專利名稱：一種光纖無線混合接入網絡中光網絡單元的優化布置方法
技術領域：
本發明涉及光纖無線混合接入網技術領域，尤其涉及一種光纖無線混合接入網絡中光網絡單元的優化布置方法。
背景技術：
近年來，由于網絡應用的快速發展和新技術的不斷應用，人們不但對傳輸帶寬的需求越來越大，而且對網絡的實時接入也提出了更高的要求。基于以太網的無源光網絡通常包括一個用來接收來自和發往因特網的光信號的光線路終端(Optical Line Terminal, 0LT)，一個使用復用/去復用技術處理發往或來自OLT的光信號的遠端節點 (Remote Node, RN)，以及一組接收和發往來自遠端節點的光信號的光網絡單元(Optical Network Units，0NU)。基于以太網的無源光網絡技術具有適合遠距離傳輸、高帶寬等優點， 但是，它的鋪設代價高且不能滿足網絡使用者對于移動接入的要求。針對網絡使用者對移動性的要求，無線網狀網絡等無線接入技術發展迅速。無線網狀網絡通常由一組無線網狀路由器組成，相鄰無線網狀路由器之間通過無線信道進行通信，無線網狀路由器提供了網絡接入、多條路由等功能。雖然無線網狀網絡具有安裝容易、 設置簡單、可滿足網絡使用者移動接入網絡的要求等優點，但無線鏈路之間不可避免的信號干擾導致了無線網狀網絡具有網絡帶寬低的缺點。光纖無線混合接入網絡是一種降低了上述兩種技術缺陷并將其優點結合的新技術，它向用戶提供了高帶寬和移動性的網絡服務。光纖無線混合接入網絡中的ONU同時具有調制接收光信號和無線信號的特性，它既可以從無線網狀路由器接收無線信號，然后將無線信號調制為對應的光信號發送至遠端節點，也可以解調從遠端節點接收到的光信號為無線信號，并將其發送至無線網狀網絡。眾所周知，在光纖無線混合接入網絡中，無線網狀子網中無線鏈路之間不可避免的信號干擾嚴重限制了網絡的吞吐率，從而導致了服務質量的下降，現有技術中從最小化無線網狀路由器到光網路單元的平均跳數的角度考慮，優化ONU的布置位置，從而將數據發往因特網的時延最小化，提高網絡的吞吐率。然而，由于現有技術中僅考慮了無線網絡終端與因特網的通信，因此提高網絡吞吐率的效果不佳。

發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種光纖無線混合接入網絡中光網絡單元的優化布置方法，用于解決現有的方法僅考慮了無線網絡終端與因特網的通信，從而導致提高網絡吞吐率的效果不佳的問題。其技術方案如下一種光纖無線混合接入網絡中光網絡單元ONU的優化布置方法，該方法包括A 獲取光纖無線混合接入網絡的參數，所述參數包括無線網狀路由器節點集合、節點位置信息集合、單個無線信道的容量、節點的通信半徑、每個無線通信信道的信號干擾范圍半徑；對等通信集合、每個對等通信的通信雙方節點、每個對等通信的帶寬要求、往來因特網的通信集合以及每個通信的帶寬需求；需要布置的ONU以及可布置ONU的位置 fn息；B:根據所述獲取的參數將光纖無線混合接入網絡表示為有向圖，具體包括以下步驟Bl 對于無線網狀子網，如果兩個無線網狀路由器在彼此的通信范圍內，則將有向圖中所述兩個無線網狀路由器對應的節點之間連接兩條方向相反容量相同的鏈路，且每條鏈路設置一個信號干擾鏈路集合，重復步驟Bl直至所有符合條件的鏈路連接完畢；B2 對于光纖子網，將有向圖中每個可布置ONU的位置節點與光線路終端OLT對應的節點之間連接兩條方向相反的鏈路，任意兩個可布置ONU的位置節點之間連接兩條方向相反的鏈路；任意兩個可布置ONU的位置節點之間的鏈路、每個可布置ONU的位置節點與 OLT之間的鏈路的容量設置為無窮大，且每個鏈路的信號干擾鏈路集合為空集；B3 如果可布置光網絡的位置節點與無線子網中的無線網狀路由器在彼此的通信范圍內，則所述可布置ONU的位置節點與所述無線網狀路由器節點之間連接兩條方向相反容量相同的鏈路，重復步驟B3直至所有符合條件的鏈路連接完畢；步驟B中的步驟Bl和步驟B2的執行順序沒有明確限定；C 根據所述有向圖建立ONU的優化布置數學模型；D 對所述數學模型進行求解；E 獲取ONU的最優布置位置。所述根據所述有向圖建立ONU的優化布置數學模型具體為根據所述有向圖建立基于混合整數線性規劃的ONU的優化布置數學模型。所述根據所述有向圖建立基于混合整數線性規劃的ONU的優化布置數學模型具體包括以下步驟Cl 對已知參數進行定義，所述已知參數包括可布置ONU的位置構成節點集合、 需要布置的ONU總數、無線網狀路由器集合、光纖無線混合接入網絡中的所有節點集合、單個無線信道的容量、對等通信集合、對等通信集合中的一個對等通信的帶寬需求量、對等通信集合中的一個對等通信的信源節點和信宿節點、無線鏈路的信號干擾鏈路集合；C2 對變量進行定義，所述變量為對于所述對等通信集合中的一個對等通信而言，網絡所能滿足的數據吞吐率與帶寬需求的比率、以及無線鏈路上屬于該對等通信的數據吞吐率負載；C3:利用所述定義的參數和變量構建目標函數，最大化網絡吞吐率，并構建約束條件，所述約束條件用于保證進出無線網狀路由器的數據流量守恒、保證進出ONU和OLT的數據流量守恒、定義無線鏈路的信號干擾所帶來的約束、保證如果一個ONU布置在了可以布置ONU的位置時才會有數據流量經過該位置上的0NU、保證了僅從所述可布置ONU的位置構成節點集合中選取所述需要布置的ONU總數個節點布置0NU、給出整數變量和實數變量的取值范圍。優選地，對所述數學模型進行求解具體為，采用整數線性規劃求解方法進行求解。優選地，所述整數線性規劃求解方法為隱枚舉法、分枝定界法或割平面法。光纖無線混合接入網絡的參數根據無線網狀子網的布置狀況獲取、根據網絡中通信的歷史信息獲取和根據需要解決的問題獲取。
本發明提供的無線混合接入網絡中ONU的優化布置方法，綜合考慮了光纖無線混合接入網中無線終端之間的對等通信模式和無線終端與因特網的通信，本發明提供的方法使得無線終端之間的對等通信的傳輸路徑所使用的無線網狀子網中的無線路徑減少，從而無線網狀子網的負載帶來的信號干擾相應減少，提高了無線網狀子網的吞吐量，同時，由于無線終端之間的對等通信的傳輸路徑可以從無線網狀子網到光纖子網再到無線網狀子網， 光纖子網的高網絡容量和不存在信號干擾的特性使得網絡吞吐量提高，最終提高了整個光纖無線混合接入網絡中的網絡吞吐量。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例提供的光纖無線混合接入網絡中ONU的優化布置方法的流程圖；圖2為光纖無線混合接入網絡的實例；圖3為根據圖2中的實例構建的無線子圖；圖4為根據圖2中的實例構建的光纖子圖；圖5為根據圖2中的實例構建的有向圖；圖6為根據本發明實施例提供的方法進行仿真的仿真結果圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。對等通信是無線網狀網絡中一種普遍存在的通信模式，IEEE 802. Ils標準協議中關注了無線網狀網絡中的對等通信。無線網狀子網中無線鏈路之間不可避免的信號干擾嚴重限制了網絡吞吐率，從而導致了服務質量的下降，然而，光纖無線混合接入網絡為降低信號干擾提高網絡吞吐率提供了可能，尤其對于實現無線網絡終端之間對等通信而言，光纖無線混合接入網絡可以有效的降低信號干擾給網絡吞吐率帶來的影響。光纖無線混合接入網絡中無線終端之間的對等通信可以通過路由使數據流量首先通過無線網狀子網然后到達光纖子網，然后由光纖子網返回到無線子網最后到達接收終端。這種“無線-光纖-無線”的模式會給網絡性能帶來很大提升一方面，“無線-光纖-無線”的對等通信模式使得在無線網狀子網中傳輸的通信量所涉及的無線鏈路減少，從而減少了鏈路之間的干擾，降低了干擾對網絡吞吐率的限制，提高了網絡吞吐率；另一方面，由于對等通信涉及到無線網狀子網中的無線鏈路的減少，因而降低了傳輸時延。而光纖無線混合接入網絡中ONU的布置位置直接影響網絡中的對等通信量是否能夠利用光纖子網來降低無線子網的鏈路干擾提高總體的網絡吞吐率，所以光纖無線混合接入網絡中ONU的布置問題是提高網絡總體呑吐率的一個關鍵性問題。本發明實施例提供了ー種光纖無線混合接入網絡中ONU的優化布置方法，該方法既考慮了無線網絡終端與因特網的通信，又考慮了光纖無線混合接入網絡中“無線-光纖-無線”的對等通信模式會給網絡性能帶來很大提升。圖1本發明實施例提供的光纖無線混合接入網絡中ONU的優化布置方法的流程圖，該方法包括Sll 獲取光纖無線混合接入網絡的參數。獲取光纖無線混合接入網絡的參數具體為根據已存在的無線網狀子網的布置狀況獲取以下參數無線網狀路由器節點集合、節點位置信息、單個無線信道的容量、節點的通信半徑、每個無線通信信道的信號干擾范圍；根據網絡中通信的歷史信息獲取以下參數對等通信集合、每個對等通信的帶寬需求、往來因特網的通信集合以及每個通信的帶寬需求；根據需要解決的問題獲取以下參數 需要布置的ONU總數以及可以布置ONU的位置信息。S12 根據步驟Sll中獲取的參數將光纖無線混合接入網表示為有向圖G，G = <N,E>。其中，N表示有向圖G的節點集合，節點集合N包括每個可布置ONU的位置節點、 OLT節點以及無線網狀路由器節點集合；E表示有向圖G的鏈路集合。圖2給出了一個無線混合接入網的實例，其中包括1個無線路終端、4個可以布置 ONU的位置、9個無線網狀路由器。將光纖無線混合接入網表示為有向圖G具體為S121 將光纖無線混合接入網中的無線網狀子網表示為無線子圖。將無線網狀子網表示為無線子圖具體為在無線網狀子網中，判斷兩個無線網狀路由器是否在彼此的通信半徑內，如果是，則在兩個無線網狀路由器節點之間連接兩條方向相反容量相同的鏈路，如果否，則兩個無線網狀路由器節點之間不連接任何鏈路，這些鏈路均屬于鏈路集合E。例如，無線網狀路由器節點u和無線網狀路由器節點ν在彼此的通信半徑內，則它們之間存在從u到ν的有向鏈路euv和從ν到u的有向鏈路eTO。重復步驟上述步驟S121直至所有符合條件的鏈路連接完畢。在無線網狀子網中， 由于無線鏈路之間存在信號干擾，因此，上述連接的每條鏈路均有ー個信號干擾鏈路集合， 它由該鏈路以及在其信號干擾范圍內的所有鏈路組成。在圖2給出的實例中，無線網狀子網中有9個無線網狀路由器，相應的，無線子圖中有9個無線網狀路由器節點，圖3為根據圖2的實例構建的無線子圖的示意圖。S122 將光纖無線混合接入網中的光纖子網表示為光纖子圖。將光纖無線混合接入網中的光纖子網表示為光纖子圖具體為在可布置ONU的位置節點與OLT節點之間連接兩條方向相反的鏈路，且在任意兩個可布置ONU的位置節點之間連接兩條方向相反的鏈路，這些鏈路均屬于鏈路集合E。任意兩個可布置ONU的位置節點之間的鏈路以及每個可布置ONU的位置節點與OLT節點之間的容量設為無窮大，且每個鏈路的信號干擾鏈路集合為空集。 在圖2給出的實例中，，光纖網狀子網中有1個OLT、4個可以布置ONU的位置，相應的，在光纖子圖中，應包含有一個線路終端節點和4個可布置ONU的位置節點，圖4為根據圖2的實例構建的光纖子圖的示意圖。
在光纖子網中，由于OLT與ONU之間直接由光纖連接，因此，在光纖子圖中，在可布置ONU的位置節點與OLT節點之間應存在兩條方向相反的鏈路；又由于OLT可以接收來自某個ONU的數據，然后廣播給所有的0NU，因此ONU之間可以通過OLT實現對等通信，相應的，在光纖子圖中，任意兩個可布置ONU的位置節點之間應存在兩條方向相反的鏈路 ’另外，由于光纖子網的網絡容量與無線網狀子網的網絡容量相比大得多，因此任意兩個可布置ONU的位置節點之間的鏈路以及每個可布置ONU的位置節點與OLT節點之間的容量設為無窮大，又因為光纖子網中的鏈路之間不存在信號干擾，因此光纖子圖中的每個鏈路的信號干擾鏈路集合為空集。S123 判斷光纖子網中可布置光網絡的位置與無線網狀子網中的無線網狀路由器是否在彼此的通信半徑內，如果是，則在可布置ONU的位置節點與無線網狀路由器節點之間連接兩條方向相反容量相同的鏈路，這些鏈路均屬于有向圖G的鏈路集合E ；如果否，則二者之間不連接任何鏈路。圖5為根據圖2的實施例構建的有向圖。由于網絡終端設備的上行和下行的所有通信量均須經過無線網狀路由器。因此， 本發明考慮網絡中存在的兩類主要通信量無線網狀路由器之間的對等通信和無線網狀路由器往來因特網的通信。由于往來因特網的通信量均必須通過光纖線路終端，所以將此類通信視為無線網狀路由器與光纖線路終端兩點之間的對等通信。S13 根據有向圖G構建基于混合整數線性規劃的ONU的優化布置數學模型。線性規劃是目標函數和約束條件都是線性的最優化問題，被大量用于解決極大化或極小化之類的實際當中的最優化問題。混合整數線性規劃是線性規劃的一種，其部分未知數為整數，其它未知數為實數。在本實施例中，根據有向圖G構建基于混合整數線性規劃的ONU的優化布置數學模型包括如下步驟S131 對已知參數進行定義。在本實施例中，對以下參數進行定義可布置ONU的位置節點集合為L、需要布置的ONU總數為K、無線網狀路由器節點集合為Nm、OLT為Utl、光纖無線混合接入網絡中的所有節點集合為N、單個無線信道的容量為C、對等通信集合為Q、對等通信i的帶寬需求量為 ri (i e Q)、對等通信i的信源節點為Si (i e Q)、對等通信i的信宿節點為Cli (i e Q)、無線鏈路euv的信號干擾鏈路集合為Iuv (euv e IJ。S132 對變量進行定義。在本實施例中，對以下變量進行定義對于對等通信i，網絡所能滿足的數據吞吐率與帶寬需求的比率為XiGeQ)；無線鏈路euv上屬于對等通信i的數據吞吐率負載為<v (i e Q) ；0-1變量為Z1, ONU被安裝布置在位置1，當1 e L吋，Z1的值為1，否則ら的值為 O0S133 構建基于混合整數線性規劃的ONU的優化布置數學模型。構建模型如下目標函數為
Maximize > A1V1(\)式(1)為目標函數，最大化網絡吞吐率，它是網絡能夠滿足的所有的對等通信的數據吞吐率和來往因特網的數據吞吐率之和.約束條件為
權利要求
1.一種光纖無線混合接入網絡中光網絡單元ONU的優化布置方法，其特征在于，該方法包括A 獲取光纖無線混合接入網絡的參數，所述參數包括無線網狀路由器節點集合、節點位置信息集合、單個無線信道的容量、節點的通信半徑、每個無線通信信道的信號干擾范圍半徑；對等通信集合、每個對等通信的通信雙方節點、每個對等通信的帶寬要求、往來因特網的通信集合以及每個通信的帶寬需求；需要布置的ONU以及可布置ONU的位置信息； B 根據所述獲取的參數將光纖無線混合接入網絡表示為有向圖，具體包括以下步驟 Bl 對于無線網狀子網，如果兩個無線網狀路由器在彼此的通信范圍內，則將有向圖中所述兩個無線網狀路由器對應的節點之間連接兩條方向相反容量相同的鏈路，且每條鏈路設置一個信號干擾鏈路集合，重復步驟Bl直至所有符合條件的鏈路連接完畢；B2 對于光纖子網，將有向圖中每個可布置ONU的位置節點與光線路終端OLT對應的節點之間連接兩條方向相反的鏈路，任意兩個可布置ONU的位置節點之間連接兩條方向相反的鏈路；任意兩個可布置ONU的位置節點之間的鏈路、每個可布置ONU的位置節點與OLT之間的鏈路的容量設置為無窮大，且每個鏈路的信號干擾鏈路集合為空集；B3 如果可布置光網絡的位置節點與無線子網中的無線網狀路由器在彼此的通信范圍內，則所述可布置ONU的位置節點與所述無線網狀路由器節點之間連接兩條方向相反容量相同的鏈路，重復步驟B3直至所有符合條件的鏈路連接完畢； 步驟B中的步驟Bl和步驟B2的執行順序沒有明確限定； C 根據所述有向圖建立ONU的優化布置數學模型； D 對所述數學模型進行求解； E 獲取ONU的最優布置位置。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述有向圖建立ONU的優化布置數學模型具體為根據所述有向圖建立基于混合整數線性規劃的ONU的優化布置數學模型。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據所述有向圖建立基于混合整數線性規劃的ONU的優化布置數學模型具體包括以下步驟Cl 對已知參數進行定義，所述已知參數包括可布置ONU的位置構成的節點集合、需要布置的ONU總數、無線網狀路由器集合、光纖無線混合接入網絡中的所有節點集合、單個無線信道的容量、對等通信集合、對等通信集合中的一個對等通信的帶寬需求量、對等通信集合中的一個對等通信的信源節點和信宿節點、無線鏈路的信號干擾鏈路集合；C2 對變量進行定義，所述變量為對于所述對等通信集合中的一個對等通信而言，網絡所能滿足的數據吞吐率與帶寬需求的比率、以及無線鏈路上屬于該對等通信的數據吞吐率負載；C3 利用所述定義的參數和變量構建目標函數，最大化網絡吞吐率，并構建約束條件， 所述約束條件用于保證進出無線網狀路由器的數據流量守恒、保證進出ONU和OLT的數據流量守恒、定義無線鏈路的信號干擾所帶來的約束、保證如果一個ONU布置在了可以布置 ONU的位置時才會有數據流量經過該位置上的0NU、保證了僅從所述可布置ONU的位置構成的節點集合中選取所述需要布置的ONU總數個節點布置0NU、給出整數變量和實數變量的取值范圍。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述對所述數學模型進行求解具體為，采用整數線性規劃求解方法進行求解。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述整數線性規劃求解方法為隱枚舉法、 分枝定界法或割平面法。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，光纖無線混合接入網絡的參數根據無線網狀子網的布置狀況獲取、根據網絡中通信的歷史信息獲取和根據需要解決的問題獲取。
全文摘要
本發明提供了一種光纖無線混合接入網絡中光網絡單元ONU的優化布置方法，該方法同時考慮了光纖無線混合接入網中無線終端之間的對等通信模式和無線終端與因特網的通信，該方法包括獲取光纖子網的參數、無線網狀子網的參數、需要布置的ONU的總數以及可以布置ONU的位置；根據獲取的參數將光纖無線混合接入網絡表示為有向圖；根據有向圖建立基于混合整數線性規劃的ONU的優化布置數學模型；利用整數線性規劃求解方法求解；獲取ONU的最優布置位置。本發明實施例提供的方法使得無線終端之間的對等通信的傳輸路徑所使用無線網狀子網中的無線路徑變少，減少了無線網狀子網鏈路的信號干擾，提高了網絡吞吐量。
文檔編號H04B10/12GK102546025SQ201210007420
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者張書奎, 朱艷琴, 王進, 紀其進 申請人:蘇州大學