本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光與無線融合組網(wǎng)中多維資源調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

隨著大容量高速無線通信技術(shù)發(fā)展的技術(shù)要求越來越高，光載無線(Radio-Over-Fiber,ROF)通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。ROF技術(shù)的關(guān)鍵在于將無線通信的微波信號在中心站調(diào)制到光纖通信中的激光上，調(diào)制信號經(jīng)過光纖傳輸?shù)竭_(dá)基站后，基站將微波信號解調(diào)，再通過天線發(fā)射供用戶使用。

ROF通信系統(tǒng)利用無線頻譜資源為用戶提供更廣泛的覆蓋范圍、更多樣的接入方式。但是這些頻譜資源的劃分是相對固定的，隨著用戶接入數(shù)量與方式的增加，幾乎所有優(yōu)質(zhì)的頻譜已經(jīng)分配殆盡，而且已分配出去的頻譜的使用效率并不高，未來已經(jīng)沒有新的優(yōu)質(zhì)頻段分配給研發(fā)出的無線通信系統(tǒng)。一方面是己經(jīng)沒有新的頻段可供使用，另一方面是已經(jīng)分配出去的頻段的使用效率低下。

如圖1所示，ROF系統(tǒng)包含中心站、基站、光鏈路和用戶端四個(gè)部分。ROF通信系統(tǒng)中使用光纖作為基站(BS)與中心站(CS)之間的傳輸光鏈路，直接利用光載波來傳輸射頻信號。光纖僅起到傳輸?shù)淖饔茫粨Q、控制和信號的再生都在中心站實(shí)現(xiàn)，基站僅實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。這樣，可以把復(fù)雜昂貴的設(shè)備集中到中心站點(diǎn)，讓多個(gè)遠(yuǎn)端基站共享這些設(shè)備，減少基站的功耗和成本。

光纖傳輸?shù)纳漕l信號提高了無線帶寬，但天線發(fā)射后在大氣中的損耗會(huì)增大，所以要求蜂窩結(jié)構(gòu)向微微小區(qū)轉(zhuǎn)變，而基站結(jié)構(gòu)的簡化有利于增加基站數(shù)目來減少蜂窩覆蓋面積，從而使組網(wǎng)更為靈活，大氣中無線信號的多徑衰落也會(huì)降低；另外，利用光纖作為傳輸鏈路，具有低損耗、高帶寬和防止電磁干擾的特點(diǎn)。正是這些優(yōu)點(diǎn)，使得ROF技術(shù)在未來無線寬帶通信、衛(wèi)星通信以及智能交通系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。ROF技術(shù)是一種光和微波相結(jié)合的通信技術(shù)，希望利用光纖的低損耗、高帶寬特性，提升無線接入網(wǎng)的帶寬。與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)相比，ROF系統(tǒng)有著更廣的蜂窩覆蓋、更寬的帶寬、較低的成本、較低的功耗和易安裝等優(yōu)點(diǎn)。

隨著無線技術(shù)的高速發(fā)展，以多媒體業(yè)務(wù)為代表的各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不斷增長，并逐漸成為未來無線通信系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)。未來無線通信系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn)是己經(jīng)沒有新的頻段可供使用，另一方面是已經(jīng)分配出去的頻段的使用效率低下，因此靈活有效的無線資源管理和調(diào)度對于無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)有著舉足輕重的作用。

無線資源分配是無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)頻譜動(dòng)態(tài)分配和利用的關(guān)鍵技術(shù)之一，它在復(fù)雜的無線信道衰落特性、干擾及用戶業(yè)務(wù)分布不均勻的情況下，靈活的分配多維無線資源，如頻譜、波長、時(shí)間、空間資源，以盡可能有效的利用這些無線資源來提升頻譜利用率和網(wǎng)絡(luò)容量等系統(tǒng)性能指標(biāo)。

傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)中的無線資源管理的目標(biāo)是在有限的無線資源條件下，為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無線終端用戶提供端到端QoS保證的業(yè)務(wù)，靈活分配和動(dòng)態(tài)調(diào)整無線空中接口和網(wǎng)絡(luò)中的可用資源，最大程度地提高無線系統(tǒng)資源利用率、防止網(wǎng)絡(luò)擁塞和降低信令開銷。

異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中無線資源管理基于泛在網(wǎng)絡(luò)的分層架構(gòu)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互通架構(gòu)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源管理模型以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源管理架構(gòu)，并對其中功能實(shí)體進(jìn)行定義。該技術(shù)方案的目標(biāo)是不僅能夠支持多異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互通及協(xié)同，并且能支持接入不同網(wǎng)絡(luò)的用戶終端間的協(xié)同傳輸。該架構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)控制平面、用戶平面以外引入認(rèn)知平面，該平面通過上下文信息服務(wù)器對來自網(wǎng)絡(luò)域、業(yè)務(wù)域、無線域及用戶域的信息進(jìn)行處理，支撐業(yè)務(wù)、資源和鏈路層面對不同網(wǎng)絡(luò)及終端間資源分配的控制與管理決策以滿足用戶的業(yè)務(wù)需求。異構(gòu)融合無線資源管理框架及功能實(shí)體是對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行增量升級的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了不同無線接入網(wǎng)絡(luò)間協(xié)同。

面向業(yè)務(wù)需求的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)資源分配方法，針對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中多無線接入?yún)f(xié)同傳輸?shù)膽?yīng)用場景，研究了基于業(yè)務(wù)流量區(qū)分的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無線資源分配問題。方案考慮了異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中多模終端同時(shí)接入多個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同并行傳輸上行場景，根據(jù)用戶終端的請求業(yè)務(wù)類型分為：時(shí)延受限類和盡力而為類。根據(jù)這兩類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流量的QoS需求不同，考慮時(shí)延受限類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需要保證時(shí)延滿足一定閾值以內(nèi)，即需保證該業(yè)務(wù)的最小傳輸速率；同時(shí)，盡力而為類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)由于無時(shí)延限制，但是基于用戶的公平性考慮，盡力而為類業(yè)務(wù)流量在不同用戶之間需要保證比例公平性。因此，為提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中資源利用率，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下多無線接入上行場景中的問題建模為在滿足上述用戶業(yè)務(wù)流量QoS前提下最大化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量對用戶終端的發(fā)射功率和接入頻率帶寬進(jìn)行分配。

上述兩個(gè)技術(shù)方案均是從頻譜資源入手，通過構(gòu)建資源管理架構(gòu)或是最大化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量建模來實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的資源分配。兩個(gè)技術(shù)方案雖然可以達(dá)到預(yù)期的效果，但是它們僅僅在傳輸層角度提高了資源的利用效率，面對日益增多的無線接入用戶與接入方式，這樣是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。對于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中多無線接入場景中面向用戶業(yè)務(wù)需求的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境中異構(gòu)業(yè)務(wù)的資源分配方面，還存在有待深入研究的問題。

ROF技術(shù)為用戶提供了高速多樣的通信方式、接入手段，但由于缺乏有效的協(xié)調(diào)，出現(xiàn)了頻譜資源稀缺、路徑擁堵等異構(gòu)資源分配不均衡的現(xiàn)實(shí)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種光與無線融合組網(wǎng)中多維資源調(diào)度方法，主要應(yīng)用在ROF通信系統(tǒng)中多維資源調(diào)度場景，通過路徑選擇、波長分配以及射頻資源調(diào)配對異構(gòu)資源進(jìn)行合理配置，重點(diǎn)解決了由于缺乏有效的協(xié)調(diào)，出現(xiàn)了頻譜資源稀缺、路徑擁堵等異構(gòu)資源分配不均的現(xiàn)實(shí)問題，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用效率。

隨著ROF網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的過程中用戶數(shù)量與接入方式的增多，頻譜等異構(gòu)資源稀缺很大程度上限制了ROF網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展。如何實(shí)現(xiàn)多維資源的合理調(diào)度成為ROF網(wǎng)絡(luò)發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)。本發(fā)明的核心思想是在光與無線融合組網(wǎng)場景下，通過路徑選擇、波長分配以及射頻分配實(shí)現(xiàn)異構(gòu)多維資源的調(diào)度。

本發(fā)明提供的光與無線融合組網(wǎng)中多維資源調(diào)度方法，包括如下步驟：

步驟一：通過蟻群算法選擇最優(yōu)路徑，隨著信息的發(fā)送，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)判斷最優(yōu)路徑的過程；

步驟二：選擇合適的波長資源承載信號，當(dāng)波長資源不足時(shí)，選用其他射頻資源的波長資源承載信號，并使用新的射頻傳輸信號。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)解決了由于缺乏有效的協(xié)調(diào)，出現(xiàn)了頻譜資源稀缺、路徑擁堵等異構(gòu)資源分配不均的現(xiàn)實(shí)問題，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用效率。

(2)蟻群算法模擬真實(shí)的蟻群協(xié)作過程。算法由若干個(gè)螞蟻共同構(gòu)造解路徑，通過在解路徑上遺留并交換信息素提高解的質(zhì)量，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化的目的。在求解性能上，具有很強(qiáng)的魯棒性(對基本蟻群算法模型稍加修改，便可以應(yīng)用于其他問題)和搜索較好解的能力。

(3)采用波長資源與頻譜資源并行的方式來承載信息，可以提高資源利用率，在網(wǎng)絡(luò)資源不充足的情況下，盡可能的滿足用戶需求。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的ROF網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意圖。

圖2為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)協(xié)調(diào)路徑擁堵問題的示意圖。

圖3為ROF網(wǎng)絡(luò)多維資源分配示意圖。

圖4為本發(fā)明提供的多維資源調(diào)度方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明的目的是解決ROF網(wǎng)絡(luò)中由于網(wǎng)絡(luò)資源分配不均勻而帶來的路徑擁堵問題，如圖2所示，所述ROF網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)基站和多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收一個(gè)基站的信息，在經(jīng)過其他虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的傳遞后通過光鏈路傳送給另一個(gè)基站，在多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息傳遞過程中，由于缺乏有效的資源協(xié)調(diào)，出現(xiàn)了路徑擁堵的問題，即在多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間發(fā)生了故障。

本發(fā)明提供一種光與無線融合組網(wǎng)中多維資源調(diào)度方法，如圖4所示流程，具體包括如下步驟：

步驟一：收集基站與業(yè)務(wù)信息，隨著信息的發(fā)送，通過蟻群算法選擇最優(yōu)路徑，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)判斷最優(yōu)路徑的過程。

對于服務(wù)器與路徑的最優(yōu)選擇，本發(fā)明采用蟻群算法，具體方法如下：

1)初始化服務(wù)器與路徑信息；

2)基站發(fā)出信息，信息到達(dá)服務(wù)器；

3)當(dāng)信息經(jīng)服務(wù)器處理后，返回基站的過程中，在經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)會(huì)隨時(shí)間不斷衰減的標(biāo)示信號；所述的節(jié)點(diǎn)是指網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)可以是工作站、客戶、網(wǎng)絡(luò)用戶或個(gè)人計(jì)算機(jī)，還可以是服務(wù)器、打印機(jī)和其他網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備。

4)信息所經(jīng)過路徑越短、所經(jīng)過服務(wù)器的資源越多，信息反饋會(huì)更快，因此在信息所經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)上會(huì)產(chǎn)生更多的標(biāo)示信號，即某個(gè)節(jié)點(diǎn)上經(jīng)過的信息越多，該節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的標(biāo)示信號越多。蟻群算法的過程中，信息會(huì)經(jīng)過所有的路徑，在經(jīng)過最短的路徑時(shí)，會(huì)有更快的反饋。

5)信息在經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)示信號，信息在傳遞過程中，對下一個(gè)可以選擇的節(jié)點(diǎn)的標(biāo)示信號進(jìn)行判斷，選擇具有標(biāo)示信號最多的一個(gè)節(jié)點(diǎn)來傳輸信息，形成當(dāng)前信息傳輸?shù)淖顑?yōu)路徑；

6)當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)比較擁堵時(shí)，說明服務(wù)器的資源被使用的較多，服務(wù)器對信息的處理會(huì)相應(yīng)變慢，標(biāo)示信號的增加速度會(huì)變慢，且標(biāo)示信號會(huì)不斷衰減，節(jié)點(diǎn)上標(biāo)示信號的變化導(dǎo)致信息傳輸過程中對節(jié)點(diǎn)的選擇發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生新的最優(yōu)路徑。

7)隨著信息的不斷發(fā)送，會(huì)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的最優(yōu)路徑選擇過程。

步驟二：選擇合適的波長資源承載信號，當(dāng)波長資源不足是，選用其他射頻資源的波長資源來承載信號，并使用新的射頻傳輸信號。

本步驟是在頻譜資源固定的情況下，通過合理分配頻譜資源的方式，實(shí)現(xiàn)ROF網(wǎng)絡(luò)中的多維資源調(diào)度。現(xiàn)有的分配頻譜資源方式有很多，本步驟從網(wǎng)絡(luò)層面入手，采用綜合考慮波長與射頻資源的方法，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用效率。該方法概括起來就是：

先選擇一個(gè)波長資源承載信號進(jìn)行信息傳輸；

當(dāng)波長資源不足時(shí)，選用其他射頻資源的波長資源承載信號，并使用新的射頻傳輸信號。

路由選擇、波長和射頻資源分配的方法在圖3A所示的例子中進(jìn)行了說明，在圖3A和圖3B的示例中考慮具有6個(gè)節(jié)點(diǎn)(圓形節(jié)點(diǎn)1～6)的簡單網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌诿織l光纖鏈路中的波長被劃分成9個(gè)子載波，而子載波的標(biāo)號順序?yàn)閺?到9。在拓?fù)渲?，假設(shè)共有4個(gè)業(yè)務(wù)請求T_n(X，Y，Z)同時(shí)到達(dá)，其中n表示業(yè)務(wù)請求編號，n＝1,2,3,4；X、Y和Z分別表示起始節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)和占用波長資源數(shù)量，并在圖3B中用不同的填充形狀表示。在初始狀態(tài)中，由于所有的波長資源在初始時(shí)沒有被占用，因此業(yè)務(wù)請求T₁(1，5，3)選擇最短路由L_A，E作為路徑并分配波長1-3(左斜線)對信息進(jìn)行傳輸。由于路由L_A，E已經(jīng)被占用，因此業(yè)務(wù)請求T₂(1，5，5)重新選擇次優(yōu)路由L_{A，D，G}作為路徑，但是波長資源依然充裕，故選擇波長4-8(豎直線)對信息進(jìn)行傳輸。由于最優(yōu)路由L_A，E和次優(yōu)路由L_{A，D，G}均被占用，故業(yè)務(wù)請求T₃(1，6，6)選擇次次優(yōu)路由L_{B，F(xiàn)，I}作為路徑，但是波長資源依然充裕故選擇波長1-6(橫直線)對信息進(jìn)行傳輸。因此前三個(gè)業(yè)務(wù)請求成功建立。當(dāng)業(yè)務(wù)請求T₄(1，5，4)到達(dá)時(shí)，發(fā)現(xiàn)波長資源不足以對該業(yè)務(wù)請求進(jìn)行傳輸，因此選用20GHz射頻來傳送信息，新的射頻下波長資源沒有被占用，因此業(yè)務(wù)請求T₄(1，5，4)選擇最短路由L_A，E作為路徑并分配波長1-3(右斜線)對信息進(jìn)行傳輸。

本發(fā)明通過光載無線組網(wǎng)架構(gòu)下的多維資源調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)路徑的選擇與頻譜資源的合理配置，減輕了網(wǎng)絡(luò)堵塞和頻譜資源稀缺的問題，可以為用戶提供更高的傳輸速率與業(yè)務(wù)提供能力。