[发明专利]WDM-FSO网络节点资源共享方法及系统

说明书

本发明提供WDM‑FSO网络节点资源共享方法及系统，所述方法结合波分复用技术，综合考虑链路可靠性、业务负载等指标，提出一种基于移动WDM‑FSO网络的节点资源共享策略。本发明所述方案将网络节点的移动性作为推进网络性能提升的一个动力，通过网络节点的移动实现节点间资源的共享，减少节点移动所造成的拓扑变化对现有业务的影响，同时降低业务的阻塞率。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，更具体地，涉及WDM-FSO网络节点资源共享方法及系统。

背景技术

目前，随着移动通信的发展，无线网络体现出密集性、泛在性的特点，因此需要更加灵活的组网方式。自由空间光通信(Free Space Optics，FSO)技术是一种采用激光作为传输手段的大带宽无线通信技术。FSO技术无需铺设光纤，只要进行天线安装等简单的布设，能以最快的时间提供高速高质量的服务。WDM-FSO网络既可以利用FSO技术所特有的灵活性特点，同时又可以结合WDM(Wavelength Division Multiplexing波分复用技术)，满足大带宽、多业务的组网需求，虽然近年来自由空间光通信备受关注，但对其研究主要集中于信道分析和链路性能提升，网络方面的研究相对较少，构建灵活可重构的移动FSO网络是一个亟待解决的问题。

FSO网络具有灵活性和移动性的固有特点，所谓灵活性是指链路可以快速搭建或拆除，移动性是指FSO网络中节点通常是移动物体，如无人机、汽车等。网络节点的移动产生的直接影响就是拓扑发生变化，拓扑变化包括链路距离变化、网络节点邻接状态变化(如某些节点会新增邻居节点或者与原有邻居节点的链路中断)，链路质量(如链路可靠性、中断概率)发生变化。而拓扑变化会对网络中的业务传输产生影响，如某些链路中断会导致经过该链路的所有业务都丢失。

波分复用FSO网络是在FSO网络中结合WDM技术，以光波长路由为基础的具有高度灵活性和业务承载能力的网络。它不仅具有WDM网络大容量的特点，还具有FSO的灵活性特点，同时由于结合了波长路由技术，使网络容量得到大幅度提升。WDM-FSO网络中的关键问题是路由与波长分配。路由与波长分配需要满足两个基本约束，同一激光链路上的不同光通道必须具有不同的波长，以免通道之间相互干扰；在无波长转换能力或者波长转换能力受限的网络中，光路在其经过的所有光纤链路中必须使用相同的波长，也就是波长连续性约束。路由和波长分配(RWA)指的是在给定一组光路连接请求的条件下，寻找光网络中从源节点到目的节点的路由，并为这些路由分配相应的波长，所以路由和波长分配的目的就是为用户业务建立所需的光路。WDM-FSO网络中RWA问题更加复杂：1、节点度约束：FSO网络中每个节点都配备有光学镜头，节点收发信号的方向也由镜头来决定，因此不同于传统WDM网络，FSO网络节点必须满足度约束条件；2、链路可靠性：由于FSO链路暴露在大气中，链路性能容易受到雨、雾、雪以及大气湍流等环境因素的影响，因此选路时必须考虑链路性能；3、动态拓扑：FSO网络具有动态性的特点，节点可以是移动的车辆、无人机等，节点的移动使得网络拓扑随时都有可能变化。

在FSO网络中，网络中的节点被分为簇(Cluster)，其中一些节点作为簇头节点(Cluster Head，CH)，其他节点为用户节点，用户间的通信必须通过簇头节点才能进行。用户节点只有一对收发机(镜头)，簇头节点具有多个收发机(镜头)。由于网络资源有限，为了提高网络生存性，节点间可以进行“帮助”策略，即如果一个节点的能量(电量)即将耗尽，可以让邻居节点中剩余能量最大的节点向当前节点移动，将它的能量分享给当前节点，并且为某些用户节点提供接入。这一方案可以看作为一种资源共享方案，但是目前的研究中仅考虑了节点的剩余能量，并未考虑节点移动对网络业务的影响。显然，如图1所示，节点的移动带来的根本性问题就是拓扑的变化：1、链路性能的变化，如链路物理距离、中断概率等；2、节点邻居节点的变化，如某些节点的原始链路可能中断，某些节点会新增邻居节点；这一变化会对当前网络中的业务以及局部节点的路由产生影响；同时，目前的研究中网络可支持的业务量十分有限，当业务量较多或业务突发性较高时，必定会产生严重的资源竞争和业务阻塞；综上所述，仅考虑节点剩余能量的“帮助”方案显然不适合于实际网络场景。