5G信令网的SCP路由优化的方法和系统与流程

本发明涉及通信，尤其涉及一种5g信令网的scp路由优化的方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、信令网络是移动通信核心网的神经组织，大量重要的控制信号通过信令网络传输，保证通信网络有序安全工作，同样信令网络在5g中也具有重要的作用。3gpp在r15版本中规范了5gc(5g core 5g核心网)各网元(nf)之间的寻址方式以及信令采用通信协议,在r16版本中引入了scp网元，完成服务化接口信令的集中路由和转发，优化5gc服务通信架构，增强了5gc信令网的组网能力，简化了信令网的管理。

2、5g初期业务量不是很大，5gc中的各网元之间的信令采用网状的直连方式。随着5g业务的爆发时增长，5gc中的网元数量急剧增多，信令连接的管理和维护将会变得极为繁杂，而且应对网络信令风暴的能力较差，很容易导致网络瘫痪。scp很好解决了这个问题，将基于nrf重定向路由的直连组网架构转变为基于scp代理路由的准直连组网架构。

3、scp支持代理路由的准直连方式，通过集中路由和转发，实现了实时和集中的有效路由处理。同时，scp的代理服务发现可以帮助网元完成代理到网络存储功能(nrf)服务服务。另外，scp的消息转发和寻址支持所有服务化接口的消息转发和寻址。

4、由于新型的scp信令架构代理了所有的信令路由，因此scp具有不同与其他网元的独特的优势，通过挖掘和开发scp的路由能力，对于提高整个5gc的性能可以发挥积极的作用。

5、现有scp的功能主要集中在路由代理，通过优化scp的路由进行5gc优化具有独特的优势，主要体现在如下几点：1、scp信令代理的能力可以使得scp与所有网元具有信令链路，这个优势没有充分利用；2、scp网元通过安排不同网元之间的路由，可以在流量控制、过载保护、负载均衡、信令跟踪等方面发挥重要作用；3、scp的路由优化是实现5gc整体网络优化的一条重要途径，可以与其他网络优化相互配合和协调；4、scp因为完成大量的信令路由代理，因此scp路由优化不适合复杂度太高的“重优化”算法。

6、由于scp通过信令代理的方式同所有的网元具有连接的路由，因此路由优化可以采用“生物模仿活动”的优化类算法来实现，例如模仿蚂蚁觅食行为的蚁群优化、模仿鸟类飞行的粒子群算法和模仿蝙蝠飞行的蝙蝠算法等。本发明采用了改进的蚁群优化算法来实现scp的信令路由优化。

7、蚁群算法是一种复杂度较低的优化算法，算法模拟蚂蚁的觅食行为，在蚂蚁寻找食物的过程中不断释放被称为信息素的物质，蚂蚁的栖息地到食物源的路径越短，该路径上通过的蚂蚁的数量就越多，信息素就越强，从而指引蚂蚁的行为，该行为也被称为信息正反馈。正是由于使用了正反馈机制，蚁群优化比其他优化算法在获取次优解方面具有更好的性能。此外，该算法还具有内在的分布式结构和较强的鲁棒性等特点。蚁群优化在实际生活中得到了广泛的关注与应用，特别是蚁群优化在组合优化问题中优异的性能表现，大量应用于多目标组合优化的问题中。

技术实现思路

1、为了至少部分解决现有技术中存在的5g网络优化需求而完成了本发明。

2、根据本发明的一方面，提供一种5g信令网的scp路由优化的方法，包括，

3、s1、通过信令网络定期向网元发送作为查询信令的人工蚂蚁，所述人工蚂蚁具有需要查询的参数以及需要网元执行的命令，

4、其中，需要查询的参数包括针对各个网元的不同的优化目标，所述优化目标按照预设权重划分为预设个数的优化层次目标，所述优化层次目标至少包括第一层次目标q、第二层次目标d、第三层次目标(e,b)和第四层次目标c，

5、其中，所述人工蚂蚁根据不同的所述优化层次目标划分为不同类型的人工蚂蚁，第一类人工蚂蚁a1对应所述第一层次目标，第二类人工蚂蚁a2对应所述第二层次目标，第三类人工蚂蚁a3对应所述第三层次目标，第四类人工蚂蚁a4对应所述第四层次目标；

6、s2、为人工蚂蚁选择不同的网元作为源网元i和目的网元j，并随机分配从源网元i到目的网元j的路由；

7、s3、接收从目的网元j返回的人工蚂蚁，其中，所述人工蚂蚁到达目的网元j后，将路由、源网元i和目的网元j的参数按照不同的优化层次目标划分并插入到相应类型的人工蚂蚁上；

8、s4、根据返回的不同类型的人工蚂蚁收集的对应该路由的源网元i和目的网元j的数据，作为该路由的信息素更新的依据，其中，不同类型的人工蚂蚁采用不同的信息素更新策略，所述信息素更新策略包括：

9、所述第一类人工蚂蚁a1的信息素更新策略，如果所述第一层次目标低于系统设定的门限，则无论其他优化层次目标的优化结果如何，信息素的增量都为0，

10、所述第二类人工蚂蚁a2的信息素更新策略，如果所述第二层次目标低于系统设定的门限，则无论其他优化层次目标的优化结果如何，信息素的增量都为0，并且如果所述第二层次目标高于系统设定的门限，则对所述第二层次目标进行优化，

11、所述第三类人工蚂蚁a3的信息素更新策略，在确保所述第一层次目标和所述第二层次目标都高于或等于系统设定的门限的基础上，对所述第三层次目标进行优化以更新信息素，以及

12、所述第四类人工蚂蚁a4的信息素更新策略，在确保不干扰所述第一层次目标、所述第二层次目标和所述第三层次目标的基础上，对所述第四层次目标进行优化以更新信息素；

13、s5、按照更新后的路由的信息素选择从源网元i到目的网元j的路由；以及

14、s6、重复s3至s5的步骤以适应网络的动态变化。

15、可选地，路由的信息素的更新包括：

16、

17、其中，ρ∈(0，1)为信息素的挥发系数，以模拟信息素随着时间逐步挥发，τij(t)和τij(t+1)分别为在t时刻和在t时刻的下一个时刻t+1时刻从源网元i到目的网元j的路径i→j上的信息素总量，δτij(t)为t时刻的路径i→j上的信息素增量，为t时刻第k∈{1，2，...,m}类蚂蚁在路径i→j上留下的信息素，其中，

18、

19、其中，为人工蚂蚁在源网元i和目的网元j之间的路由的对应所述第一类人工蚂蚁a1的信息素的更新值，为人工蚂蚁在源网元i和目的网元j之间的路由的对应所述第二类人工蚂蚁a2的信息素的更新值，为人工蚂蚁在源网元i和目的网元j之间的路由的对应所述第三类人工蚂蚁a3的信息素的更新值，为人工蚂蚁在源网元i和目的网元j之间的路由的对应所述第四类人工蚂蚁a4的信息素的更新值。

20、可选地，所述按照更新后的路由的信息素选择从源网元i到目的网元j的路由的步骤s5包括：

21、人工蚂蚁在同类网元中选择网元作为路由的概率为：

22、

23、从源网元i到目的网元j的路由根据该概率进行选择，

24、其中，α＝1,2,3,4，所述第一、第二、第三、第四类人工蚂蚁对信息素的喜爱程度；β为期望启发式因子，表示对信息素的喜爱程度对整体概率的影响，z为人工蚂蚁的数量，z∈{1,2,...,z}。

25、可选地，所述第一类人工蚂蚁a1的信息素更新策略包括：

26、

27、其中，t1为系统设定的第一层次目标q的门限指标。

28、可选地，所述第二类人工蚂蚁a2的信息素更新策略包括：

29、

30、其中，t2为系统设定的第二层次目标d的门限指标，m是系统设定的常数,0≤m≤1。

31、可选地，所述第三类人工蚂蚁a3的信息素更新策略包括：

32、

33、其中，sij为人工蚂蚁经过源网元i和目的网元j之间的路由带来的第三层次目标优化的灵敏度，0≤sij≤1。

34、可选地，所述第四类人工蚂蚁a4的信息素更新策略包括：

35、

36、其中，p为第四层次目标的变化量。

37、可选地，所述第一层次目标q为运行安全参数，所述第二层次目标d为动态调度参数，动态调度参数为感知网络变化并通过路由应对异常情况的能力，所述第三层次目标(e,b)为系统效率参数e和负载均衡参数b，并且所述第四层次目标c为设备能耗参数。

38、可选地，针对与用户号码无关的路由优化，本区域内的网元之间由本地的nrf提供同类网元的不同路由的优化。

39、可选地，针对涉及跨省/大区的网元之间的与用户码号相关的路由，由两个区域的nrf配合完成优化。

40、可选地，对于同时部署nrf和scp，网元的注册和服务发现通过直接调用nrf完成的模式，网络状态的感知由scp完成，路由的优化在nrf中进行。

41、可选地，对于同时部署nrf和scp，但是网元的注册和服务发现，以及http信令代理都是通过scp完成的模式，在scp中完成全部的路由优化功能。

42、根据本发明的另一方面，提供一种5g信令网的scp路由优化系统，包括：

43、查询模块，其通过信令网络定期向网元发送作为查询信令的人工蚂蚁，所述人工蚂蚁具有需要查询的参数以及需要网元执行的命令，其中，需要查询的参数包括针对各个网元的不同的优化目标，所述优化目标按照预设权重划分为预设个数的优化层次目标，所述优化层次目标至少包括第一层次目标q、第二层次目标d、第三层次目标(e,b)和第四层次目标c，其中，所述人工蚂蚁根据不同的所述优化层次目标划分为不同类型的人工蚂蚁，第一类人工蚂蚁a1对应所述第一层次目标，第二类人工蚂蚁a2对应所述第二层次目标，第三类人工蚂蚁a3对应所述第三层次目标，第四类人工蚂蚁a4对应所述第四层次目标；

44、选择模块，其为人工蚂蚁选择不同的网元作为源网元i和目的网元j，并随机分配从源网元i到目的网元j的路由，并在信息素更新后，按照更新后的路由的信息素选择从源网元i到目的网元j的路由；

45、接收模块，其接收从目的网元j返回的人工蚂蚁，其中，所述人工蚂蚁到达目的网元j后，将路由、源网元i和目的网元j的参数按照不同的优化层次目标划分并插入到相应类型的人工蚂蚁上；以及

46、更新模块，其根据返回的不同类型的人工蚂蚁收集的对应该路由的源网元i和目的网元j的数据，作为该路由的信息素更新的依据，其中，不同类型的人工蚂蚁采用不同的信息素更新策略，所述信息素更新策略包括：

47、所述第一类人工蚂蚁a1的信息素更新策略，如果所述第一层次目标低于系统设定的门限，则无论其他优化层次目标的优化结果如何，信息素的增量都为0，

48、所述第二类人工蚂蚁a2的信息素更新策略，如果所述第二层次目标低于系统设定的门限，则无论其他优化层次目标的优化结果如何，信息素的增量都为0，并且如果所述第二层次目标高于系统设定的门限，则对所述第二层次目标进行优化，

49、所述第三类人工蚂蚁a3的信息素更新策略，在确保所述第一层次目标和所述第二层次目标都高于或等于系统设定的门限的基础上，对所述第三层次目标进行优化以更新信息素，以及

50、所述第四类人工蚂蚁a4的信息素更新策略，在确保不干扰所述第一层次目标、所述第二层次目标和所述第三层次目标的基础上，对所述第四层次目标进行优化以更新信息素。

51、根据本发明的又一方面，提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行前述的5g信令网的scp路由优化的方法。

52、根据本发明的再一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行前述的5g信令网的scp路由优化的方法。

53、本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：

54、本发明提供的5g信令网的scp路由优化的方法，基于5gc引入scp后的架构特点，充分利用scp的信令代理位置，通过针对5gc的架构特点和scp信令路由代理的场景，对蚁群优化算法进行了针对性的适配和改进，配合nrf进行信令路由的优化，通过优化scp的路由实现5gc整体网络的多指标优化，提高了整个5gc网络性能。

55、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。