CN115242732B - 面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，属于智慧医疗互联网技术领域，通过意图驱动的按需服务模式，解决了现有技术中缺乏合理、高效的服务功能带宽资源调度方法的问题。一种面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，包括：医疗终端发出若干智慧医疗服务的服务意图；每个医院设置若干个所述医疗终端；所述服务意图包括服务带宽、服务优先级的权重、服务容忍度和服务功能链；对接收到的所有服务意图进行综合决策，生成网络策略；所述网络策略包括各服务意图实际分配的网络带宽；数据中心基于配置好的网络策略，为各智慧医疗服务提供相应网络服务功能的网络带宽，并传输各智慧医疗服务的业务流量。

Description

面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法

技术领域

本发明涉及智慧医疗互联网技术领域，尤其涉及一种面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法。

背景技术

服务功能带宽资源调度是智慧医疗网络中的核心技术之一，对提升智慧医疗服务水平具有十分重要的意义。服务功能是支持智慧服务的关键环节，需要为不同等级、不同需求的各类智慧智慧医疗服务合理地分配带宽资源，提供差异化的调度方案。

目前，面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度问题仍未得到有效解决，因而，亟需研究合理、高效的服务功能带宽资源调度方法，提升网络整体收益，保障各类智慧智慧医疗服务的服务质量。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，用以解决现有技术中缺乏合理、高效的服务功能带宽资源调度方法的问题。

本发明公开了一种面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，包括：

医疗终端发出若干智慧医疗服务的服务意图；每个医院设置若干个所述医疗终端；所述服务意图包括服务带宽、服务优先级的权重、服务容忍度和服务功能链；

对接收到的所有服务意图进行综合决策，生成网络策略；所述网络策略包括各服务意图实际分配的网络带宽；

数据中心基于配置好的网络策略，为各智慧医疗服务提供相应网络服务功能的网络带宽，并传输各智慧医疗服务的业务流量；

通过执行以下操作生成网络策略：

以各服务意图的网络带宽调节因子为未知量，以各服务意图中的各项内容为已知量，构建意图驱动网络服务功能带宽资源调度的优化模型；

求解所述优化模型，获得各服务意图的网络带宽调节因子；

将各服务意图的网络带宽调节因子与服务带宽的乘积作为相应服务意图实际分配的网络带宽。

在上述方法的基础上，本发明还做出了如下改进：

进一步，所述优化模型包括目标函数和约束条件；其中，目标函数如公式(1)所示，约束条件如公式(2)所示；

其中，NG表示网络收益，bw_p、pri_p、β_p、α_p分别表示第p个服务意图的服务带宽、服务优先级的权重、服务容忍度、网络带宽调节因子；N表示服务意图的总数；

表示第p个服务意图的服务功能链中第i项功能服务；i取1到I，I表示功能服务的总项数；

表示第k个服务器允许占用的最大链路带宽，K表示服务器的总数；

表示第k个服务器中服务功能链中的第i项功能服务。

进一步，若

表示第p个服务意图需要服务功能链中的第i项功能服务；

若

表示第p个服务意图不需要服务功能链中的第i项功能服务；

若

表示第k个服务器部署了服务功能链中的第i项功能服务；

若

表示第k个服务器未部署服务功能链中的第i项功能服务。

进一步，通过如下方式确定每一服务意图中的服务优先级的权重：

根据智慧医疗服务的紧急程度、是否需要远程通信，确定智慧医疗服务的业务类型；

根据智慧医疗服务的业务类型，确定相应服务意图的服务优先级，并获取预设的相应服务优先级的权重。

进一步，所述智慧医疗服务的业务类型包括远程紧急医疗服务、本地紧急医疗服务、远程普通医疗服务和本地普通医疗服务；其中，

若智慧医疗服务的紧急程度为紧急、且需要远程通信，智慧医疗服务的业务类型为远程紧急医疗服务，相应服务意图的服务优先级为最高；

若智慧医疗服务的紧急程度为紧急、且不需要远程通信，智慧医疗服务的业务类型为本地紧急医疗服务，相应服务意图的服务优先级为次高；

若智慧医疗服务的紧急程度为普通、且需要远程通信，智慧医疗服务的业务类型为远程普通医疗服务，相应服务意图的服务优先级为中等；

若智慧医疗服务的紧急程度为普通、且不需要远程通信，智慧医疗服务的业务类型为本地普通医疗服务，相应服务意图的服务优先级为普通。

进一步，当服务优先级分别为最高、次高、中等、普通时，服务优先级的权重分别对应为pri_e1、pri_e2、pri_e3、pri_e4，且满足pri_e1＞pri_e2＞pri_e3＞pri_e4。

进一步，所述服务意图的服务优先级和服务意图的网络带宽调节因子一一对应。

进一步，所述服务意图的服务优先级还和服务意图的服务容忍度一一对应。

进一步，所述服务功能链包括以下一项或多项服务功能：防火墙，负载均衡，深度检测，入侵检测，重度入侵检测。

进一步，通过执行以下操作实现服务器的网络策略配置：

控制器根据所述网络策略生成网络配置，并将所述网络配置发送至服务器；

服务器接收并更新所述网络配置，以实现服务器的网络策略配置。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

本发明提供的面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，具备如下优势：

(1)在服务分类设计方面，智慧医疗根据医疗需求的紧急程度配置资源，提升智慧医疗服务的整体服务水平；并且，在提升本地智慧医疗服务能力的同时，还可以实现远程医疗。因此，本发明根据医疗需求的紧急程度与服务区域对各类智慧医疗服务进行分类设计；

(2)在网络系统设计方面，当前静态僵化的网络体系难以满足智慧医疗网络可管可控、按需适配的需求，因此，本发明设计了一种以意图为驱动、适用于智慧医疗场景的高度自治、智能灵活的网络系统；

(3)在调度模型构建方面，由于网络功能服务器存在带宽限制以及不同类型智慧医疗的差异化服务需要，本发明建立了服务功能带宽资源调度模型，合理调度网络功能带宽资源。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可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说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例提供的面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法流程图；

图2为意图驱动智慧医疗网络系统部署图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，公开了一种面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，流程图如图1，包括以下步骤：

步骤S1：医疗终端发出若干智慧医疗服务的服务意图；每个医院设置若干个所述医疗终端；所述服务意图包括服务带宽、服务优先级的权重、服务容忍度和服务功能链；

步骤S2：对接收到的所有服务意图进行综合决策，生成网络策略；所述网络策略包括各服务意图实际分配的网络带宽；

步骤S3：数据中心基于配置好的网络策略，为各智慧医疗服务提供相应网络服务功能的网络带宽，并传输各智慧医疗服务的业务流量；

需要说明的是，智慧医疗服务对应的网络服务功能指相应服务意图中服务功能链包含的功能，相应网络服务功能的网络带宽即为相应服务意图实际分配的网络带宽。

在本实施例中，一个医院布置若干台医疗终端，而一台医疗终端可以同时发出若干智慧医疗服务的服务意图，以实现多个智慧医疗服务的处理。

在步骤S1中，通过如下方式确定每一服务意图中的服务优先级的权重：根据智慧医疗服务的紧急程度、是否需要远程通信，确定智慧医疗服务的业务类型；根据智慧医疗服务的业务类型，确定相应服务意图的服务优先级，并获取预设的相应服务优先级的权重。具体说明如下：

本实施例设计了一种智慧智慧医疗服务的分类方案，其根据智慧医疗服务的紧急程度与服务区域，可以将智慧智慧医疗服务划分为四种业务类型，分别是远程紧急医疗服务、本地紧急医疗服务、远程普通医疗服务和本地普通医疗服务，如表1所示：

表1智慧医疗服务及分类

(1)本地普通医疗服务：包扩普通患者健康数据收集，VR病房探视，辅助诊断等，此类业务主要为医院内部业务，业务的紧急性、时效性和安全性需求相对较低(无需与外界通信)；

(2)远程普通医疗服务：主要包括普通疾病远程问诊，远程示教，普通患者远程监护等，这些服务需要医院与外部之间协作服务，安全需求较高，但属于普通医疗业务，因此业务的紧急性、时效性相对较低；

(3)本地紧急医疗服务：主要包括院内急救，重症患者健康数据实时监测等，这些服务同样为医院内部业务，安全性需求相对较低，但其紧急性，时效性远高于普通医疗服务；

(4)远程紧急医疗服务：主要包括移动紧急诊疗，远程手术等，这些医疗服务既需要医院与外部协作服务，同时也属于紧急医疗业务，因此无论在紧急性，时效性以及安全性方面都有着最高的要求；

通常，综合考虑了“紧急性、时效性和安全性”，紧急医疗的优先级高于普通医疗的优先级，远程医疗的优先级高于本地医疗的优先级，因此，可以将表1中的远程紧急医疗服务，本地紧急医疗服务，远程普通医疗服务，本地普通医疗服务按照优先级，划分为最高、次高、中等、普通四个等级，如表2所示：

表2医疗业务优先级

优先级	业务类型	权重
			最高	远程紧急医疗服务	4
次高	本地紧急医疗服务	3
			中等	远程普通医疗服务	2
普通	本地普通医疗服务	1

因此，在本实施例中，若智慧医疗服务的紧急程度为紧急、且需要远程通信，智慧医疗服务的业务类型为远程紧急医疗服务，相应服务意图的服务优先级为最高；若智慧医疗服务的紧急程度为紧急、且不需要远程通信，智慧医疗服务的业务类型为本地紧急医疗服务，相应服务意图的服务优先级为次高；若智慧医疗服务的紧急程度为普通、且需要远程通信，智慧医疗服务的业务类型为远程普通医疗服务，相应服务意图的服务优先级为中等；若智慧医疗服务的紧急程度为普通、且不需要远程通信，智慧医疗服务的业务类型为本地普通医疗服务，相应服务意图的服务优先级为普通。

此外，为简化服务意图的设置过程、同时简化后续的模型求解过程，在本实施例中，所述服务意图的服务优先级还和服务意图的服务容忍度一一对应。也就是说，一旦业务类型确定，服务意图中服务优先级的权重、服务容忍度均可确定，更优化地，服务意图的服务优先级还可以和服务功能链一一对应。此时，在生成服务意图的过程中，只需要确定服务带宽和业务类型即可。这里，服务意图的服务带宽表示传输业务流量的最大链路带宽。

需要说明的是，上述步骤S1-S3的执行过程基于网络系统实现，在本实施例中，称该网络系统为“意图驱动智慧医疗网络系统”，医疗终端和意图驱动网络共同构成智慧医疗网络体系，意图驱动智慧医疗网络系统部署图如图2所示，在网络系统中，融合了软件定义网络(SDN)，软件功能虚拟化(NFV)和服务功能链(SFC)等，可以实现按意图驱动网络运行。网络系统主要由控制器、交换机、网络功能服务器(又称“服务器”)等组成，控制器部署在网络中心，交换机部署在网络中心和各个医院，网络功能服务器承载着医疗业务所需的服务功能，部署在数据中心，通过交换机接入网络。

在步骤S1中，由控制器接收各服务意图、并执行步骤S2的处理，具体描述如下：

优选地，在步骤S2中，通过执行以下操作生成网络策略：

步骤S21：以各服务意图的网络带宽调节因子为未知量，以各服务意图中的各项内容为已知量，构建意图驱动网络服务功能带宽资源调度的优化模型；

优化模型包括目标函数和约束条件；其中，目标函数如公式(1)所示，约束条件如公式(2)所示；

其中，NG表示网络收益，bw_p、pri_p、β_p、α_p分别表示第p个服务意图的服务带宽、服务优先级的权重、服务容忍度、网络带宽调节因子，若α_p＝1，表示第p个服务意图完全满足带宽要求；当α_p＝0时，表示第p个服务意图不分配带宽，即不提供任何网络服务。N表示服务意图的总数；

表示第p个服务意图的服务功能链中第i项功能服务；i取1到I，I表示功能服务的总项数；

表示第k个服务器允许占用的最大链路带宽，K表示服务器的总数；

表示第k个服务器中服务功能链中的第i项功能服务。若

表示第p个服务意图需要服务功能链中的第i项功能服务；若

表示第p个服务意图不需要服务功能链中的第i项功能服务；若

表示第k个服务器部署了服务功能链中的第i项功能服务；若

表示第k个服务器未部署服务功能链中的第i项功能服务。当服务优先级分别为最高、次高、中等、普通时，服务优先级的权重分别对应为pri_e1、pri_e2、pri_e3、pri_e4，且满足pri_e1＞pri_e2＞pri_e3＞pri_e4。

优选地，服务功能链包括以下一项或多项服务功能：防火墙，负载均衡，深度检测，入侵检测，重度入侵检测。当服务功能链包括以上所有服务功能时，记服务功能链S＝{s⁰,s¹,s²,s³,s⁴}，其中，防火墙(FW)s⁰，负载均衡(LB)s¹，深度检测(DPI)s²，入侵检测(IDS)s³，重度入侵检测(H-IDS)s⁴，服务功能链的各项内容加上角标p即表示第p个服务意图的各项服务功能。即，根据网络功能需求集合S，s_p表示为

s_p中的任意

为0或1的二元数。同时，第k个网络功能服务器部署的功能记为

其中，

为0或1的二元数，表示第k个网络功能服务器是否部署功能sⁱ(i＝0,1,2,3,4)，当

表示第k个网络功能服务器中部署了功能sⁱ；当

表示第k个网络功能服务器中未部署功能sⁱ。由于网络功能带宽资源有限，第k个网络功能服务器允许占用的最大链路带宽为

步骤S22：求解所述优化模型，获得各服务意图的网络带宽调节因子；

在公式(1)和公式(2)中，只有α_p是未知量，运用Gurobi优化器，可以求解得到α_p。

此外，若服务意图的服务优先级和服务意图的网络带宽调节因子一一对应，当服务优先级分别为最高、次高、中等、普通时，各服务优先级的对应的网络带宽调节因子分别记为α_e1、α_e2、α_e3、α_e4，此时，根据第p个服务意图的服务优先级，即可确定α_p取α_e1、α_e2、α_e3、α_e4中的哪一个，如此，公式(1)、(2)中的未知量就从p个变成了最多4个(集齐4种业务类型)，大大降低了求解难度，加快了求解速度。此时，运用Gurobi优化器，求解模型，得到最优解

进而，给各意图实际分配的带宽资源为：

此时，α_p和α_e1、α_e2、α_e3、α_e4中一项的对应关系，转换为

与

中一项的对应关系。

这里，对求解过程做如下分析：生成网络功能带宽资源调度策略集合Ω＝{σ₁,σ₂,…,σ_m,…,σ_M}，策略总数为M，集合中的每一条策略可以表示为：

对于σ₁,σ₂,…,σ_m,…,σ_M，其收益分别为：

求解σ^*使得NG_*最大，最大网络收益NG_*为：

NG_*＝max(NG₁,NG₂,…,NG_x,…,NG_M)   (6)。

步骤S23：将各服务意图的网络带宽调节因子与服务带宽的乘积作为相应服务意图实际分配的网络带宽。

在步骤S3中，通过执行以下操作实现服务器的网络策略配置：

步骤S31：控制器根据所述网络策略生成网络配置，并将所述网络配置发送至服务器；

步骤S32：服务器接收并更新所述网络配置，以实现服务器的网络策略配置。

在步骤S3传输各智慧医疗服务的业务流量的过程中，医疗终端发出业务流量，由网络系统中的数据平面转发业务流量，业务流量还经由网络功能服务器进行传输(此时各业务流量的带宽已经限定)，从而建立起安全可靠的网络连接，完成服务交付。

综上所述，本实施例提供的面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，具备如下优势：

(1)在服务分类设计方面，智慧医疗根据医疗需求的紧急程度配置资源，提升智慧医疗服务的整体服务水平；并且，在提升本地智慧医疗服务能力的同时，还可以实现远程医疗。因此，本实施例根据医疗需求的紧急程度与服务区域对各类智慧医疗服务进行分类设计；

(2)在网络系统设计方面，当前静态僵化的网络体系难以满足智慧医疗网络可管可控、按需适配的需求，因此，本实施例设计了一种以意图为驱动、适用于智慧医疗场景的高度自治、智能灵活的网络系统；

(3)在调度模型构建方面，由于网络功能服务器存在带宽限制以及不同类型智慧医疗的差异化服务需要，本实施例建立了服务功能带宽资源调度模型，合理调度网络功能带宽资源。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，其特征在于，包括：

医疗终端发出若干智慧医疗服务的服务意图；每个医院设置若干个所述医疗终端；所述服务意图包括服务带宽、服务优先级的权重、服务容忍度和服务功能链；

对接收到的所有服务意图进行综合决策，生成网络策略；所述网络策略包括各服务意图实际分配的网络带宽；

数据中心基于配置好的网络策略，为各智慧医疗服务提供相应网络服务功能的网络带宽，并传输各智慧医疗服务的业务流量；

通过执行以下操作生成网络策略：

以各服务意图的网络带宽调节因子为未知量，以各服务意图中的各项内容为已知量，构建意图驱动网络服务功能带宽资源调度的优化模型；

求解所述优化模型，获得各服务意图的网络带宽调节因子；

将各服务意图的网络带宽调节因子与服务带宽的乘积作为相应服务意图实际分配的网络带宽。

2.根据权利要求1所述的面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，其特征在于，所述优化模型包括目标函数和约束条件；其中，目标函数如公式(1)所示，约束条件如公式(2)所示；

其中，NG表示网络收益，bw_p、pri_p、β_p、α_p分别表示第p个服务意图的服务带宽、服务优先级的权重、服务容忍度、网络带宽调节因子；N表示服务意图的总数；

表示第p个服务意图的服务功能链中第i项功能服务；i取1到I，I表示功能服务的总项数；

表示第k个服务器允许占用的最大链路带宽，K表示服务器的总数；

表示第k个服务器中服务功能链中的第i项功能服务。

3.根据权利要求2所述的面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，其特征在于，

若

表示第p个服务意图需要服务功能链中的第i项功能服务；若

表示第p个服务意图不需要服务功能链中的第i项功能服务；

若

表示第k个服务器部署了服务功能链中的第i项功能服务；若

表示第k个服务器未部署服务功能链中的第i项功能服务。

4.根据权利要求3所述的面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，其特征在于，通过如下方式确定每一服务意图中的服务优先级的权重：

根据智慧医疗服务的紧急程度、是否需要远程通信，确定智慧医疗服务的业务类型；

根据智慧医疗服务的业务类型，确定相应服务意图的服务优先级，并获取预设的相应服务优先级的权重。

5.根据权利要求4所述的面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，其特征在于，所述智慧医疗服务的业务类型包括远程紧急医疗服务、本地紧急医疗服务、远程普通医疗服务和本地普通医疗服务；其中，

若智慧医疗服务的紧急程度为紧急、且需要远程通信，智慧医疗服务的业务类型为远程紧急医疗服务，相应服务意图的服务优先级为最高；

若智慧医疗服务的紧急程度为紧急、且不需要远程通信，智慧医疗服务的业务类型为本地紧急医疗服务，相应服务意图的服务优先级为次高；

若智慧医疗服务的紧急程度为普通、且需要远程通信，智慧医疗服务的业务类型为远程普通医疗服务，相应服务意图的服务优先级为中等；

若智慧医疗服务的紧急程度为普通、且不需要远程通信，智慧医疗服务的业务类型为本地普通医疗服务，相应服务意图的服务优先级为普通。

6.根据权利要求5所述的面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，其特征在于，

当服务优先级分别为最高、次高、中等、普通时，服务优先级的权重分别对应为pri_e1、pri_e2、pri_e3、pri_e4，且满足pri_e1＞pri_e2＞pri_e3＞pri_e4。

7.根据权利要求6所述的面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，其特征在于，所述服务意图的服务优先级和服务意图的网络带宽调节因子一一对应。

8.根据权利要求7所述的面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，其特征在于，所述服务意图的服务优先级还和服务意图的服务容忍度一一对应。

9.根据权利要求8所述的的面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，其特征在于，所述服务功能链包括以下一项或多项服务功能：防火墙，负载均衡，深度检测，入侵检测，重度入侵检测。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的面向智慧医疗的数据中心网络带宽资源调度方法，其特征在于，通过执行以下操作实现服务器的网络策略配置：

控制器根据所述网络策略生成网络配置，并将所述网络配置发送至服务器；

服务器接收并更新所述网络配置，以实现服务器的网络策略配置。

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