無線光網(wǎng)絡(luò)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著時(shí)代的發(fā)展和社會的進(jìn)步，伴隨通信業(yè)務(wù)邁向多媒體領(lǐng)域，相應(yīng)帶寬需求急速上升，多業(yè)務(wù)和大帶寬全光聯(lián)網(wǎng)是未來通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的必然特征。波分復(fù)用技術(shù)提供的豐富帶寬資源使依靠光網(wǎng)絡(luò)傳送和交換海量的業(yè)務(wù)成為可能，傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)向下一代光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的步伐正在加速。為滿足政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、文化教育等的需要，光網(wǎng)絡(luò)已成為各國國家信息架構(gòu)中的基石。本文基于無線激光通信，展開光網(wǎng)絡(luò)研究。 光纖網(wǎng)絡(luò)的所有網(wǎng)元都固定于一個不可分離的承載體，所有網(wǎng)元間、各

2、網(wǎng)元與載體間處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。通常，光纖網(wǎng)絡(luò)屬于地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其組建包含節(jié)點(diǎn)構(gòu)建和光纖敷設(shè)兩個獨(dú)立過程，同時(shí)，其節(jié)點(diǎn)又被光纖束縛住。其建設(shè)周期長，有效利用網(wǎng)絡(luò)資源與服務(wù)質(zhì)量(QualityofService，QoS)保障存在一定的矛盾。同時(shí)，其鏈路易遭破壞，并且，其不宜在不方便鋪設(shè)線路、更不能夠在星間通信等無法鋪設(shè)線路的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。無線光通信的傳輸擺脫了有線介質(zhì)的束縛，相應(yīng)通信鏈路與節(jié)點(diǎn)可集成為一體。無線激光通信支持現(xiàn)有光纖通信的協(xié)議，

3、能夠提供類似光纖通信的信息傳輸速率。只要兩點(diǎn)直線可視，就可建立一條天然具備抗御鏈路毀壞能力的無線激光通信鏈路。一個無線光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可被承載于具有不同運(yùn)動規(guī)律、位于離地心不同距離的多個相互離散的承載體，擁有光纖通信所不具備的巨大靈活性和支持移動通信等優(yōu)越特性。可以在大范圍移動中支持高速通信。再者，無線光通信單元設(shè)備體積小、重量輕，架設(shè)簡單，搭建、配置和維護(hù)較為容易。此外，無線激光通信基于無線電子載波無法比擬的非可視窄波束，保密性強(qiáng)、抗干擾性

4、好。 然而，目前的光通信業(yè)界只是將無線光通信簡單地以鏈路形式，作為光纖的替代來透明支持光纖通信協(xié)議，無法充分發(fā)揮無線光通信的優(yōu)越特性。為了最大限度地提高資源利用率、保障QoS、和追求最佳性能，必須根據(jù)無線光通信的特性來進(jìn)行組網(wǎng)技術(shù)和運(yùn)行技術(shù)，及相應(yīng)實(shí)現(xiàn)-無線光節(jié)點(diǎn)和承載體的研究開發(fā)。從而，本文在第二章中，基于無線光通信的獨(dú)有特性，對無線光網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，建立了相關(guān)理論模型，獲得了多區(qū)多類三維網(wǎng)狀網(wǎng)無線光網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。并結(jié)合無

5、線光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，對有機(jī)組成無線光網(wǎng)絡(luò)體系的平面區(qū)骨干通信子網(wǎng)絡(luò)和跨區(qū)三維骨干通信子網(wǎng)絡(luò)的組建，以及相應(yīng)平面區(qū)類子域、平面區(qū)類子域組、相鄰跨區(qū)子域、非相鄰跨區(qū)子域的構(gòu)建和運(yùn)行方式進(jìn)行了推證和論述。獲得了無線光網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)基礎(chǔ)構(gòu)架-回路繞點(diǎn)無線光互聯(lián)基。進(jìn)而，得到了構(gòu)建具有良好網(wǎng)絡(luò)魯棒性的無線光網(wǎng)絡(luò)原始拓?fù)鋱D的具體算法，以及基于回路繞點(diǎn)無線光互聯(lián)基修剪無線光網(wǎng)絡(luò)原始拓?fù)鋱D，生成無線光網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的具體算法。最后，獲得了構(gòu)造運(yùn)行回路的具體算法，以及合

6、理分配網(wǎng)絡(luò)容量的具體算法。相應(yīng)數(shù)字仿真證明了本章技術(shù)的有效性。 只有在鄰接無線光網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)元通過連通激光源發(fā)出的激光橋接而連通后，無線光網(wǎng)絡(luò)才能夠?qū)⑿畔?，由一個無線光節(jié)點(diǎn)送達(dá)另一個無線光節(jié)點(diǎn)。本文在第三章：研究了無線光網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)元功能結(jié)構(gòu)，并重點(diǎn)針對相互連通激光源-相干疊層列陣，結(jié)合Talbot腔和模式耦合等，建立了理論模型。對激光源在連通工作中的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，獲得了漂移補(bǔ)償技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)方法和設(shè)備。并且，結(jié)合相關(guān)仿真軟件和實(shí)驗(yàn)，

7、對無線光通信環(huán)境的工作情形進(jìn)行了分析和推證，獲得了使激光源能夠在惡劣多變溫差環(huán)境中穩(wěn)定工作，從而穩(wěn)定地連通無線光節(jié)點(diǎn)的預(yù)失真補(bǔ)償源技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)系列裝置。相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明了其在連通中的有效性。 各個網(wǎng)絡(luò)成員互相認(rèn)知是通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的前提；且為確保所獲傳送業(yè)務(wù)路由的合理及所需網(wǎng)絡(luò)資源的正確分配，各個網(wǎng)絡(luò)成員必須知曉網(wǎng)絡(luò)內(nèi)當(dāng)前的狀態(tài)。所以本文在第四章：結(jié)合無線光網(wǎng)絡(luò)建立無線激光通信鏈路和鄰居發(fā)現(xiàn)合一的操作特性等，研究了無線光網(wǎng)絡(luò)路由。論述了

8、無線光最短路徑優(yōu)先及無線光網(wǎng)絡(luò)獨(dú)特的指派路由器組播機(jī)制，得到了單層無線光網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息擴(kuò)散技術(shù)。進(jìn)而，結(jié)合無線光網(wǎng)絡(luò)多平面分層組播，論述了無線光網(wǎng)絡(luò)分層邏輯結(jié)構(gòu)形成，得到了分層無線光網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息擴(kuò)散技術(shù)。最后，論述了相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息交互機(jī)制，得到了引入無線光通信的光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)算法。相應(yīng)數(shù)字仿真證明了本章所獲技術(shù)的有效性。 鑒于業(yè)務(wù)的趨勢變得快速動態(tài)化，引入通用多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)支持動態(tài)連接，是光網(wǎng)絡(luò)控制的主流支撐技術(shù)。本文第五章：針

9、對無線光通信具體特點(diǎn)，對通用多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)加以改造和拓展，得到了無線光通用多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)。定義了無線光通用多協(xié)議標(biāo)記交換接口。在資源預(yù)留協(xié)議擴(kuò)展了自適應(yīng)域。研究清楚了無線光通用多協(xié)議標(biāo)記交換標(biāo)記對象格式內(nèi)涵，以及當(dāng)無線光與有線光互聯(lián)時(shí)，相應(yīng)通信功能模塊所進(jìn)行的處理。獲得了無線光通用多協(xié)議標(biāo)記交換嵌套技術(shù)，以及與以上各技術(shù)相關(guān)，建立交換路徑操作技術(shù)。而后，研究了對應(yīng)光突發(fā)交換機(jī)制的無線光突發(fā)標(biāo)記交換技術(shù)，獲得了無線光突發(fā)標(biāo)記交換無

10、線光網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，相應(yīng)組建總則、關(guān)鍵細(xì)則、決策優(yōu)化技術(shù)，以及通過有效覆蓋的母錐體、有效覆蓋、最短可視矢量法構(gòu)建單向資源預(yù)留工作區(qū)域。論述了運(yùn)行工作模式和相關(guān)算法，闡明了單向預(yù)約資源工作過程和相關(guān)運(yùn)行特點(diǎn)，結(jié)合數(shù)字仿真，展示了無線光網(wǎng)絡(luò)與光纖網(wǎng)絡(luò)相輔相成相得益彰，從而給光網(wǎng)絡(luò)性能帶來的提升。隨著研究的不斷深入，無線光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)不斷取得進(jìn)步，光網(wǎng)絡(luò)必將迎來更加美好光明的前景。本文所獲得的研究成果，除本實(shí)驗(yàn)室的論文和專利外，目前未見有公開詳