄确定。可以根据惩罚项确定新的目标函数，目标函数满足下列公式(十)。惩罚项确定的目标函数可以使得目的节点处的平均信息年龄较小，即保证信息的时效性。
[0127][0128]
其中，a
sum
是目的节点处所有待传输数据类型对应的数据包的平均信息年龄的和。v是一个非负值，表示网络稳定性与信息时效性之间的权衡，v值越大，则信息年龄所占的权重就越大。va
sum
即为惩罚项。平均信息年龄可以根据瞬时信息年龄得到。
[0129]
图8为相邻节点之间的aoi曲线，如图8所示，可以得到节点i和节点j瞬时信息年龄的曲线与横坐标所围面积之间的关系，满足下列公式(十一)。
[0130][0131]
其中，k为第k个数据包。表示图8中j节点的实线与横轴所围的面积，表示图8中i节点的实线与横轴所围的面积。而阴影区域gk可以满足下列公式(十二)。
[0132][0133]
其中，t(k)为第k个数据包从源节点发送的时间，t(k-1)第k-1个数据包从源节点发送的时间，为第k个数据包到达j节点的时间，为第k个数据包到达i节点的时间。
[0134]
根据上述公式即可得出节点i和节点j处的平均信息年龄的关系，满足下列公式(十三)。
[0135][0136]
其中，表示在节点i处的待传输数据类型c对应的数据包的平均信息年龄，表示在节点j处的待传输数据类型c对应的数据包的平均信息年龄。
[0137]
令b为源节点s的下一跳节点，则b到目的节点d之间的aoi的关系可以表示为公式(十四)。
[0138][0139]
其中，ac为目的节点处待传输数据类型c对应的数据包的平均信息年龄，为在节点b处的待传输数据类型c对应的数据包的平均信息年龄，可以根据图9中的阴影区域pk的面积计算得到。图9为在节点b处的瞬时信息年龄的曲线图。阴影区域pk的面满足下列公式(十五)。
[0140][0141]
从而，可以得到节点b处的瞬时aoi曲线与横轴所围面积满足下列公式(十六)。
[0142][0143]
其中，λ为数据包的生成速率，u
sb
为链路(s，b)的传输速率。
[0144]
待传输数据类型c对应的数据包在节点b处的平均aoi则满足下列公式(十七)。
[0145][0146]
因此，目的节点处待传输数据类型c对应的数据包的平均信息年龄函数满足下列公式(十八)。
[0147][0148]
其中，ac为目的节点处待传输数据类型c对应的数据包的平均信息年龄，也即为待传输数据类型c的时效性，λ为传输数据类型c对应的数据包的生成速率，u
ij
为待传输数据类型c所在的链路(i，j)的传输速率。因此，针对任一待传输数据类型c，待传输数据类型c的时效性可以根据待传输数据类型c所在的各链路(i，j)的传输速率u
ij
确定得到。
[0149]
步骤706，根据李雅普诺夫漂移函数以及惩罚项，确定各待传输数据类型在各链路上对应的链路权重。
[0150]
其中，由于ac为目的节点处待传输数据类型c对应的数据包的平均信息年龄，a
sum
是目的节点处所有待传输数据类型对应的数据包的平均信息年龄的和，可以将公式(十八)代入公式(十)，也即将任一待传输数据类型c计算获取的ac求和后代入a
sum
，化简得到下列公式(十九)。
[0151][0152]
其中，b是一个常数，与链路的传输速率以及网络流到达率有关。对公式(十九)进一步化简，公式(十九)即相当于最大化上述公式(二)。
[0153]
因此，根据公式(二)即可确定各待传输数据类型在各链路上对应的链路权重。
[0154]
本公开实施例，先求出在目的节点处的平均信息年龄的函数表达式，后引入李雅普诺夫漂移加惩罚框架进行分析，即将平均信息年龄函数作为惩罚项，从而得出新的链路权重的表达式，在每个时隙可自适应的做出路由和链路调度策略，而不需要预先掌握信道的状态信息等，有利于保持网络的稳定状态和信息的新鲜度。
[0155]
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0156]
为了便于本技术实施例的进一步理解，参见图10，本技术在此提供一种最完整实施例。在当前时隙t，计算所有链路中不同待传输类型对应的数据包的链路权重，根据各待传输数据类型在各链路上对应的链路权重，从各待传输数据类型中确定目标数据类型，也即各链路需传输的数据包的种类。根据公式(四)从各链路中选择目标调度链路，也即最优的调度链路，通过在目标调度链路上传输目标数据类型对应的数据流，可以提高数据流的时效性，有利于保持网络的稳定状态和信息的新鲜度。此时，每条链路的c
*
和当前时隙目标可调度链路集π(t)已确定，如果链路(i，j)的权重为负值，那么在当前时隙t，链路(i，j)就不会传输数据；相反，若链路权重为正值，在链路(i，j)上就会传输商品c
*
，对应传输的数据包的数量为u
ij
。当t小于总时长t时，可以重复上述步骤选择下一时隙的目标调度链路和目标数据类型，当t大于或等于总时长t时，可以结束该数据流的时效性优化方法。
[0157]
基于同样的发明构思，本技术实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的数据流的时效性优化方法的数据流的时效性优化装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个数据流的时效性优化装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于数据流的时效性优化方法的限定，在此不再赘述。
[0158]
在一个实施例中，参见图11，提供了一种数据流的时效性优化装置1100。数据流的时效性优化装置1100包括：
[0159]
链路权重确定模块1102，用于针对任一待传输数据类型，根据各链路的传输速率确定待传输数据类型在各链路上对应的链路权重，链路包括相邻的第一网络节点和第二网络节点；
[0160]
目标数据类型确定模块1104，用于根据各待传输数据类型在各链路上对应的链路权重，从各待传输数据类型中确定目标数据类型；
[0161]
目标调度链路确定模块1106，用于根据目标数据类型在各链路上对应的链路权重，以及各链路的传输速率，从各链路中确定目标调度链路，并在目标调度链路上传输目标数据类型对应的数据流。
[0162]
上述数据流的时效性优化装置，针对任一待传输数据类型，根据各链路的传输速率确定待传输数据类型在各链路上对应的链路权重，链路包括相邻的第一网络节点和第二网络节点；根据各待传输数据类型在各链路上对应的链路权重，从各待传输数据类型中确定目标数据类型；根据目标数据类型在各链路上对应的链路权重，以及各链路的传输速率，从各链路中确定目标调度链路，并在目标调度链路上传输目标数据类型对应的数据流。相比于传统技术中利用队列积压差来控制拥塞的背压路由算法，本技术提供的数据流的时效性优化装置，引入了链路的传输速率来确定链路权重，进而确定当前时隙最合理地传输链路与传输数据类型，使得不需要预先掌握信道的状态信息，在每个时隙即可以自适应的做出路由和链路调度策略，提高数据流的时效性，有利于保持网络的稳定状态和信息的新鲜度。
[0163]
在一个实施例中，链路权重确定模块1102还用于获取各链路的传输速率；针对任一链路，分别获取当前时隙第一网络节点和第二网络节点中待传输数据类型对应的队列积压长度；根据当前时隙各链路中的第一网络节点和第二网络节点中待传输数据类型对应的队列积压长度，确定各链路上待传输数据类型对应的队列积压长度差值；根据各链路上待传输数据类型对应的队列积压长度差值，以及各链路的传输速率，确定待传输数据类型在各链路上对应的链路权重，其中，链路权重与队列积压长度差值及与传输速率均正相关。
[0164]
在一个实施例中，目标调度链路确定模块1106还用于获取可调度链路集的集合；针对可调度链路集的集合中任一可调度链路集，根据目标数据类型在可调度链路集中各链路上对应的链路权重，以及各链路的传输速率，得到可调度链路集对应的权重总和；根据各可调度链路集对应的权重总和，从可调度链路集的集合中确定目标可调度链路集，并将目标可调度链路集中的各链路，作为目标调度链路。
[0165]
在一个实施例中，目标调度链路确定模块1106还用于获取链路集合；根据链路调度的限制条件，从链路集合中确定可调度链路集的集合。
[0166]
在一个实施例中，目标调度链路确定模块，还用于针对链路集合中的任一链路，确定链路的激活状态；根据各链路的激活状态，确定各链路中相邻的两个网络节点的传输状态；根据链路调度的限制条件，以及各链路中相邻的两个网络节点的传输状态，从链路集合中确定各可调度链路集，各个可调度链路集组成可调度链路集的集合，链路调度的限制条件包括一个网络节点不能同时处于发送数据和接收数据的传输状态。
[0167]
在一个实施例中，链路权重确定模块1102还用于根据各链路上的两个网络节点中各待传输数据类型对应的队列积压长度，建立李雅普诺夫漂移函数；根据各待传输数据类型的时效性确定惩罚项，针对任一待传输数据类型，待传输数据类型的时效性根据待传输数据类型所在的各链路的传输速率确定；根据李雅普诺夫漂移函数以及惩罚项，确定各待传输数据类型在各链路上对应的链路权重。
[0168]
上述数据流的时效性优化装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操
作。
[0169]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图12所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种数据流的时效性优化方法。
[0170]
本领域技术人员可以理解，图12中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0171]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
[0172]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
[0173]
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
[0174]
需要说明的是，本技术所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
[0175]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-only memory，rom)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(reram)、磁变存储器(magnetoresistive random access memory，mram)、铁电存储器(ferroelectric random access memory，fram)、相变存储器(phase change memory，pcm)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。本技术所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本技术所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
[0176]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0177]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。