5G移动通信网络切片技术研究及医用终端设计

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当前,移动通信进入了全连接的、全数字的5G时代,其不仅重新定义了各行各业的连接,使得万物互联成为可能,还加速推动了各行各业的升级换代。其中,5G引入了网络切片概念,其不仅将提高用户的传输速率、降低传输时延、增强移动带宽等,还将满足各类垂直行业对网络的多样化的业务需求。虽然5G网络切片的愿景和目标很明确,但其网络架构、使能技术和应用场景的研究和应用仍然存在许多悬而未决的问题。本文鉴于此,重点研究了应用于医疗数据传输的5G网络切片技术,主要工作如下:(1)设计了一种基于NFV/SDN使能技术的端到端网络切片系统。系统的设计与搭建基于OAI、Mininet、Ryu三个开源软件项目和一个通用软件无线电外设USRP B210,其具有高度的可移植性和灵活性,基本实现了在通用x86架构上进行网络功能的虚拟化以及网络功能的软件自定义化,给网络切片的进一步研究提供了一套开放新颖的解决方案。本文通过在OAI的基站e NB上自定义配置接入用户的无线资源块以及在Open Flow交换机上自定义配置队列的转发,实现了系统对所设计的网络切片的差异化的资源分配,从而满足差异化的Qo S需求。实验测试了系统差异化传输带宽为320~340kbps的音频信号和1500~2500kbps的视频信号,结果验证了所设计的端到端网络切片系统的有效性,其可缓解网络切片领域开放性实验平台的匮乏。(2)设计了一种基于网络切片和NOMA技术的医用终端。针对移动医院系统中4K医疗视频数据类以及其他医疗数据类对医用终端多样化的、互不干扰的网络传输需求,设计了一种医用终端,并以此模拟仿真了一种基于NOMA切片的用于医疗数据传输的移动医院系统,其具有较高的工程实现指导价值。在此系统中,来自患者的4K视频数据被分配给e MBB NOMA切片,其他医疗数据被分配给u RLLC NOMA切片。基于NOMA的系统模型和原理,利用联合功率分配优化以及SIC技术,来最大化上行链路和下行链路中每个终端用户的医疗数据吞吐量和系统总吞吐量。仿真结果表明,在最佳功率分配技术下,接收医疗数据的终端用户在各自的切片中均可实现高吞吐量,但在切片中发送和接收普通数据的其他用户的吞吐量会降低。为了所有用户的公平性,在下行链路中使用截断信道反转进行功率分配,成功稳住了这些用户的吞吐量。
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