光纤无线融合网络高效数据传输机理研究

Hybrid Optical-Wireless Broadband Access Networks exploit both the high bandwidth, low loss, long distance and high reliability of passive optical networks and the high flexibility and accessibility of wireless networks, which gain extensive attention from international researchers. However, the data forwarding processes are restrained by wireless resource sharing, the heterogeneity of the transmission medium, dynamical distribution of services, and time variance of network resources. Based on the previous works, this project develops intensive researches on the key issues such as terminal connection autonomy, cross-domain traffic control, Gateway resource allocation and dynamic path management. The detailed research contributions are shown as follows. 1) The dependence analyze model between the wireless nodes is studied, and the self - organizing method is proposed according to stable social relations. 2) The traffic shaping mechanism for cross-medium transmission is studied, and the data frame aggregation method in the wireless domain and the transmission path aggregation in the optical domain is researched for the different business attributes. 3) The load transfer mechanism between Optical Network Units (ONUs) based on load balancing is studied, furthermore, the operation status of each module of ONUs can be adaptively determined according to resource availability. 4) The efficient delay-aware data forwarding methods is researched, and the virtualization method of node and link resources is studied based on network virtualization.

光纤无线融合网络兼具了无源光网络的高带宽、低损耗、长距离、高可靠特性及无线网络的灵活、经济特性，得到国内外研究人员的广泛关注。然而，无线资源共享、传输媒介异构、业务动态分布及网络资源时变等特性使得此网络架构中的数据转发过程受到了诸多限制。本项目拟在前期工作的基础上，对终端连接自治、跨域流量控制、网关资源配置和动态路径管理等关键技术展开深入研究。具体内容如下：1）研究无线域节点间依赖程度分析模型，进而根据稳定的社会关系,提出面向光纤无线融合网络的自组织方法；2）研究适用于跨媒介的流量整形机制，并针对不同业务属性，研究无线域的数据帧汇聚方法及光域的传输路径聚合机制；3）研究带有负载均衡的ONU间负载转移方法，根据资源可用性，自适应地确定ONU各个模块的工作状态；4）研究时延感知的快速数据转发方法，并以网络虚拟化为手段，研究节点资源及链路资源的抽象方法。

本项目利用社会网络、流量工程、可靠分析等理论深入研究光纤无线融合网络高效数据传输机理，通过对终端连接自治、跨域流量控制、网关资源配置以及动态路径管理四个方面的深入研究，项目组在以下方面取得了重要成果：（1）系统分析了无线域和光域的节点连接属性，建立节点间关系分析模型，建模无线域和光域节点的连接关系，量化节点多维属性。进一步研究节点逻辑关系感知的数据协作传输策略和使用网络编码的并行路径传输机制，构建节点间非合作博弈和协同并行传输方法，提高网络协作传输效率和可靠性，提升网络末端接入的灵活性和稳定性。（2）系统分析了数据流特性，建立无线域和光域各类型业务需求和队列优先级模型，构建时空尺度下的流量动态变化规律。进一步评估聚合帧长改变带来的性能损失，根据流量互补特性使用光域传输路径聚合机制部署备用资源，提升网络中各类型业务的时延性能，降低备用资源的部署成本，改善各类型业务的恢复速度。（3）面向业务流动态变化特性，系统分析网络需求，建立网络节点能量到达、能量消耗、卸载模型。进一步在考虑不同需求的前提下，量化网络中各博弈参与者效用，量化网络负载公平效用，设计带有负载均衡的节点间负载转移方法和网络节点卸载协同休眠机制，减少网络能耗和时延影响，提升网络吞吐量和负载均衡能力。（4）系统分析了业务随机产生、光域节点休眠、无线域路径转发等方面的特性，构建用户对网络服务需求模型，结合博弈和半马尔科夫决策过程等方法，进行多等级保护质量量化，进行虚拟网络请求量化，为虚拟网络灵活配置保护资源，为高等级业务筛选满足需求的保护路径，提升端到端路径保护质量，保障数据传输可靠性。在项目执行期间，项目组共发表期刊论文59篇，其中IEEE Journal on Selected Areas in Communications、IEEE Wireless Communications、IEEE Communications Magazine、IEEE Internet of Things Journal、IEEE Transactions on Multimedia、IEEE Transactions on Vehicular Technology等SCI期刊45篇、《通信学报》、《电子与信息学报》等EI期刊14篇，圆满完成了项目任务指标。