一种超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法技术

本发明专利技术涉及一种超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法，包括以下步骤：步骤1：构建基于FSO系统的小型基站两层回程网络架构；步骤2：根据FSO通信原理构建动态自适应小型基站回程网络架构；步骤3：小型基站回程网络动态自适应中继算法设计；步骤4：自适应回程网络资源管理算法设计。本发明专利技术的方法是在协作FSO通信系统基础上提出的，协作FSO技术的引用使得搭建的超密集小型基站回程网络更加灵活，成本降低并提高网络的吞吐量。协作架构的提出可进一步提升网络容量并增强网络的稳定性。本发明专利技术的方法可实现自适应回程网络架构，弥补目前回程网络拓扑固定，出现网络拥塞甚至中断无法实时动态调整的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法
本专利技术属于光传输网络
，特别涉及一种超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法。
技术介绍
近年来，云计算、云存储、移动数据转移及大数据等新兴应用的崛起为通信网络体系结构升级和运营模式转型提供了前所未有的发展契机，同时也对移动通信网络的覆盖和速率提出了更高的要求。为了应对未来数据流量的快速增长与多样化新兴业务的涌现，学术界与工业界已经对未来5G发展进行了深入研究。相关研究组织及研究计划包括中国的IMT-2020(5G)，欧盟的5GNOW(5thGenerationNon-OrthogonalWaveformsforAsynchronousSignaling)、METIS(MobileandWirelessCommunicationsEnablersfortheTwenty-TwentyInformationSociety)项目、5GPPP(5GPublic-PrivatePartnership)项目等。目前，针对未来5G网络的性能要求主要集中在提供更高的系统容量、提高用户体验速率、更高的可靠性以及连接海量的终端设备等方面。为了解决未来移动网络数据量以及传输速率的爆炸性增长，学术界对5G组网与传输技术进行了广泛的研究。针对业务密集分布的通信场景，移动通信网络结构也由传统的宏站+室分的方式，逐步向宏-微、微-微协同与超密集分层立体组网方向转变。为了达到网络扩容的目标，超密集型组网应运而生，通过进一步加密小区的部署，可以有效地提升空间复用度。而超密集组网技术由于自身的技术特点，对网络设备的接入灵活性、传输速率以及传输的可靠性具有较高的要求。在传统的移动通信系统中，射频、微波等无线通信系统以其突出的网络覆盖和灵活接入能力得到广泛部署和应用。然而频谱稀缺、电磁干扰等固有的物理限制导致传统无线通信系统对于超密集型网络的扩容目标遭遇瓶颈。光纤通信系统丰富的频谱资源能提供高带宽容量和稳定传输，是超密集型网络的理想搭建系统。然而其基础设施建设受地理环境制约，尤其在超密集型网络建设中，光纤通信系统的部署常常要求极高的技术复杂度和成本投入，甚至无法部署。自由空间光通信(FSO)系统继承无线通信系统的基础设施易部署、连接灵活以及光通信系统带宽容量丰富、传输安全性好等技术优势，满足超密集型网络对网络设备的接入灵活性与传输速率的要求。5G技术尚在研究阶段，采用FSO系统搭建超密集型网络满足5G通信需求。传统的FSO技术存在链路稳定性与传输速率受限于单链路的弊端，目前学术界将更多的目光放在协作FSO系统中。协作FSO通信技术的核心思想是允许不同终端设备共享彼此天线，构建“虚拟”多天线阵列，进而实现信道分集，因此又称为虚拟MIMO技术。然而，与MIMO技术不同，协作通信的天线阵列由不同物理位置上终端设备的独立天线相互协作构成，因此理论上不会为终端设备带来额外的硬件复杂度。通过FSO设备搭建协作体系超密集型网络架构，实现网络体系内设备通信，将降低网络设备搭建成本并提高网络容量。目前国外已有研究机构对移动通信系统中的回程网络进行网络架构的研究，然而研究主要集中在中断概率分析、信道建模等物理层的关键技术，对于5G系统中FSO回程网络的中继选择与资源调度等上层调度问题尚存研究空白。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法，以解决5G超密集网络对提高网络容量以及稳定传输的需求。本专利技术提供一种超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法，包括以下步骤：步骤1：构建基于FSO系统的小型基站两层回程网络架构；步骤2：根据FSO通信原理构建动态自适应小型基站回程网络架构；步骤3：小型基站回程网络动态自适应中继算法设计；步骤4：小型基站自适应回程网络资源管理算法设计。在本专利技术的超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法中，所述步骤1具体为：构建第一层回程网路：小型基站之间通过FSO链路进行通信，并汇总数据到汇聚节点；构建第二层回程网路：小型基站范围内FSO设备接入点，通过FSO链路进行通信，并为室内WIFI接入提供接口。在本专利技术的超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法中，所述步骤2具体为：根据FSO通信原理，配置小型基站以及各FSO设备接入点多个FSO发射接收器，通过FSO发射接收器发送到核心网控制器，使现有的基站回程网络能够根据网络链路状态以及网络信道状态进行动态自适应调整。在本专利技术的超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法中，所述步骤3具体为：步骤3-1：设定初始参数，包括：距离阈值，信噪比阈值，信道状态信息H；步骤3-2：小型基站传送信道状态信息到汇聚节点；步骤3-3：标记各个业务流的源节点与目的节点，并上传至汇聚节点；步骤3-4：根据距离阈值，将小型基站与FSO节点分别划分成N个中继集合；步骤3-5：根据实时监测得到的信道状态信息，计算各中继集合间信噪比；步骤3-6：确定各个业务流从源节点到目的节点的主路径；步骤3-7：从距离源节点最近的中继集合开始，逐跳判断该条链路是否需要协作中继；步骤3-8：不需协作，则采取直接传输模式；若需要协作，计算中继集合内中继协作模式和中继集合间中继协作模式产生的信道容量；步骤3-9：比较中继集合内中继协作模式和中继集合间中继协作模式的信道容量，判断采用集合内协作模式或集合间中继协作模式；若集合内信道容量大，则采用集合内协作模式；反之，则采用集合间协作模式；步骤3-10：当信道状态发生改变，发送新的信道状态信息到汇聚节点，返回步骤3-2；步骤3-11：从n＝1开始循环到n＝N，完成自适应路径选择；步骤3-12：得到所有业务流从源节点到达目的节点的最终传输路径。在本专利技术的超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法中，所述步骤4具体为：步骤4-1：为业务编号，并设置初始参数；步骤4-2：采用步骤3算法为业务选择传输路径；步骤4-3：为业务选择的中继节点创建链路；步骤4-4：判断新建链路是否与已有链路冲突；如果是，转到步骤4-5，如果否，则为新建链路分配收发口；步骤4-5：判断已经存在的链路是否已经与其他链路共享信道，如果是，则为新建链路分配新的收发口，如果否则转到步骤4-6；步骤4-6：将新建链路与冲突的链路信道共享；步骤4-7：根据时分复用的技术原理，为共享链路的不同业务流进行时隙分配；步骤4-8：新的业务流产生，转到步骤4-1；步骤4-9：得到所有业务从源节点到目的节点链路调度的管理方案。本专利技术的超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法是在协作FSO通信系统基础上提出的。协作FSO技术的引用使得搭建的超密集小型基站回程网络更加灵活，成本进一步降低并提高网络的吞吐量。同时，协作架构的提出对于回程网络可以进一步提升网络容量并增强网络的稳定性。(2)通过建立协作FSO回程网络动态调整体系，实现自适应回程网络架构，弥补目前回程网络拓扑固定，出现网络拥塞甚至中断无法实时动态调整的问题。(3)针对自适应回程网络的资源管理设计方案，引入时分复用技术的设计思想，通过将不同业务经过合理的时隙分配实现信道的共享。该方案显著提高了网络带宽资源利用率，对密集型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建基于FSO系统的小型基站两层回程网络架构；步骤2：根据FSO通信原理构建动态自适应小型基站回程网络架构；步骤3：小型基站回程网络动态自适应中继算法设计；步骤4：小型基站自适应回程网络资源管理算法设计。

【技术特征摘要】
1.一种超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建基于FSO系统的小型基站两层回程网络架构；步骤2：根据FSO通信原理构建动态自适应小型基站回程网络架构；步骤3：小型基站回程网络动态自适应中继算法设计；步骤4：小型基站自适应回程网络资源管理算法设计。2.如权利要求1所述的超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法，其特征在于，所述步骤1具体为：构建第一层回程网路：小型基站之间通过FSO链路进行通信，并汇总数据到汇聚节点；构建第二层回程网路：小型基站范围内FSO设备接入点，通过FSO链路进行通信，并为室内WIFI接入提供接口。3.如权利要求1所述的超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法，其特征在于，所述步骤2具体为：根据FSO通信原理，配置小型基站以及各FSO设备接入点多个FSO发射接收器，通过FSO发射接收器发送到核心网控制器，使现有的基站回程网络能够根据网络链路状态以及网络信道状态进行动态自适应调整。4.如权利要求1所述的超密集小型基站自适应FSO回程网络构建方法，其特征在于，所述步骤3具体为：步骤3-1：设定初始参数，包括：距离阈值，信噪比阈值，信道状态信息H；步骤3-2：小型基站传送信道状态信息到汇聚节点；步骤3-3：标记各个业务流的源节点与目的节点，并上传至汇聚节点；步骤3-4：根据距离阈值，将小型基站与FSO节点分别划分成N个中继集合；步骤3-5：根据实时监测得到的信道状态信息，计算各中继集合间信噪比；步骤3-6：确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭磊，宋嵩，刘业君，宋清洋，汉鹏超，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21