1 光與無線融合的發(fā)展趨勢(shì)

隨著Internet業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)和點(diǎn)播等交互式多媒體業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，無線通信系統(tǒng)已經(jīng)由傳統(tǒng)的單一語音業(yè)務(wù)階段發(fā)展為多業(yè)務(wù)階段^[1]。在業(yè)務(wù)的高速增長(zhǎng)的趨勢(shì)下，核心網(wǎng)積極引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)，包括IP over ATM、IP over WDM、400 Gb/s波分系統(tǒng)等，呈現(xiàn)智能化、寬帶化和光纖化的發(fā)展趨勢(shì)；另一方面，用戶終端性能的發(fā)展也十分迅猛，智能手機(jī)等終端迅速普及，各種便捷、新穎、廉價(jià)的移動(dòng)應(yīng)用層出不窮。用戶迫切需要在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)能夠獲取任何媒體的簡(jiǎn)單、可靠而又相對(duì)低廉的無線通信服務(wù)。同時(shí)，用戶駐地網(wǎng)的帶寬和支持能力也大大提高。核心網(wǎng)和移動(dòng)終端的迅速發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)處于兩者中間的接入網(wǎng)提出了較高的要求。能否利用有效的方案搭建高速、便捷、多業(yè)務(wù)的“最后一公里”接入網(wǎng)，是今后移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。光纖接入與無線接入是目前較為有效的接入方案。

光接入網(wǎng)與無線接入網(wǎng)最初是對(duì)應(yīng)于不同的通信目的和市場(chǎng)情景所建立起來的。光接入網(wǎng)的帶寬高、損耗低，對(duì)電磁干擾具有較好的抵御能力，是長(zhǎng)距離通信有效的方案；無線接入網(wǎng)具有較高的靈活性與移動(dòng)性，能夠?qū)崿F(xiàn)無處不在的信息接入，為用戶提供更便捷的服務(wù)。在骨干光網(wǎng)絡(luò)趨于飽和的情況下，接入網(wǎng)的巨大市場(chǎng)必然會(huì)成為各大運(yùn)營(yíng)商的必爭(zhēng)之地。因此，為了提供充足的接入帶寬、靈活的組網(wǎng)方式以及良好的服務(wù)質(zhì)量，光與無線融合，使接入網(wǎng)同時(shí)具備高帶寬和支持移動(dòng)性的兩大優(yōu)勢(shì)，是電信業(yè)的必然趨勢(shì)。光無線混合寬帶接入網(wǎng)(HOWBAN)應(yīng)運(yùn)而生。

HOWBAN將寬帶無線通信的移動(dòng)性、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)與光纖通信帶寬巨大、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來，為解決長(zhǎng)距離、低成本、大容量的無線信號(hào)的傳輸以及超寬帶無線接入提供了理想的方案。

2 光無線混合寬帶接入網(wǎng)

HOWBAN主要由前端的無線接入網(wǎng)與后端的光接入網(wǎng)組成^[2]。其中，無線接入技術(shù)包括：蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、WiMAX等。Wi-Fi是基于IEEE 802.11 a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)的一種較為通用的無線技術(shù)，一般使用2.4 GHz或5 GHz頻段，廣泛應(yīng)用于無線局域網(wǎng)。WiMAX基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)，具有相對(duì)Wi-Fi技術(shù)更高的傳輸速率和更廣的覆蓋范圍，具有服務(wù)質(zhì)量(QoS)保障、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點(diǎn)，與3G技術(shù)的融合趨勢(shì)越來越強(qiáng)，在城域網(wǎng)的搭建中具有價(jià)值。而當(dāng)前的光接入技術(shù)主要為無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)。PON不包含任何有源電子器件，全部由光合路器、光分路器、光耦合器等無源器件構(gòu)成，是一種節(jié)能、健壯、易于維護(hù)的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(P2MP)的網(wǎng)絡(luò)。PON又可分為以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)、千兆比無源光網(wǎng)絡(luò)(GPON)、寬帶無源光網(wǎng)絡(luò)(BPON)等^[3]。

2.1 典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

HOWBAN的一種典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)^[4]如圖1所示。光網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)的PON結(jié)構(gòu)，可采用TDM-PON、WDM-PON或WDM/TDM-PON技術(shù)。在PON中，中心端局(CO)中設(shè)置有多個(gè)光路終端(OLT)。各個(gè)OLT 通過光纖和光分路器與多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)相連。在無線網(wǎng)絡(luò)部分，每個(gè)ONU與多個(gè)無線路由器連接，其中與ONU直接相連的無線路由器成為網(wǎng)關(guān)。因此，HOWBAN前端無線網(wǎng)絡(luò)部分實(shí)質(zhì)上為由多個(gè)無線路由器和少數(shù)網(wǎng)關(guān)組成的無線網(wǎng)狀網(wǎng)(WMN)。該WMN采用標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)。此外，由于ONU與中心局距離較遠(yuǎn)，能夠在較小范圍內(nèi)進(jìn)行頻譜再利用，支持大量用戶高帶寬的需求^[5]。

CO：中心端局

HOWBAN：光無線混合寬帶接入網(wǎng)

OLT：光路終端

ONU：光網(wǎng)絡(luò)單元

圖1 HOWBAN典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.2 上行/下行傳輸

用戶使用無線設(shè)備，發(fā)送數(shù)據(jù)到某個(gè)無線路由器。該路由器將數(shù)據(jù)注入WMN中，然后通過多跳傳輸?shù)竭_(dá)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，再通過光纖到達(dá)OLT/CO，最終進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)。該結(jié)構(gòu)的上行/下行傳輸方式如圖2所示。在HOWBAN前端無線網(wǎng)絡(luò)的上行方向，即從用戶端到ONU/網(wǎng)關(guān)方向，用戶能夠提供它的數(shù)據(jù)到任意一個(gè)網(wǎng)關(guān)，屬于任播(Anycast)的方式；其下行方向，即從ONU/網(wǎng)關(guān)到用戶方向，采用單播(Unicast)方式。而在HOWBAN后端的光網(wǎng)路部分的上行方向，即從ONU到OLT使用多點(diǎn)控制協(xié)議，共享上行資源，避免沖突；下行方向，即從OLT到ONU的方向，采用廣播的方式，發(fā)送一特定的分組會(huì)到達(dá)全部的ONU，但僅僅是目的ONU接受此數(shù)據(jù)，其余的ONU將丟棄此數(shù)據(jù)。

HOWBAN：光無線混合寬帶接入網(wǎng)

OLT：光路終端

ONU：光網(wǎng)絡(luò)單元

PON：無源光網(wǎng)絡(luò)

WMN：無線網(wǎng)狀網(wǎng)

圖2 HOWBAN上行/下行傳輸方式

2.3 GROW-Net網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

除了上述典型的結(jié)構(gòu)，一種稱為GROW-Net^[6]的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注，如圖3所示。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)部分依然采用多個(gè)無線路由器和網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的無線網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)；后端光網(wǎng)絡(luò)則由一個(gè)光纖環(huán)路和多個(gè)樹形結(jié)構(gòu)組成。樹形網(wǎng)絡(luò)的根節(jié)點(diǎn)OLT組成一個(gè)環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，葉節(jié)點(diǎn)ONU/網(wǎng)關(guān)與無線路由組成前端無線網(wǎng)絡(luò)。上行方向，用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過多跳傳輸?shù)竭_(dá)ONU/網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，再經(jīng)過樹形光網(wǎng)絡(luò)到達(dá)OLT，接著通過環(huán)形光纖到達(dá)CO，再進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)。下行方向，數(shù)據(jù)經(jīng)過環(huán)路到達(dá)相應(yīng)OLT，再傳輸至ONU/網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，然后經(jīng)過無線路由器到達(dá)用戶端。值得注意的是，該網(wǎng)絡(luò)的傳輸路徑將隨網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)的更新而更新，具有良好的自愈能力。

CO：中心端局

HOWBAN：光無線混合寬帶接入網(wǎng)

OLT：光路終端

ONU：光網(wǎng)絡(luò)單元

圖3 HOWBAN的GROW-Net結(jié)構(gòu)

3 光無線混合寬帶接入網(wǎng)的傳輸協(xié)議

HOWBAN建立以后，為了保證高效的數(shù)據(jù)傳輸，減少數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延，需要制訂有效的傳輸協(xié)議。由于HOWBAN前端和后端網(wǎng)絡(luò)差異較大，需要分別針對(duì)前端和后端網(wǎng)絡(luò)的特性制訂有效的協(xié)議。

3.1 無源光網(wǎng)絡(luò)的多點(diǎn)控制協(xié)議

作為HOWBAN后端的無源光網(wǎng)路，數(shù)據(jù)從ONU到OLT的上行方向采用多點(diǎn)控制協(xié)議(MPCP)。MPCP是IEEE 802.3的第一英里以太網(wǎng)(EFM)組開發(fā)的媒體訪問控制(MAC)層控制協(xié)議，適用于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(P2MP)網(wǎng)絡(luò)的通信。在PON中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的根結(jié)點(diǎn)被認(rèn)為是主單元，即OLT；位于邊緣部分的多個(gè)節(jié)點(diǎn)被認(rèn)為是從單元，即ONU。采用MPCP，可以在PON中實(shí)現(xiàn)可控制的網(wǎng)絡(luò)配置，如ONU的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、終端站點(diǎn)的帶寬分配以及查詢、監(jiān)控等等。

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，上行方向在一個(gè)時(shí)刻只允許一個(gè)ONU發(fā)送，位于OLT的高層負(fù)責(zé)處理發(fā)送的定時(shí)、不同ONU的擁塞報(bào)告、以便優(yōu)化PON系統(tǒng)內(nèi)部的帶寬分配等。EPON系統(tǒng)通過多點(diǎn)控制協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPCPDU)來實(shí)現(xiàn)OLT與ONU之間的帶寬請(qǐng)求、帶寬授權(quán)、測(cè)距等。MPCP涉及的內(nèi)容包括ONU發(fā)送時(shí)隙的分配，ONU的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和加入，向高層報(bào)告擁塞情況以便動(dòng)態(tài)分配帶寬。MPCP多點(diǎn)控制協(xié)議屬于MAC控制子層。MAC控制向MAC子層的操作提供實(shí)時(shí)的控制和處理。如圖4所示，為MPCP的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)^[7]。

OLT：光路終端

ONU：光網(wǎng)絡(luò)單元

圖4 MPCP的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

在此架構(gòu)下，OLT的操作為：

*產(chǎn)生時(shí)戳信息，作為系統(tǒng)的同步時(shí)鐘信號(hào)。

*控制ONU注冊(cè)。

*為新的ONU測(cè)距產(chǎn)生發(fā)現(xiàn)窗口。

*執(zhí)行測(cè)距操作。

*為已發(fā)現(xiàn)的ONU分配授權(quán)時(shí)隙。

ONU的操作如下：

*根據(jù)下行的MAC控制幀中的時(shí)戳信息定時(shí)，與OLT同步。

*等待發(fā)現(xiàn)窗口。

*利用發(fā)現(xiàn)窗口的信息執(zhí)行測(cè)距等操作，OLT應(yīng)給其分配邏輯鏈路標(biāo)識(shí)(LLID)以及管理ONU的帶寬。

*ONU向OLT發(fā)送狀態(tài)信息，等待授權(quán)。

*收到授權(quán)后，在相應(yīng)時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)幀。

3.2 前端無線網(wǎng)狀網(wǎng)的路由機(jī)制

HOWBAN的無線前端為由少數(shù)的網(wǎng)關(guān)和大量無線路由器組成的無線網(wǎng)狀網(wǎng)(WMN)。前端WMN由于時(shí)延和吞吐量的限制，成為了HOWBAN技術(shù)的“瓶頸”，研究前端WMN的路由機(jī)制具有重大意義。值得注意的是，該WMN與傳統(tǒng)的WMN有所不同。傳統(tǒng)的WMN移動(dòng)性較強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化較大；HOWBAN中的前端無線網(wǎng)路的用戶的移動(dòng)性比傳統(tǒng)的WMN小，用戶主要為住宅用戶和商業(yè)建筑內(nèi)的用戶，因此，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠預(yù)確立。此外，WMN中的數(shù)據(jù)包可以通過任一網(wǎng)關(guān)進(jìn)入PON，然后達(dá)到OLT，最終進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)。設(shè)計(jì)路由機(jī)制時(shí)，應(yīng)考慮這種任播的路由特性。本文研究了8種適用于HOWBAN前端無線網(wǎng)絡(luò)的路由算法：

(1)最小跳路由算法和最短路徑路由算法

最小跳路由算法(MHRA)和最短路徑路由算法(SPRA)的基本原理都是尋找最短路徑，即給定源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)后，尋找一條使目的函數(shù)最小的路徑。該目的函數(shù)的自變量可以為跳數(shù)、物理距離、帶寬、流量、傳輸時(shí)延等因素中的一個(gè)或者多個(gè)。MHRA可以看作是SPRA中的鏈路權(quán)值為1時(shí)的特例。這兩種路由算法的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，因此廣泛用于HOWBAN的無線部分。然而，使用MHRA或SPRA能可能忽略鏈路其他的因素，會(huì)產(chǎn)生時(shí)延增加、負(fù)載平衡性差、高擁塞率等不良后果。

(2)預(yù)測(cè)吞吐量路由算法

預(yù)測(cè)吞吐量路由算法(PTRA)^[8]是基于鏈路狀態(tài)的路由算法，選擇滿足總的吞吐量要求的路徑。PTRA周期性地對(duì)無線鏈路的速率進(jìn)行采樣，動(dòng)態(tài)估計(jì)每條可用路徑的吞吐量。當(dāng)給定源節(jié)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)后，PTRA估計(jì)可用的路徑，然后從可用路徑中選擇一條預(yù)計(jì)吞吐量最大的路徑。由于PTRA不考慮分組延時(shí)，分組可能取較長(zhǎng)的路由以滿足吞吐量的要求，所以分組在WMN內(nèi)傳輸?shù)淖罱K時(shí)間可能超過預(yù)期。因此，PTRA不適合時(shí)延敏感的業(yè)務(wù)。

(3)感知時(shí)延路由算法(DARA)

在HOWBAN無線前端的WMN中，無論是上行方向或是下行方向，分組都可能經(jīng)過WMN中多個(gè)路由器，導(dǎo)致較高的時(shí)延，因此分組時(shí)延是HOWBAN無線部分路由機(jī)制中一個(gè)極其重要的指標(biāo)。感知時(shí)延路由算法(DARA)是一個(gè)預(yù)激活的路由方法^[9]，重點(diǎn)考慮了HOWBAN無線部分的分組時(shí)延。

在DARA模型中，無線路由器近似為標(biāo)準(zhǔn)的M/M/I隊(duì)列，周期性地廣播鏈路狀態(tài)(LSA)，并且進(jìn)行預(yù)測(cè)鏈路狀態(tài)(LSP)。根據(jù)LSP，DARA給無線鏈路分配權(quán)重，具有較高的預(yù)測(cè)時(shí)延的鏈路分配較高的權(quán)重。接著，計(jì)算從源路由到目的網(wǎng)關(guān)(或者相反方向)的路徑權(quán)值，把這些滿足數(shù)據(jù)包時(shí)延要求的路徑稱為可行路徑集合，記為F。然后從集合F中選路。只有時(shí)延要求大于F中的最小時(shí)延的數(shù)據(jù)包才會(huì)被允許進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)；否則，DARA將不允許數(shù)據(jù)包進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。

時(shí)延最優(yōu)是DARA的重要原則。但是，如果每個(gè)數(shù)據(jù)包都選擇最小時(shí)延路徑，網(wǎng)絡(luò)中部分鏈路將由于過載而擁塞，可能會(huì)導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)包被丟棄。因此，DARA是計(jì)算K條最小權(quán)值路徑，并不是只選擇一條最小權(quán)值路徑。這種K-DARA的選路方式可以較好地到達(dá)負(fù)載平衡，并能緩解網(wǎng)絡(luò)阻塞情況。

(4)風(fēng)險(xiǎn)和時(shí)延感知的路由算法

HOWBAN具有多域混合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地，也具有多種類別的故障情形，包括網(wǎng)關(guān)損壞、ONU損壞、OLT損壞以及光纖損壞。故障情形，或者說是風(fēng)險(xiǎn)，是HOWBAN路由考慮的重要因素之一。及時(shí)檢測(cè)出鏈路故障，并選擇正常的鏈路進(jìn)行傳輸，是HOWBAN風(fēng)險(xiǎn)感知路由的原則。

風(fēng)險(xiǎn)和時(shí)延感知的路由算法(RADAR)^[10]實(shí)質(zhì)上是DARA算法的拓展，它考慮了HOWBAN網(wǎng)絡(luò)的故障情形。RADAR仍然采用周期性廣播LSA，據(jù)此來分配鏈路權(quán)值。與DARA不同的是，RADAR中每個(gè)路由器有一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)表(RL)。表中包含6項(xiàng)，分別是路徑號(hào)碼(PN)、主網(wǎng)關(guān)組(PGG)、次網(wǎng)關(guān)組(SGG)、第三網(wǎng)關(guān)組(TGG)、路徑狀態(tài)(PS)以及路徑延遲(PD)。正常情況下，所有路徑被標(biāo)記為“有效(live)”；一旦發(fā)生故障，把相應(yīng)的故障路徑標(biāo)記為“失效(stale)”。僅使用標(biāo)記為“live”的路徑傳輸數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明，RADAR能減少HOWBAN的前端無線網(wǎng)絡(luò)中分組的平均時(shí)延，并且能減少出現(xiàn)故障情況下的丟包率。

(5)容量和時(shí)延感知的路由算法

容量和時(shí)延感知的路由算法(CaDAR)^[11]是一種性能較為優(yōu)異的路由算法，根據(jù)鏈路容量的分配和鏈路權(quán)值進(jìn)行時(shí)延的最小化。類似于DARA，節(jié)點(diǎn)根據(jù)周期的LSA信息獲知鏈路信息，并根據(jù)LSA進(jìn)行鏈路容量分配和時(shí)延估計(jì)。CaDAR的鏈路容量分配是基于TDMA機(jī)制的，通過分配不同的時(shí)隙給各個(gè)鏈路以實(shí)現(xiàn)不同鏈路的容量分配。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)HOWBAN的無線前端部分時(shí)，CaDAR計(jì)算該數(shù)據(jù)包的路徑時(shí)延，如果能滿足該數(shù)據(jù)包的時(shí)延要求，允許該數(shù)據(jù)包進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)；否則，丟棄該數(shù)據(jù)包。因此，CaDAR能較好地節(jié)省無線鏈路的帶寬。CaDAR融合了無線部分和光網(wǎng)絡(luò)部分的時(shí)延感知，尋找最小時(shí)延的路徑。

(6)能量感知的路由算法

隨著無線通信業(yè)務(wù)的增加，綠色、環(huán)保、節(jié)能的通信技術(shù)越來越受到人們的重視。在HOWBAN中，節(jié)能也是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。針對(duì)低負(fù)載時(shí)，設(shè)備使用不充分的情況，能量感知的路由算法能量感知的路由算法(EARA)^[12]被提出。EARA是一種基于鏈路狀態(tài)的路由算法，能使未充分利用的ONU進(jìn)入休眠狀態(tài)，以減少網(wǎng)絡(luò)耗能。在低負(fù)載的情況下，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，EARA優(yōu)先選擇使用過的路徑，這樣使很多無負(fù)載或者負(fù)載低于某一閾值的ONU處于休眠狀態(tài)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載高于某一閾值后，休眠的ONU將被喚醒。

具體地，在選擇路徑的機(jī)制上，EARA以剩余容量為鏈路的權(quán)值。當(dāng)數(shù)據(jù)通過某一鏈路后，該鏈路的權(quán)值為初始權(quán)值減去上一次消耗的容量。EARA優(yōu)先選擇剩余容量最小的路徑傳輸。此外，為了兼顧時(shí)延因素，EARA引入了跳數(shù)補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制，即實(shí)際的剩余容量會(huì)加上與鏈路跳數(shù)成正比的補(bǔ)償項(xiàng)。值得注意的是，ONU從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)時(shí)需要額外的能量，因此頻繁的狀態(tài)轉(zhuǎn)換可能使網(wǎng)絡(luò)耗能增加。因此，保證足夠的休眠時(shí)間和較低的狀態(tài)轉(zhuǎn)換率是EARA發(fā)揮節(jié)能作用的關(guān)鍵。

(7)流量限制路由算法

CaDAR同時(shí)考慮了鏈路容量和時(shí)延，具有較好的減少時(shí)延的性能。但是，可能出現(xiàn)某個(gè)鏈路被過分使用，其他鏈路閑置的情況。為了克服這個(gè)問題，文獻(xiàn)[13]提出了適用于HOWBAN的流量限制的路由算法。該算法也具有鏈路狀態(tài)廣播LSA和以鏈路容量分配鏈路權(quán)值(LWA)的步驟，然后計(jì)算鏈路的流量限制。接著根據(jù)分配給路徑的權(quán)值，計(jì)算較優(yōu)的3條路徑，選擇最優(yōu)的路徑作為路由首要選擇；如果最優(yōu)路徑流量超過了流量限制，則選擇備選路徑。

由于流量限制的約束，流量限制路由算法(FLRA)能較好地平衡鏈路的負(fù)載，比CaDAR更充分地利用了帶寬。但是文獻(xiàn)[13]僅對(duì)單一頻道節(jié)點(diǎn)的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究，把FLRA拓展到擁有多頻道節(jié)點(diǎn)的無線網(wǎng)絡(luò)是極具價(jià)值的研究方向。

(8)時(shí)延區(qū)分路由算法

前文所述的路由算法都是以相同的方式處理各類業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包，文獻(xiàn)[14]提出了一種區(qū)分不同數(shù)據(jù)包的時(shí)延區(qū)分路由算法。主要思想是以對(duì)傳輸時(shí)延要求的高低把數(shù)據(jù)包分為時(shí)延敏感(DTS-sensitive)和時(shí)延不敏感(DTS-insensitive)兩大類，同時(shí)在網(wǎng)關(guān)路由處設(shè)置外部緩存器。對(duì)于時(shí)延敏感的數(shù)據(jù)包，如IPTV、VoIP等業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)，時(shí)延區(qū)分路由算法(DDRA)直接計(jì)算從源節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)的路徑；對(duì)于時(shí)延不敏感的數(shù)據(jù)包，如郵件、文件上傳等業(yè)務(wù)，DDRA先把數(shù)據(jù)包傳輸至緩存器，然后根據(jù)鏈路狀態(tài)選擇合適的時(shí)刻把數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)關(guān)，進(jìn)而通過PON到達(dá)互聯(lián)網(wǎng)。

顯然，這種增加外部緩存器的機(jī)制能夠較好地減少時(shí)延敏感數(shù)據(jù)的時(shí)延，提高系統(tǒng)的QoS；但是增加了設(shè)備成本。此外，放置多少緩存器、在何處放置緩存器是值得探討的問題。

4 結(jié)束語

光無線混合寬帶接入網(wǎng)(HOWBAN)是極具潛力的接入網(wǎng)方案，融合了光網(wǎng)絡(luò)帶寬寬、損耗低、抗電磁干擾與無線網(wǎng)絡(luò)靈活、移動(dòng)性強(qiáng)、便捷的優(yōu)勢(shì)，是下一代接入網(wǎng)的最佳結(jié)構(gòu)之一。HOWBAN的后端PON部分，能夠以較高的性價(jià)比提供長(zhǎng)距離、寬帶寬、健壯的傳輸服務(wù)；前端的WMN部分，使用戶接入十分便捷，能節(jié)約光纖到戶(FTTP)的成本。

隨著信息技術(shù)和智能終端的高速發(fā)展，HOWBAN將面向多業(yè)務(wù)、多用戶，具有較大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。因此，研究適于HOWBAN的高效、節(jié)能、可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議十分重要。目前，HOWBAN后端無源光網(wǎng)絡(luò)部分普遍采用多點(diǎn)控制協(xié)議，能較好地控制PON中點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳輸。對(duì)于HOWBAN前端的無線網(wǎng)狀網(wǎng)部分，基于WMN路由機(jī)制的研究，針對(duì)HOWBAN前端網(wǎng)絡(luò)的特性，有大量的路由算法被提出。但是，針對(duì)HOWBAN網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議、路由機(jī)制的研究還處于初始階段，還有許多問題值得深入研究，下面簡(jiǎn)單提出幾點(diǎn)研究方向：

(1)提高QoS

隨著接入網(wǎng)規(guī)模的增大，寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量的增多，要采取有效的路由機(jī)制以保證網(wǎng)絡(luò)的QoS。除了區(qū)分時(shí)延敏感與否的數(shù)據(jù)包外，更多與QoS有關(guān)的指標(biāo)需要被提出，根據(jù)指標(biāo)的不同采用不同的傳輸方式，或許是提高大規(guī)模HOWBAN網(wǎng)絡(luò)QoS的正確方向。

(2)健壯性

與傳統(tǒng)的接入網(wǎng)不同，HOWBAN是具有光域和頻域的網(wǎng)絡(luò)。需要研究具有良好健壯性和自愈能力的傳輸機(jī)制，使某一鏈路發(fā)生故障后，能否迅速地做出反應(yīng)，選擇正常的鏈路進(jìn)行傳輸。此外，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大，無線路由之間的距離也會(huì)增大，一旦唯一的與ONU連接的鏈路被破壞，很有可能該路由就無法連接至OLT。保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)慕研允直匾?/p>

(3)節(jié)約能源

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較少，MAC層可以采用休眠機(jī)制，使某些節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，以減少無線網(wǎng)絡(luò)的能耗。此外，制訂合適的路由機(jī)制，在滿足時(shí)延要求和吞吐量的情況下，盡量避開休眠節(jié)點(diǎn)，使用激活狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，能夠減少節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換次數(shù)，達(dá)到節(jié)能的目的。

(4)公平性

有效的傳輸機(jī)制需要協(xié)調(diào)好各個(gè)用戶的服務(wù)質(zhì)量，盡量避免因?yàn)榈乩砦恢貌煌鴮?dǎo)致不同的QoS，例如距離ONU/網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)更近的用戶享受比遠(yuǎn)離ONU/網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的用戶更好的服務(wù)。良好的服務(wù)公平性是HOWBAN能得到廣大用戶接受和支持的基礎(chǔ)。

(5)安全性

因?yàn)樵跓o線網(wǎng)絡(luò)中信息以無線電波的形式開放性地傳輸，所以安全性一直是無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。在HOWBAN中，除了前端的WMN需要考慮安全性問題外，后端的PON由于下行方向采用廣播的形式，也需要注意安全性的問題。如何防止信息被竊取等信息安全問題，極具研究前景。

(6)多頻道網(wǎng)絡(luò)

此前的HOWBAN路由研究多集中在單一無線頻道的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于多頻道的情況，現(xiàn)有的路由機(jī)制能否適應(yīng)、如何適應(yīng)，值得深入研究。此外，認(rèn)知無線電(CR)是當(dāng)今無線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，在CR中，節(jié)點(diǎn)能夠動(dòng)態(tài)獲取合適的頻譜進(jìn)行傳輸，這樣網(wǎng)絡(luò)的頻道也不再是唯一的了。我們期待在不久的將來CR能夠和HOWBAN有機(jī)結(jié)合，推出更高效、靈活的接入網(wǎng)方案。

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