论文题目：面向移动医疗场景的网络切片技术研究与算法设计
摘要：随着通信、互联网行业的快速发展,传统的4G网络模式在很多行业领域已经无法满足日益飞涨的海量数据信息,尤其是医疗行业,为了解决医疗行业中不同业务的差异化需求,将5G与医疗行业相结合是比较理想的解决方案。针对不同用户的不同需求,通过为用户定制不同网络切片的方式,可以实现不同Qos需求的差异化服务。本文主要针对实际的移动医疗场景,考虑到远程手术对于低时延、高可靠的要求,以及4k高清医疗视频传输对于大带宽、高速率的要求,提出了一种面向移动医疗场景的网络切片系统设计方案,并针对复杂网络环境下的单网络切片和多网络切片的映射部署问题,提出了相应的映射算法。本文的具体工作内容如下:（1）本系统的设计以SDN/NFV架构为基础,利用SDN的数控分离特性,实现整个系统的数据引导和统一管理。利用NFV技术将接入网切片和核心网切片中的网元功能虚拟化为VNFs,并将其以软件的形式部署在虚拟机或者容器中,同时保证了接入网子切片和核心网子切片的隔离性。通过将核心网中的SPGW下沉到离用户更近的BBU侧来降低u RLLC切片的端到端时延,并通过为Open v Switch交换机设置不同资源参数的转发队列,来实现e MBB切片传输速率的最大化。最后以LTE网络为基础（5G网络该方案同样适用）,借助OAI、Mininet等平台进行仿真测试并验证了本章所设计的网络切片系统能够满足差异化服务的需求。（2）针对移动医疗场景中只需要高传输速率或者低时延要求的场景,本章对单网络切片的映射问题进行了分析建模,对于单个u RLLC切片,以最小化时延为目标,对于单个e MBB切片,以最大化传输速率为目标,提出了一种基于智能终止PSO算法的单网络切片映射算法;最后利用Matlab进行仿真实验,通过对仿真结果的对比分析可以得出结论:本章所提出的单网络切片映射算法在平均收敛时间上,只有压缩因子PSO算法的58%,同时只有基本PSO算法的48%。（3）针对移动医疗场景中多个uRLLC网络切片和eMBB网络切片用户共存的情况,对问题进行分析建模,以最大化时延和速率均衡收益为目标,提出了一种基于优先级队列的遗传模拟退火算法,最后利用Matlab进行仿真实验,通过对仿真结果的对比分析可以得出结论:本章提出的算法,在准确率上与SA算法基本一致,相较于GA算法提升了12%;而且平均收敛时间只有GA算法的20%,同时只有SA算法的7%。
关键词：移动医疗;5G网络切片;NFV;SDN;GASA;PSO
学科专业：工程硕士（专业学位）
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
1.2 网络切片技术国内外研究现状
1.2.1 国外研究进展
1.2.2 国内研究进展
1.3 本文的主要研究内容
1.4 本论文的结构安排
第二章 相关理论与技术简介
2.1 网络功能虚拟化NFV
2.1.1 NFV概述
2.1.2 NFV参考架构
2.2 软件定义网络SDN
2.2.1 SDN概述
2.2.2 SDN参考架构
2.3 OAI(OpenAirInterface)
2.3.1 OAI概述
2.3.2 OAI架构
2.4 网络切片技术
2.4.1 网络切片概述
2.4.2 网络切片架构
2.5 本章小结
第三章 面向移动医疗场景的网络切片系统设计
3.1 系统架构设计
3.1.1 总体架构设计
3.1.2 物理资源层
3.1.3 网络切片实例层
3.1.4 网络切片管理层
3.2 系统具体设计方案
3.2.1 网络切片设计原则
3.2.2 面向移动医疗场景的网络切片系统设计
3.2.3 面向移动医疗场景的网络切片系统工作流程
3.3 系统验证与分析
3.3.1 平台选型与简介
3.3.2 系统测试
3.3.3 测试结果与分析
3.4 本章小结
第四章 面向移动医疗场景的单网络切片映射算法研究
4.1 问题分析
4.2 问题建模
4.2.1 物理网络模型
4.2.2 网络切片模型
4.2.3 约束条件
4.2.4 优化目标
4.3 单网络切片映射算法
4.3.1 网络切片节点映射算法
4.3.2 网络切片链路映射算法
4.4 算法仿真与对比分析
4.4.1 仿真环境与参数
4.4.2 仿真结果对比分析
4.5 本章小结
第五章 面向移动医疗场景的多网络切片部署算法研究
5.1 问题分析
5.2 问题建模
5.2.1 物理网络模型
5.2.2 网络切片模型
5.2.3 优化目标
5.2.4 约束条件
5.3 联合时延与速率均衡的多网络切片部署算法
5.3.1 遗传算法(GA)简介与核心思想
5.3.2 模拟退火(SA)算法简介与核心思想
5.3.3 基于优先级队列和遗传模拟退火算法(Pr-GASA)的问题求解
5.4 算法仿真与对比分析
5.4.1 仿真环境与参数
5.4.2 仿真结果对比分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献