一種帶有生存性感知的低成本howban無線功能部署方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光無線混合網絡通信技術領域，涉及一種帶有生存性感知的低成本 HOWBAN無線功能部署方法。
【背景技術】
[0002] 隨著通信技術的發(fā)展和多媒體業(yè)務的迅速普及，接入網開始向高帶寬和高移動性 轉變，同時網絡運營商也需要降低接入成本并提高服務質量。在這種寬帶移動化和移動寬 帶化的趨勢下，光纖與無線接入網的融合得到了國內外研究人員的廣泛關注。光無線混合 接入網絡（HybridOptical-WirelessBroadbandAccessNetwork，H0WBAN)兼具了光網絡 的低成本、高帶寬和高可靠性特性和無線網絡高移動性、高靈活性特性，已成為下一代接入 網的重要解決方案之一。
[0003]HOWBAN由光域和無線域兩部分組成，其中光域代表始于0LT止于0NU的無源光網 絡，而無線域則代表前端的無線網絡。HOWBAN具有無源光網絡的高帶寬、傳輸穩(wěn)定和無線 網絡的易部署、支持移動性的特性，能夠為終端用戶提供更快速、更高質量的服務。然而，由 于網絡故障的發(fā)生，使得網絡中的部分設備無法正常工作，導致數(shù)據傳輸中斷，影響了網絡 的正常運行。HOWBAN前端的無線域具有自愈性，而樹形結構的光網絡更易出現(xiàn)故障；同時， HOWBAN具有高帶寬的特性，尤其是后端光網絡中攜帶著大量的數(shù)據流量，因而光網絡中設 備故障將導致大量的業(yè)務中斷。因此，有效的生存性保障機制對改善網絡性能和提高網絡 可靠性至關重要。
[0004]目前，針對HOWBAN的特點，國內外研究人員對生存性保障機制進行了相關 石開究。LiuY,ffuJ,YuY在"Deploymentofsurvivablefiber-wirelessaccess forconvergedopticalanddatacenternetworks"【OpticalSwitchingand Networking, 2014, 14 (8) : 226 - 232.】文章中指出支線光纖故障是HOWBAN后端光光 域中的典型故障，且利用前端的無線域轉發(fā)受故障影響的數(shù)據可以有效提高網絡生存 性。LiuY,GuoL,WeiX在"AprotectionschemeforsurvivableFiber-Wireless broadbandaccessnetwork" [2012IEEEInternationalConferenceonCommunicat ions(ICC). 2012:6225-6229.】文章中采用模擬退火算法選取備用光網絡單元（Optical NetworkUnit，0NU)，以最小跳數(shù)的方式實現(xiàn)了故障0NU到備用0NU之間的倒換，進而減 小 了其故障恢復時延。LiuY,SongQ，MaR在"Protectionbasedonbackupradiosand backupfibersforsurvivablefiber-wireless(Fiffi)accessnetwork"【Journalof NetworkandComputerApplications, 2013, 36(3) :1057_1069.】文章中對 0NU故障級的 恢復路由進行了改進，通過建立備用無線路徑以確保故障0NU到其可替代0NU之間存在有 效路徑。LiuY,GuoL,MaR在"Auxiliarygraphbasedprotectionforsurvivable fiber-wireless(Fiffi)accessnetworkconsideringdifferentlevelsoffailures" 【OpticalFiberTechnology, 2012, 18 (6) :430_439.】文章中米用一種基于輔助圖的保障 機制，解決了故障恢復過程中的最大流最小跳問題，從而提高了資源利用率。
[0005] 研究表明，根據H0WBAN的特殊結構，利用無線域中多跳路徑轉發(fā)受光域中故障影 響的業(yè)務，能夠有效提高故障狀況下服務的連續(xù)性，從而增強網絡生存性。但是，上述機制 均假設網絡中的0NU皆具有無線功能，未能根據網絡的生存性保障程度對其0NU進行合理 的無線功能部署。同時，由于受支線光纖故障概率的影響，受故障影響的數(shù)據往往只在一部 分的0NU之間進行轉發(fā)，對網絡中所有的0NU進行無線功能部署將導致網絡資源利用率降 低，部署成本較高。
[0006] 在實際應用中，不具有無線功能的0NU無法利用無線路徑完成數(shù)據轉發(fā)，使其無 法為故障的支線光纖提供保護；同時由于各個0NU對網絡生存性影響存在差異，對網絡生 存性影響較小的0NU進行無線功能部署將造成網絡資源浪費，導致網絡成本增加?？梢?，網 絡中0NU的無線功能部署情況將直接影響網絡生存性和網絡成本。合理地對0NU進行無線 功能部署是設計低成本、高可靠性H0WBAN的關鍵。

【發(fā)明內容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種帶有生存性感知的低成本H0WBAN無線功 能部署方法，該方法采用定量分析方法評估網絡生存性，從而根據當前的0NU無線功能部 署情況準確量化得到網絡可靠度，進而利用多目標優(yōu)化方法有效地均衡了網絡成本和網絡 可靠度，以最大資源利用率為目標完成0NU的無線功能部署。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0009] 一種帶有生存性感知的低成本H0WBAN無線功能部署方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟一：初始化網絡中0NU的無線功能部署，引入二進制參數(shù)用于描述0NU的無線 功能部署情況，若對某個0NU進行了無線功能部署，則將其相應的參數(shù)置1，反之則置0;
[0011] 步驟二：采用基于概率的分析方法，通過分析節(jié)點在故障作用下鏈路能正常工作 的概率來評估網絡生存性，同時根據在故障作用下，求解網絡能完成的業(yè)務量占正常工作 下的比重，進而得到網絡可靠度；
[0012] 步驟三：根據當前網絡中0NU的無線功能部署情況，獲知網絡部署成本，所述網絡 部署成本受網絡中進行了無線功能部署的0NU數(shù)量及單個0NU的無線功能部署成本影響；
[0013] 步驟四：采用基于向量評價的二進制粒子群算法來權衡網絡生存性和網絡部署成 本，根據單目標優(yōu)化函數(shù)的個體評價方法，由粒子的當前位置可獲知其網絡成本和網絡可 靠度，然后分別從中選擇一半較優(yōu)的粒子作為下一代的兩個子粒子群；子群間共享彼此社 會信息，即一個子粒子群中速度的改變受到另一個粒子群中全局極值的影響，完成多目標 優(yōu)化過程。
[0014] 進一步，在步驟一中，對于具有N個0NU的H0WBAN中，所述0NU的部署情況采用一 組二進制序列表示，即（Xl，x2,x3. . .XN);若網絡中0NU到0LT之間采用1+1熱備份保護方式， 根據網絡中0NU無線功能部署情況，(^仏與分光器之間無法正常通信的概率為：
[0015]
其中Li為與ONUi相連的支線光纖的長度， 入為鏈路故障概率。
[0016] 進一步，在步驟二中，所述網絡能完成的業(yè)務量為0NU與0LT之間的正常通信概率 和單個0NU業(yè)務量的乘積之和，即：
[0017]
[0018] 其中Pi'表示ONU^ 0LT之間的通信概率，Si(A)表示來自0NA的業(yè)務量。
[0019] 進一步，所述網絡生存性為網絡能完成的業(yè)務量占正常工作下的比重，得到網絡 可靠度，即
所述網絡部署成本為網絡中進行了無線功能部署 的0NU的數(shù)量和單個0NU無線功能部署成本之積，S卩
其中珍為單個0NU無線 功能部署成本。
[0020] 進一步，在步驟四中，所述基于向量評價的二進制粒子群算法主要包括粒子位置 更新、粒子速度更新及最優(yōu)解求解過程；粒子速度更新主要受粒子當前速度、個體極值、全 局極值三個方面的影響，即Vi.j(t+1) =wXvidO+CirJpJO-xJO+CjjrJg'i-Xi^t))， 其中w表示慣性權重，該值與算法的收斂速度有關；為均勻分布于[0, 1]的隨機數(shù)， cJPc2為加速因子；粒子位置更新與粒子速度有關，即當i/(l+e')為一個隨機數(shù)^時，將 粒子位置相應維度上的二進制數(shù)置1，反之則置〇 ;粒子位置由代表0NU部署情況的二進制 序列組成，即Xi= (xu，xi2. . . Xi_j. . . xiN)，其中代表第i個粒子第j維的二進制數(shù)，粒子位 置根據粒子速度改變實現(xiàn)更新；在最優(yōu)解的選取過程中，若fral(Xl) >fral(x',)且fOTSt(Xl) >Ux'j)，其中fral(Xl)和fOTSt(Xl)表示種群中粒子以網絡可靠度和部署成本為目標函 數(shù)的適應度，fral(x'i)和fOTSt(x'i)表示最優(yōu)解集合中以網絡可靠度和部署成本為目標 函數(shù)的適應度，貝>J判定其為最優(yōu)解；同時，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)，貝lj判斷其為Pareto最