一种服务城市中心环境的5G网络切片系统技术方案

本发明专利技术公开了一种服务城市中心环境的5G网络切片系统，其特征在于：包括5G通信模块、数据存储模块、权重计算模块、网络切片模块以及资源调度模块，其用于为5G手机用户在城市中心环境中对各种通信业务、无线网络资源按其设定的处理方式进行权重计算，作出符合业务优先级的切片调度处理，其通过实时获取5G移动通信基站布局数据和网络链路数据，对物理网络资源进行切片，得到通信业务优先级排序作为资源调度结果，资源调度器利用该结果，使基站阻塞和切换次数下降明显，同时用户连接数以及带宽总占用量也可长期保持较高值，而基站覆盖率、单切片带宽占用率以及单切片用户占用数，稳定且无显著波动，可极大提升5G基站无线资源的整体利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种服务城市中心环境的5G网络切片系统
本专利技术涉及信息
，尤其涉及到一种服务城市中心环境的5G网络切片系统。
技术介绍
随着第五代移动通信技术(5G)的快速发展，民众的5G手机使用率不断增大。5G的设计目标以及最显著的特征是为用户满足速率、时延、可靠性、流量密度等多种需求，对应的应用场景可细分为增强型移动宽带(EnhanceMoblieBroadBoand,eMBB)、超可靠低时延通信(UltraReliableLowLatencyCommunication,uRLLC)、海量机器类通信(MassiveMachniceTypeCommunication,mMTC)。作为5G移动网的五大主要通信业务类型：实时会话业务、流业务、交互式业务、背景业务、尽力而为业务，需时常在各类城市环境下进行应用，譬如：语音传输、直播视频流、网络页面、文件传输协议、短信服务以及电子邮件等。而频繁进行上述活动时，均不适合在人流量巨大且用户行为难以预测的城市中心环境下使用，所以就要选择性的对重要性较低的通信业务进行限流或延处理，以保证重要通信业务的高优先级。目前还未有城市中心场景下采用相应切片方法进行网络资源调度的功能，只是依靠网络转发节点通过预先设置系统初始值，以保证网络流量的正常传输。若用户在城市中心环境下，其网络资源不满足当前展开通信业务的必要条件时，既想保证通信业务的顺利运行，又不想在运行期间因5G核心网络拥塞等突发情况，导致本业务多次被其他用户以及其他网络业务抢占，则必须采用合理的网络切片方法进行资源调度，用于解决用户业务传输中断和核心网络拥塞的困扰。现有的网络切片方法，如动态切片、状态切片、预测切片等，均无法满足5G用户所需的如下功能：1.对在城市中心某一区域内进行不宜进行通信业务时，可自动计算业务优先级以保证传输效率；2.自动判断用户是否处于业务设定场景内，针对各类场景进行权重分配；3.对通信业务的重要性可采用相应依据进行优先级排序。本专利技术正是为了解决上述技术问题。在对城市中心用户提供网络传输业务服务时，需要保证网络传输的持续稳定，因此本专利技术设计的5G网络切片方法及系统，综合考虑了用户保证带宽、最大带宽限制、服务质量(QoS,QualityofService)业务、链路延迟容忍，切片吞吐量等多项重要网络性能指标，大幅提升5G基站用户连接数和网络资源利用率，并有效降低用户频繁阻塞及切换次数，降低了整体网络调度的时间与计算成本，且保证对用户网络业务检测具备足够的判别度，达到了城市中心环境的网络带宽、往返时延等需求。在这个5G网络切片系统中，具备5G通信模块、数据存储模块、权重计算模块、网络切片模块以及资源调度模块等多个部分，完整地实现了城市中心环境下5G核心网络对相关资源调度的要求，大大地降低了系统的时间复杂度，减少了5G传输设备的部署成本，增大了整体网络的传输能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种服务城市中心环境的5G网络切片系统，用于为5G用户在城市中心内使用各种通信业务时，对各种无线网络资源按其设定的处理方式进行权重计算，作出符合业务优先级的切片调度处理。针对上述，本专利技术公开了一种用于上述目的技术方案：一种服务城市中心环境的5G网络切片系统，其特征在于：包括5G通信模块、数据存储模块、权重计算模块、网络切片模块以及资源调度模块，其用于为5G手机用户在城市中心环境中对各种通信业务、无线网络资源按其设定的处理方式进行权重计算，作出符合业务优先级的切片调度处理。优选的，所述5G通信模块采用华为5GMH5000-31作为通信模组，采用RaspberryPi44B作为控制单元，在RaspberryPi44B中烧写Linux操作系统，运行基于服务城市中心环境设计的5G网络切片系统，采用树莓派卡片机处理MH5000-31射频型号，所述5G通信模块用于负责汇总5G信号源传送过来的信息，实时计算当前用户所处的网络链路状态，并向数据存储模块发送当前网络相关数据。优选的，所述数据存储模块用于存储5G通信模块传输过来的用户占用带宽、单用户最大带宽限制、单切片占用吞吐量、QoS业务、链路可容忍延迟数据指标，这5项数据指标用于提供给权重计算模块进行切片权重向量计算，还包括存储权重计算模块回传的切片权重向量以及将切片权重向量传输至网络切片模块进行网络切片，并存储网络切片模块的网络切片结果，所述网络切片结果可传输至资源调度模块，同时作为输入与5G无线接入网结合计算资源调度结果。优选的，所述权重计算模块的权重计算过程分为以下五个步骤：步骤一：首先，为了在同一度量标准下对网络切片性能指标进行比较，先对切片起始矩阵进行归一化，通过对切片性能指标进行向量归一化，获得切片归一化矩阵R，以用于权重矩阵的计算，起始矩阵X和归一化矩阵R分别如式(1)和式(2)所示，向量归一化的具体计算过程见式(3)：X＝||xij||m×n(1)R＝||rij||m×n(2)其中xij为起始矩阵X第i个切片中对应第j个性能指标的原始值，rij为归一化矩阵R第i个切片中对应第j个性能指标的归一化值，m和n分别为切片与性能指标的总数目；步骤二：为了综合考虑切片性能指标的相对重要性，通过对归一化矩阵进行加权计算，所得到的加权归一化矩阵V如式(4)所示：V＝||wjrij||m×n＝||vij||m×n(4)其中wj为第j个性能指标的权重，vij为加权归一化矩阵V第i个切片中对应第j个性能指标的加权归一化值；步骤三：采用基于概率论作为数据不确定性度量的依据的熵权法，基于广泛的数据分布带来更高的不确定性的理论，通过每个性能指标在切片起始矩阵中所具备的信息熵，根据各切片之间的相对差异，进行权重的精确计算，切片性能指标的信息熵ej计算过程见式(5)与式(6)：步骤四：通过信息熵ej可计算切片性能指标权重wj，过程如式(7)所示：步骤五：根据式(7)计算出性能指标权重wj后，带入式(4)得加权归一化矩阵V，作为切片权重矩阵，通过计算对各个性能指标加权归一化值进行累加，并统计累加分值在所有分值总和重的最终所占比，最终确定切片权重向量F，其中Fi表示第i个网络切片的权重，计算过程见式(8)：优选的，所述网络切片模块的网络性能指标包括：1)单用户占用带宽；2)单用户最大带宽限制；3)单切片占用吞吐量；4)QoS业务；5)链路可容忍延迟；其用于计算当前城市中心的5G用户通信业务优先级，并将通信业务的优先级作为网络切片结果，数据传输至数据存储模块。优选的，所述资源调度模块用于以网络切片结果作为输入与5G无线接入网结合，当5G无线接入网(NGRadioAccessNetwork,NG-RAN)初始接入开启，用户终端(UserEquipment,UE)首先需寻找5G无线网络并建立网络连接，具体包括以下2个步骤：(1)获得上下行同步,即通过侦听网络获得下行链路(DownLink,DL)同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种服务城市中心环境的5G网络切片系统，其特征在于：包括5G通信模块、数据存储模块、权重计算模块、网络切片模块以及资源调度模块，其用于为5G手机用户在城市中心环境中对各种通信业务、无线网络资源按其设定的处理方式进行权重计算，作出符合业务优先级的切片调度处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种服务城市中心环境的5G网络切片系统，其特征在于：包括5G通信模块、数据存储模块、权重计算模块、网络切片模块以及资源调度模块，其用于为5G手机用户在城市中心环境中对各种通信业务、无线网络资源按其设定的处理方式进行权重计算，作出符合业务优先级的切片调度处理。


2.根据权利要求1所述的一种服务城市中心环境的5G网络切片系统，其特征在于：所述5G通信模块采用华为5GMH5000-31作为通信模组，采用RaspberryPi44B作为控制单元，在RaspberryPi44B中烧写Linux操作系统，运行服务城市中心环境的5G网络切片系统，采用树莓派卡片机处理MH5000-31射频型号，所述5G通信模块用于负责汇总5G信号源传送过来的信息，实时计算当前用户所处的网络链路状态，并向数据存储模块发送当前网络相关数据。


3.根据权利要求2所述的一种服务城市中心环境的5G网络切片系统，其特征在于：所述数据存储模块用于存储5G通信模块传输过来的用户占用带宽、单用户最大带宽限制、单切片占用吞吐量、QoS业务、链路可容忍延迟数据指标，这5项数据指标用于提供给权重计算模块进行切片权重向量计算，且包括存储权重计算模块回传的切片权重向量以及将切片权重向量传输至网络切片模块进行网络切片，并存储网络切片模块的网络切片结果，所述网络切片结果可传输至资源调度模块，同时作为输入与5G无线接入网结合计算资源调度结果。


4.根据权利要求3所述的一种服务城市中心环境的5G网络切片系统，其特征在于：所述权重计算模块的权重计算过程分为以下五个步骤：
步骤一：
首先，为了在同一度量标准下对网络切片性能指标进行比较，先对切片起始矩阵进行归一化，通过对切片性能指标进行向量归一化，获得切片归一化矩阵R，以用于权重矩阵的计算，起始矩阵X和归一化矩阵R分别如式(1)和式(2)所示，向量归一化的具体计算过程见式(3)：
X＝||xij||m×n(1)
R＝||rij||m×n(2)



其中xij为起始矩阵X第i个切片中对应第j个性能指标的原始值，rij为归一化矩阵R第i个切片中对应第j个性能指标的归一化值，m和n分别为切片与性能指标的总数目；
步...

【专利技术属性】
技术研发人员：高子航，崔晓军，毕小明，
申请(专利权)人：温州科技职业学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33