专利名称：一种光纤无线混合接入网络中光网络单元的优化布置方法
技术领域：
本发明涉及光纤无线混合接入网技术领域，尤其涉及一种光纤无线混合接入网络中光网络单元的优化布置方法。
背景技术：
近年来，由于网络应用的快速发展和新技术的不断应用，人们不但对传输带宽的需求越来越大，而且对网络的实时接入也提出了更高的要求。基于以太网的无源光网络通常包括一个用来接收来自和发往因特网的光信号的光线路终端(Optical Line Terminal, 0LT)，一个使用复用/去复用技术处理发往或来自OLT的光信号的远端节点 (Remote Node, RN)，以及一组接收和发往来自远端节点的光信号的光网络单元(Optical Network Units，0NU)。基于以太网的无源光网络技术具有适合远距离传输、高带宽等优点， 但是，它的铺设代价高且不能满足网络使用者对于移动接入的要求。针对网络使用者对移动性的要求，无线网状网络等无线接入技术发展迅速。无线网状网络通常由一组无线网状路由器组成，相邻无线网状路由器之间通过无线信道进行通信，无线网状路由器提供了网络接入、多条路由等功能。虽然无线网状网络具有安装容易、 设置简单、可满足网络使用者移动接入网络的要求等优点，但无线链路之间不可避免的信号干扰导致了无线网状网络具有网络带宽低的缺点。光纤无线混合接入网络是一种降低了上述两种技术缺陷并将其优点结合的新技术，它向用户提供了高带宽和移动性的网络服务。光纤无线混合接入网络中的ONU同时具有调制接收光信号和无线信号的特性，它既可以从无线网状路由器接收无线信号，然后将无线信号调制为对应的光信号发送至远端节点，也可以解调从远端节点接收到的光信号为无线信号，并将其发送至无线网状网络。众所周知，在光纤无线混合接入网络中，无线网状子网中无线链路之间不可避免的信号干扰严重限制了网络的吞吐率，从而导致了服务质量的下降，现有技术中从最小化无线网状路由器到光网路单元的平均跳数的角度考虑，优化ONU的布置位置，从而将数据发往因特网的时延最小化，提高网络的吞吐率。然而，由于现有技术中仅考虑了无线网络终端与因特网的通信，因此提高网络吞吐率的效果不佳。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光纤无线混合接入网络中光网络单元的优化布置方法，用于解决现有的方法仅考虑了无线网络终端与因特网的通信，从而导致提高网络吞吐率的效果不佳的问题。其技术方案如下一种光纤无线混合接入网络中光网络单元ONU的优化布置方法，该方法包括A 获取光纤无线混合接入网络的参数，所述参数包括无线网状路由器节点集合、节点位置信息集合、单个无线信道的容量、节点的通信半径、每个无线通信信道的信号干扰范围半径；对等通信集合、每个对等通信的通信双方节点、每个对等通信的带宽要求、往来因特网的通信集合以及每个通信的带宽需求；需要布置的ONU以及可布置ONU的位置 fn息；B:根据所述获取的参数将光纤无线混合接入网络表示为有向图，具体包括以下步骤Bl 对于无线网状子网，如果两个无线网状路由器在彼此的通信范围内，则将有向图中所述两个无线网状路由器对应的节点之间连接两条方向相反容量相同的链路，且每条链路设置一个信号干扰链路集合，重复步骤Bl直至所有符合条件的链路连接完毕；B2 对于光纤子网，将有向图中每个可布置ONU的位置节点与光线路终端OLT对应的节点之间连接两条方向相反的链路，任意两个可布置ONU的位置节点之间连接两条方向相反的链路；任意两个可布置ONU的位置节点之间的链路、每个可布置ONU的位置节点与 OLT之间的链路的容量设置为无穷大，且每个链路的信号干扰链路集合为空集；B3 如果可布置光网络的位置节点与无线子网中的无线网状路由器在彼此的通信范围内，则所述可布置ONU的位置节点与所述无线网状路由器节点之间连接两条方向相反容量相同的链路，重复步骤B3直至所有符合条件的链路连接完毕；步骤B中的步骤Bl和步骤B2的执行顺序没有明确限定；C 根据所述有向图建立ONU的优化布置数学模型；D 对所述数学模型进行求解；E 获取ONU的最优布置位置。所述根据所述有向图建立ONU的优化布置数学模型具体为根据所述有向图建立基于混合整数线性规划的ONU的优化布置数学模型。所述根据所述有向图建立基于混合整数线性规划的ONU的优化布置数学模型具体包括以下步骤Cl 对已知参数进行定义，所述已知参数包括可布置ONU的位置构成节点集合、 需要布置的ONU总数、无线网状路由器集合、光纤无线混合接入网络中的所有节点集合、单个无线信道的容量、对等通信集合、对等通信集合中的一个对等通信的带宽需求量、对等通信集合中的一个对等通信的信源节点和信宿节点、无线链路的信号干扰链路集合；C2 对变量进行定义，所述变量为对于所述对等通信集合中的一个对等通信而言，网络所能满足的数据吞吐率与带宽需求的比率、以及无线链路上属于该对等通信的数据吞吐率负载；C3:利用所述定义的参数和变量构建目标函数，最大化网络吞吐率，并构建约束条件，所述约束条件用于保证进出无线网状路由器的数据流量守恒、保证进出ONU和OLT的数据流量守恒、定义无线链路的信号干扰所带来的约束、保证如果一个ONU布置在了可以布置ONU的位置时才会有数据流量经过该位置上的0NU、保证了仅从所述可布置ONU的位置构成节点集合中选取所述需要布置的ONU总数个节点布置0NU、给出整数变量和实数变量的取值范围。优选地，对所述数学模型进行求解具体为，采用整数线性规划求解方法进行求解。优选地，所述整数线性规划求解方法为隐枚举法、分枝定界法或割平面法。光纤无线混合接入网络的参数根据无线网状子网的布置状况获取、根据网络中通信的历史信息获取和根据需要解决的问题获取。
本发明提供的无线混合接入网络中ONU的优化布置方法，综合考虑了光纤无线混合接入网中无线终端之间的对等通信模式和无线终端与因特网的通信，本发明提供的方法使得无线终端之间的对等通信的传输路径所使用的无线网状子网中的无线路径减少，从而无线网状子网的负载带来的信号干扰相应减少，提高了无线网状子网的吞吐量，同时，由于无线终端之间的对等通信的传输路径可以从无线网状子网到光纤子网再到无线网状子网， 光纤子网的高网络容量和不存在信号干扰的特性使得网络吞吐量提高，最终提高了整个光纤无线混合接入网络中的网络吞吐量。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的光纤无线混合接入网络中ONU的优化布置方法的流程图；图2为光纤无线混合接入网络的实例；图3为根据图2中的实例构建的无线子图；图4为根据图2中的实例构建的光纤子图；图5为根据图2中的实例构建的有向图；图6为根据本发明实施例提供的方法进行仿真的仿真结果图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。对等通信是无线网状网络中一种普遍存在的通信模式，IEEE 802. Ils标准协议中关注了无线网状网络中的对等通信。无线网状子网中无线链路之间不可避免的信号干扰严重限制了网络吞吐率，从而导致了服务质量的下降，然而，光纤无线混合接入网络为降低信号干扰提高网络吞吐率提供了可能，尤其对于实现无线网络终端之间对等通信而言，光纤无线混合接入网络可以有效的降低信号干扰给网络吞吐率带来的影响。光纤无线混合接入网络中无线终端之间的对等通信可以通过路由使数据流量首先通过无线网状子网然后到达光纤子网，然后由光纤子网返回到无线子网最后到达接收终端。这种“无线-光纤-无线”的模式会给网络性能带来很大提升一方面，“无线-光纤-无线”的对等通信模式使得在无线网状子网中传输的通信量所涉及的无线链路减少，从而减少了链路之间的干扰，降低了干扰对网络吞吐率的限制，提高了网络吞吐率；另一方面，由于对等通信涉及到无线网状子网中的无线链路的减少，因而降低了传输时延。而光纤无线混合接入网络中ONU的布置位置直接影响网络中的对等通信量是否能够利用光纤子网来降低无线子网的链路干扰提高总体的网络吞吐率，所以光纤无线混合接入网络中ONU的布置问题是提高网络总体呑吐率的一个关键性问题。本发明实施例提供了ー种光纤无线混合接入网络中ONU的优化布置方法，该方法既考虑了无线网络终端与因特网的通信，又考虑了光纤无线混合接入网络中“无线-光纤-无线”的对等通信模式会给网络性能带来很大提升。图1本发明实施例提供的光纤无线混合接入网络中ONU的优化布置方法的流程图，该方法包括Sll 获取光纤无线混合接入网络的參数。获取光纤无线混合接入网络的參数具体为根据已存在的无线网状子网的布置状况获取以下參数无线网状路由器节点集合、节点位置信息、单个无线信道的容量、节点的通信半径、每个无线通信信道的信号干扰范围；根据网络中通信的历史信息获取以下參数对等通信集合、每个对等通信的带宽需求、往来因特网的通信集合以及每个通信的带宽需求；根据需要解决的问题获取以下參数 需要布置的ONU总数以及可以布置ONU的位置信息。S12 根据步骤Sll中获取的參数将光纤无线混合接入网表示为有向图G，G = <N,E>。其中，N表示有向图G的节点集合，节点集合N包括每个可布置ONU的位置节点、 OLT节点以及无线网状路由器节点集合；E表示有向图G的链路集合。图2给出了一个无线混合接入网的实例，其中包括1个无线路终端、4个可以布置 ONU的位置、9个无线网状路由器。将光纤无线混合接入网表示为有向图G具体为S121 将光纤无线混合接入网中的无线网状子网表示为无线子图。将无线网状子网表示为无线子图具体为在无线网状子网中，判断两个无线网状路由器是否在彼此的通信半径内，如果是，则在两个无线网状路由器节点之间连接两条方向相反容量相同的链路，如果否，则两个无线网状路由器节点之间不连接任何链路，这些链路均属于链路集合E。例如，无线网状路由器节点u和无线网状路由器节点ν在彼此的通信半径内，则它们之间存在从u到ν的有向链路euv和从ν到u的有向链路eTO。重复步骤上述步骤S121直至所有符合条件的链路连接完毕。在无线网状子网中， 由于无线链路之间存在信号干扰，因此，上述连接的每条链路均有ー个信号干扰链路集合， 它由该链路以及在其信号干扰范围内的所有链路组成。在图2给出的实例中，无线网状子网中有9个无线网状路由器，相应的，无线子图中有9个无线网状路由器节点，图3为根据图2的实例构建的无线子图的示意图。S122 将光纤无线混合接入网中的光纤子网表示为光纤子图。将光纤无线混合接入网中的光纤子网表示为光纤子图具体为在可布置ONU的位置节点与OLT节点之间连接两条方向相反的链路，且在任意两个可布置ONU的位置节点之间连接两条方向相反的链路，这些链路均属于链路集合E。任意两个可布置ONU的位置节点之间的链路以及每个可布置ONU的位置节点与OLT节点之间的容量设为无穷大，且每个链路的信号干扰链路集合为空集。 在图2给出的实例中，，光纤网状子网中有1个OLT、4个可以布置ONU的位置，相应的，在光纤子图中，应包含有一个线路终端节点和4个可布置ONU的位置节点，图4为根据图2的实例构建的光纤子图的示意图。
在光纤子网中，由于OLT与ONU之间直接由光纤连接，因此，在光纤子图中，在可布置ONU的位置节点与OLT节点之间应存在两条方向相反的链路；又由于OLT可以接收来自某个ONU的数据，然后广播给所有的0NU，因此ONU之间可以通过OLT实现对等通信，相应的，在光纤子图中，任意两个可布置ONU的位置节点之间应存在两条方向相反的链路 ’另外，由于光纤子网的网络容量与无线网状子网的网络容量相比大得多，因此任意两个可布置ONU的位置节点之间的链路以及每个可布置ONU的位置节点与OLT节点之间的容量设为无穷大，又因为光纤子网中的链路之间不存在信号干扰，因此光纤子图中的每个链路的信号干扰链路集合为空集。S123 判断光纤子网中可布置光网络的位置与无线网状子网中的无线网状路由器是否在彼此的通信半径内，如果是，则在可布置ONU的位置节点与无线网状路由器节点之间连接两条方向相反容量相同的链路，这些链路均属于有向图G的链路集合E ；如果否，则二者之间不连接任何链路。图5为根据图2的实施例构建的有向图。由于网络终端设备的上行和下行的所有通信量均须经过无线网状路由器。因此， 本发明考虑网络中存在的两类主要通信量无线网状路由器之间的对等通信和无线网状路由器往来因特网的通信。由于往来因特网的通信量均必须通过光纤线路终端，所以将此类通信视为无线网状路由器与光纤线路终端两点之间的对等通信。S13 根据有向图G构建基于混合整数线性规划的ONU的优化布置数学模型。线性规划是目标函数和约束条件都是线性的最优化问题，被大量用于解决极大化或极小化之类的实际当中的最优化问题。混合整数线性规划是线性规划的一种，其部分未知数为整数，其它未知数为实数。在本实施例中，根据有向图G构建基于混合整数线性规划的ONU的优化布置数学模型包括如下步骤S131 对已知參数进行定义。在本实施例中，对以下參数进行定义可布置ONU的位置节点集合为L、需要布置的ONU总数为K、无线网状路由器节点集合为Nm、OLT为Utl、光纤无线混合接入网络中的所有节点集合为N、单个无线信道的容量为C、对等通信集合为Q、对等通信i的带宽需求量为 ri (i e Q)、对等通信i的信源节点为Si (i e Q)、对等通信i的信宿节点为Cli (i e Q)、无线链路euv的信号干扰链路集合为Iuv (euv e IJ。S132 对变量进行定义。在本实施例中，对以下变量进行定义对于对等通信i，网络所能满足的数据吞吐率与带宽需求的比率为XiGeQ)；无线链路euv上属于对等通信i的数据吞吐率负载为<v (i e Q) ；0-1变量为Z1, ONU被安装布置在位置1，当1 e L吋，Z1的值为1，否则ら的值为 O0S133 构建基于混合整数线性规划的ONU的优化布置数学模型。构建模型如下目标函数为
Maximize > A1V1(\)式(1)为目标函数，最大化网络吞吐率，它是网络能够满足的所有的对等通信的数据吞吐率和来往因特网的数据吞吐率之和.约束条件为
权利要求
1.一种光纤无线混合接入网络中光网络单元ONU的优化布置方法，其特征在于，该方法包括A 获取光纤无线混合接入网络的参数，所述参数包括无线网状路由器节点集合、节点位置信息集合、单个无线信道的容量、节点的通信半径、每个无线通信信道的信号干扰范围半径；对等通信集合、每个对等通信的通信双方节点、每个对等通信的带宽要求、往来因特网的通信集合以及每个通信的带宽需求；需要布置的ONU以及可布置ONU的位置信息； B 根据所述获取的参数将光纤无线混合接入网络表示为有向图，具体包括以下步骤 Bl 对于无线网状子网，如果两个无线网状路由器在彼此的通信范围内，则将有向图中所述两个无线网状路由器对应的节点之间连接两条方向相反容量相同的链路，且每条链路设置一个信号干扰链路集合，重复步骤Bl直至所有符合条件的链路连接完毕；B2 对于光纤子网，将有向图中每个可布置ONU的位置节点与光线路终端OLT对应的节点之间连接两条方向相反的链路，任意两个可布置ONU的位置节点之间连接两条方向相反的链路；任意两个可布置ONU的位置节点之间的链路、每个可布置ONU的位置节点与OLT之间的链路的容量设置为无穷大，且每个链路的信号干扰链路集合为空集；B3 如果可布置光网络的位置节点与无线子网中的无线网状路由器在彼此的通信范围内，则所述可布置ONU的位置节点与所述无线网状路由器节点之间连接两条方向相反容量相同的链路，重复步骤B3直至所有符合条件的链路连接完毕； 步骤B中的步骤Bl和步骤B2的执行顺序没有明确限定； C 根据所述有向图建立ONU的优化布置数学模型； D 对所述数学模型进行求解； E 获取ONU的最优布置位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述有向图建立ONU的优化布置数学模型具体为根据所述有向图建立基于混合整数线性规划的ONU的优化布置数学模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述有向图建立基于混合整数线性规划的ONU的优化布置数学模型具体包括以下步骤Cl 对已知参数进行定义，所述已知参数包括可布置ONU的位置构成的节点集合、需要布置的ONU总数、无线网状路由器集合、光纤无线混合接入网络中的所有节点集合、单个无线信道的容量、对等通信集合、对等通信集合中的一个对等通信的带宽需求量、对等通信集合中的一个对等通信的信源节点和信宿节点、无线链路的信号干扰链路集合；C2 对变量进行定义，所述变量为对于所述对等通信集合中的一个对等通信而言，网络所能满足的数据吞吐率与带宽需求的比率、以及无线链路上属于该对等通信的数据吞吐率负载；C3 利用所述定义的参数和变量构建目标函数，最大化网络吞吐率，并构建约束条件， 所述约束条件用于保证进出无线网状路由器的数据流量守恒、保证进出ONU和OLT的数据流量守恒、定义无线链路的信号干扰所带来的约束、保证如果一个ONU布置在了可以布置 ONU的位置时才会有数据流量经过该位置上的0NU、保证了仅从所述可布置ONU的位置构成的节点集合中选取所述需要布置的ONU总数个节点布置0NU、给出整数变量和实数变量的取值范围。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述数学模型进行求解具体为，采用整数线性规划求解方法进行求解。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述整数线性规划求解方法为隐枚举法、 分枝定界法或割平面法。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，光纤无线混合接入网络的参数根据无线网状子网的布置状况获取、根据网络中通信的历史信息获取和根据需要解决的问题获取。
全文摘要
本发明提供了一种光纤无线混合接入网络中光网络单元ONU的优化布置方法，该方法同时考虑了光纤无线混合接入网中无线终端之间的对等通信模式和无线终端与因特网的通信，该方法包括获取光纤子网的参数、无线网状子网的参数、需要布置的ONU的总数以及可以布置ONU的位置；根据获取的参数将光纤无线混合接入网络表示为有向图；根据有向图建立基于混合整数线性规划的ONU的优化布置数学模型；利用整数线性规划求解方法求解；获取ONU的最优布置位置。本发明实施例提供的方法使得无线终端之间的对等通信的传输路径所使用无线网状子网中的无线路径变少，减少了无线网状子网链路的信号干扰，提高了网络吞吐量。
文档编号H04B10/12GK102546025SQ201210007420
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者张书奎, 朱艳琴, 王进, 纪其进 申请人:苏州大学