一种带有生存性感知的低成本howban无线功能部署方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光无线混合网络通信技术领域，涉及一种带有生存性感知的低成本 HOWBAN无线功能部署方法。
【背景技术】
[0002] 随着通信技术的发展和多媒体业务的迅速普及，接入网开始向高带宽和高移动性 转变，同时网络运营商也需要降低接入成本并提高服务质量。在这种宽带移动化和移动宽 带化的趋势下，光纤与无线接入网的融合得到了国内外研究人员的广泛关注。光无线混合 接入网络（HybridOptical-WirelessBroadbandAccessNetwork，H0WBAN)兼具了光网络 的低成本、高带宽和高可靠性特性和无线网络高移动性、高灵活性特性，已成为下一代接入 网的重要解决方案之一。
[0003]HOWBAN由光域和无线域两部分组成，其中光域代表始于0LT止于0NU的无源光网 络，而无线域则代表前端的无线网络。HOWBAN具有无源光网络的高带宽、传输稳定和无线 网络的易部署、支持移动性的特性，能够为终端用户提供更快速、更高质量的服务。然而，由 于网络故障的发生，使得网络中的部分设备无法正常工作，导致数据传输中断，影响了网络 的正常运行。HOWBAN前端的无线域具有自愈性，而树形结构的光网络更易出现故障；同时， HOWBAN具有高带宽的特性，尤其是后端光网络中携带着大量的数据流量，因而光网络中设 备故障将导致大量的业务中断。因此，有效的生存性保障机制对改善网络性能和提高网络 可靠性至关重要。
[0004]目前，针对HOWBAN的特点，国内外研究人员对生存性保障机制进行了相关 石开究。LiuY,ffuJ,YuY在"Deploymentofsurvivablefiber-wirelessaccess forconvergedopticalanddatacenternetworks"【OpticalSwitchingand Networking, 2014, 14 (8) : 226 - 232.】文章中指出支线光纤故障是HOWBAN后端光光 域中的典型故障，且利用前端的无线域转发受故障影响的数据可以有效提高网络生存 性。LiuY,GuoL,WeiX在"AprotectionschemeforsurvivableFiber-Wireless broadbandaccessnetwork" [2012IEEEInternationalConferenceonCommunicat ions(ICC). 2012:6225-6229.】文章中采用模拟退火算法选取备用光网络单元（Optical NetworkUnit，0NU)，以最小跳数的方式实现了故障0NU到备用0NU之间的倒换，进而减 小 了其故障恢复时延。LiuY,SongQ，MaR在"Protectionbasedonbackupradiosand backupfibersforsurvivablefiber-wireless(Fiffi)accessnetwork"【Journalof NetworkandComputerApplications, 2013, 36(3) :1057_1069.】文章中对 0NU故障级的 恢复路由进行了改进，通过建立备用无线路径以确保故障0NU到其可替代0NU之间存在有 效路径。LiuY,GuoL,MaR在"Auxiliarygraphbasedprotectionforsurvivable fiber-wireless(Fiffi)accessnetworkconsideringdifferentlevelsoffailures" 【OpticalFiberTechnology, 2012, 18 (6) :430_439.】文章中米用一种基于辅助图的保障 机制，解决了故障恢复过程中的最大流最小跳问题，从而提高了资源利用率。
[0005] 研究表明，根据H0WBAN的特殊结构，利用无线域中多跳路径转发受光域中故障影 响的业务，能够有效提高故障状况下服务的连续性，从而增强网络生存性。但是，上述机制 均假设网络中的0NU皆具有无线功能，未能根据网络的生存性保障程度对其0NU进行合理 的无线功能部署。同时，由于受支线光纤故障概率的影响，受故障影响的数据往往只在一部 分的0NU之间进行转发，对网络中所有的0NU进行无线功能部署将导致网络资源利用率降 低，部署成本较高。
[0006] 在实际应用中，不具有无线功能的0NU无法利用无线路径完成数据转发，使其无 法为故障的支线光纤提供保护；同时由于各个0NU对网络生存性影响存在差异，对网络生 存性影响较小的0NU进行无线功能部署将造成网络资源浪费，导致网络成本增加。可见，网 络中0NU的无线功能部署情况将直接影响网络生存性和网络成本。合理地对0NU进行无线 功能部署是设计低成本、高可靠性H0WBAN的关键。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种带有生存性感知的低成本H0WBAN无线功 能部署方法，该方法采用定量分析方法评估网络生存性，从而根据当前的0NU无线功能部 署情况准确量化得到网络可靠度，进而利用多目标优化方法有效地均衡了网络成本和网络 可靠度，以最大资源利用率为目标完成0NU的无线功能部署。
[0008] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0009] 一种带有生存性感知的低成本H0WBAN无线功能部署方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤一：初始化网络中0NU的无线功能部署，引入二进制参数用于描述0NU的无线 功能部署情况，若对某个0NU进行了无线功能部署，则将其相应的参数置1，反之则置0;
[0011] 步骤二：采用基于概率的分析方法，通过分析节点在故障作用下链路能正常工作 的概率来评估网络生存性，同时根据在故障作用下，求解网络能完成的业务量占正常工作 下的比重，进而得到网络可靠度；
[0012] 步骤三：根据当前网络中0NU的无线功能部署情况，获知网络部署成本，所述网络 部署成本受网络中进行了无线功能部署的0NU数量及单个0NU的无线功能部署成本影响；
[0013] 步骤四：采用基于向量评价的二进制粒子群算法来权衡网络生存性和网络部署成 本，根据单目标优化函数的个体评价方法，由粒子的当前位置可获知其网络成本和网络可 靠度，然后分别从中选择一半较优的粒子作为下一代的两个子粒子群；子群间共享彼此社 会信息，即一个子粒子群中速度的改变受到另一个粒子群中全局极值的影响，完成多目标 优化过程。
[0014] 进一步，在步骤一中，对于具有N个0NU的H0WBAN中，所述0NU的部署情况采用一 组二进制序列表示，即（Xl，x2,x3. . .XN);若网络中0NU到0LT之间采用1+1热备份保护方式， 根据网络中0NU无线功能部署情况，(^仏与分光器之间无法正常通信的概率为：
[0015]
其中Li为与ONUi相连的支线光纤的长度， 入为链路故障概率。
[0016] 进一步，在步骤二中，所述网络能完成的业务量为0NU与0LT之间的正常通信概率 和单个0NU业务量的乘积之和，即：
[0017]
[0018] 其中Pi'表示ONU^ 0LT之间的通信概率，Si(A)表示来自0NA的业务量。
[0019] 进一步，所述网络生存性为网络能完成的业务量占正常工作下的比重，得到网络 可靠度，即
所述网络部署成本为网络中进行了无线功能部署 的0NU的数量和单个0NU无线功能部署成本之积，S卩
其中珍为单个0NU无线 功能部署成本。
[0020] 进一步，在步骤四中，所述基于向量评价的二进制粒子群算法主要包括粒子位置 更新、粒子速度更新及最优解求解过程；粒子速度更新主要受粒子当前速度、个体极值、全 局极值三个方面的影响，即Vi.j(t+1) =wXvidO+CirJpJO-xJO+CjjrJg'i-Xi^t))， 其中w表示惯性权重，该值与算法的收敛速度有关；为均匀分布于[0, 1]的随机数， cJPc2为加速因子；粒子位置更新与粒子速度有关，即当i/(l+e')为一个随机数^时，将 粒子位置相应维度上的二进制数置1，反之则置〇 ;粒子位置由代表0NU部署情况的二进制 序列组成，即Xi= (xu，xi2. . . Xi_j. . . xiN)，其中代表第i个粒子第j维的二进制数，粒子位 置根据粒子速度改变实现更新；在最优解的选取过程中，若fral(Xl) >fral(x',)且fOTSt(Xl) >Ux'j)，其中fral(Xl)和fOTSt(Xl)表示种群中粒子以网络可靠度和部署成本为目标函 数的适应度，fral(x'i)和fOTSt(x'i)表示最优解集合中以网络可靠度和部署成本为目标 函数的适应度，贝>J判定其为最优解；同时，若fral(Xi)>fr6l(X' .j)且(Xi)彡frast(X' .j) 或者frel(Xi)彡frel(x'.j)且UxJ>frast(x'.j)，贝lj判断其为Pareto最