一种自组织拓扑的光通信网络及其拓扑自组织方法技术

本发明专利技术提出一种自组织拓扑的光通信网络及其拓扑自组织方法，根据通信负荷量确定网络拓扑调整涉及的节点范围，按照节点布局以及所有可选择的激光传输路径组织传导网络，并且通过虚拟迭代，推演节点的路径变化对通信负荷的调节系数及其影响，实现网络拓扑与实际通信负荷的最优化匹配，改善网络整体的通信效率。以及，在原有的网络拓扑中的光通信路径因故发生中断的情况下，以快速恢复通信为原则建立起新的网络拓扑。

An Optical Communication Network with Self-Organizing Topology and Its Topology Self-Organizing Method

The present invention proposes an optical communication network with self-organizing topology and a self-organizing method of its topology. The range of nodes involved in network topology adjustment is determined according to the amount of communication load. The conduction network is organized according to the node layout and all optional laser transmission paths, and the adjustment coefficient and its influence of node path change on communication load are deduced through virtual iteration to realize network extension. Optimum matching between flutter and actual communication load can improve the overall communication efficiency of the network. In addition, when the optical communication path in the original network topology is interrupted for some reason, a new network topology is established based on the principle of fast recovery of communication.

【技术实现步骤摘要】
一种自组织拓扑的光通信网络及其拓扑自组织方法
本专利技术涉及光通信技术，尤其涉及一种自组织拓扑的光通信网络及其拓扑自组织方法。
技术介绍
光通信泛指利用光来携带和传播信息的通信方式，人类对光通信的设想由来已久，甚至可以追溯到有线电通信和无线电通信技术普及之前。直到1966年，诺贝尔奖金获得者、英国籍华人高锟博士发表论文提出利用高纯度玻璃纤维实现低损耗光信号传导，进而，1970年美国康宁公司成功研制了每千米传输损耗低至20DB的光纤，激光器等技术也相继成熟，才使得基于光纤作为传导介质的光通信迅速走入实用阶段。1977年世界上第一条商用的通信光纤在美国运行，发展到20世纪90年代，电话、互联网等通信业务的骨干网络已经普遍采用光纤网。进入21世纪，光纤通信开始在″最后一公里″接入的领域得到普及，在我国光纤入户已经在多数大城市得到实现。不过，现有技术中以光纤为介质建立的光通信网络属于有线的网络，在″最后一公里″的接入应用领域当中，采用光纤的有线网络在架线、施工等方面都存在一定的困难，也容易因为各种原因造成光纤断线。自由空间光通信(FSO)是利用携带信息的激光光束在空气中传播而实现的光通信技术，该技术通过在一个激光收发器和与其对应的另一个激光收发器之间发射和接收该携带信息的激光束，实现二者之间的通信。由于激光光束直接在空气中传播，无需搭建光纤，从而极大节约了光通信的成本，减少了施工布线的繁琐。激光光束在视距范围内直线传播，要求对应的两个激光收发器彼此在视距范围内且无明显遮挡，因此一般将二者都安装在城市中较高建筑物的楼顶天台，可见自由空间光通信特别适用于在城域范围内布设，解决每栋建筑内的光通信入户问题，实现主干网与最终用户之间″最后一公里″的网络连接，其有效避免了利用传统的光纤入户在线路施工和维护方面遇到的困境。然而，虽然自由空间光通信(FSO)去除了光纤这一有线介质的约束，但是在现有技术中，自由空间光通信(FSO)仍然由各个激光收发器组成固定的网络拓扑结构，例如，图1中每个黑点表示一个激光收发器，图1的(a)、(b)、(c)、(d)中各个激光收发器分别构成点到点、网状、点到多点和环状拓扑。现有技术中采用固定拓扑的缺点包括：相对缺乏灵活性和鲁棒性，例如不能基于通信负荷的动态变化而自适应调节网络拓扑，一旦网络损坏无法自主恢复通信，等等。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中存在的以上缺陷，本专利技术提出一种自组织拓扑的光通信网络及其拓扑自组织方法。本专利技术用于解决现有技术中自由空间光通信采用固定网络拓扑，不能适应通信负荷而动态调节网络结构、当某些节点损坏等原因中断后无法自主恢复网络通信的技术问题。具体来说，本专利技术根据通信负荷量确定网络拓扑调整涉及的节点范围，按照节点布局以及所有可选择的激光传输路径组织传导网络，并且通过虚拟迭代，推演节点的路径变化对通信负荷的调节系数及其影响，实现网络拓扑与实际通信负荷的最优化匹配，改善网络整体的通信效率。以及，在原有的网络拓扑中的光通信路径因故发生中断的情况下，以快速恢复通信为原则建立起新的网络拓扑。本领域技术人员可以理解，在采用自由空间光通信技术的基础上，本专利技术所称的″节点″指的是由激光收发器及配套设施组成的网络单元。在本申请的一个方面，提出了一种自组织拓扑的光通信网络，包括：路径可变网络，由预定数量的节点组成，其中每个节点可以与视距范围内的其它一个或者多个节点通过激光光束建立通信连接，从而在路径可变网络中形成通信路径，所述通信路径包括一个第一端点节点、一个第二端点节点以及至少一个中间节点；通信负荷获取模块，用于获取预设时间段内路径可变网络中每条已有通信路径上的通信负荷量；拓扑调度模块，与所述通信负荷获取模块连接，用于获取所述通信负荷量，并基于对所述通信负荷量的预测，生成调节路径可变网络中节点之间通信路径的调度方案；拓扑调节模块，根据所述调度方案向所述路径可变网络中的节点发送调度信息，以令所述节点根据所述调度信息与其它节点通过激光光束建立新的通信路径。在一些实施例中，所述拓扑调度模块包括：信息存储单元，用于存储各个节点的通信容量最大允许阈值；通信负荷预测单元，用于根据从所述通信负荷获取模块取得的已有通信路径上的通信负荷量，获得预设时间段内已有通信路径上的预测通信负荷量；调度方案生成单元，用于当任意一条已有通信路径上的预测通信负荷量大于该路径中任一中间节点的通信容量最大允许阈值时，确定连接该已有通信路径的第一端点节点和第二端点节点的其它全部可选通信路径；根据所述可选通信路径的预测通信负荷量相对于该可选通信路径上的节点的通信容量最大允许阈值以及反馈量的函数关系，建立传导模型；其中，所述反馈量为对该可选通信路径的通信负荷的调节量；对所述传导网络调度模型进行迭代优化，生成调度方案。在一些实施例中，所述根据所述可选通信路径的预测通信负荷量相对于该可选通信路径上的节点的通信容量最大允许阈值以及反馈量的函数关系，建立传导模型，具体包括：建立各条可选通信路径中预测通信负荷量与该可选通信路径上的节点的通信容量最大允许阈值w以及反馈量b的函数关系c＝f(w，b)；对函数c＝f(w，b)进行迭代优化，使得最终得到的各条可选通信路径的预测通信负荷量c的平均值c’达到预先设定的阈值范围；在每一步的迭代过程中，以降低平均值c’为目标，调整各可选通信路径的通信容量最大允许阈值w和反馈量b，并将调整后的平均值c1’与平均值c’对比，若调整后的平均值c1’低于平均值c’，则该调度方案可取，并继续迭代，直到n次调整后的平均值cn’达到期望值。在一些实施例中，在不同时间段，所述平均值的预先设定的期望值范围不同。优选的是，在由于中间节点中断而导致任一已有通信路径失效的情况下，所述拓扑调度模块确定连接该已有通信路径的第一端点节点和第二端点节点的至少一条可选通信路径，并根据该可选通信路径生成路径恢复方案。优选的是，所述拓扑调节模块根据所述路径恢复方案向所述路径可变网络中的节点发送调度信息，以令所述节点根据所述调度信息与通过激光光束建立从第一端点节点到第二端点节点的恢复通信路径。进而，本专利技术提供了一种自由空间光通信的网络拓扑自组织方法，应用于路径可变网络，所述路径可变网络由预定数量的节点组成，其中每个节点可以与视距范围内的其它一个或者多个节点通过激光光束建立通信连接，从而在路径可变网络中形成通信路径，所述通信路径包括一个第一端点节点、一个第二端点节点以及至少一个中间节点；所述网络拓扑自组织方法包括：通信负荷获取步骤，获取预设时间段内路径可变网络中每条已有通信路径上的通信负荷量；拓扑调度步骤，获取所述通信负荷量，并基于对所述通信负荷量的预测，生成调节路径可变网络中节点之间通信路径的调度方案；拓扑调节步骤，根据所述调度方案向所述路径可变网络中的节点发送调度信息，以令所述节点根据所述调度信息与其它节点通过激光光束建立新的通信路径。在一些实施例中，拓扑调度步骤包括：容量阈值获取步骤，取得预先存储的各个节点的通信容量最大允许阈值；通信负荷预测步骤，根据已有通信路径上的通信负荷量，获得预设时间段内已有通信路径上的预测通信负荷量；调度方案生成步骤，用于当任意一条已有通信路径上的预测通信负荷量大于该路径中任一中间节点的通信容量最大允许阈值时，确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自组织拓扑的光通信网络，包括：路径可变网络，由预定数量的节点组成，其中每个节点可以与视距范围内的其它一个或者多个节点通过激光光束建立通信连接，从而在路径可变网络中形成通信路径，所述通信路径包括一个第一端点节点、一个第二端点节点以及至少一个中间节点；通信负荷获取模块，用于获取预设时间段内路径可变网络中每条已有通信路径上的通信负荷量；拓扑调度模块，与所述通信负荷获取模块连接，用于获取所述通信负荷量，并基于对所述通信负荷量的预测，生成调节路径可变网络中节点之间通信路径的调度方案；拓扑调节模块，根据所述调度方案向所述路径可变网络中的节点发送调度信息，以令所述节点根据所述调度信息与其它节点通过激光光束建立新的通信路径。

【技术特征摘要】
1.一种自组织拓扑的光通信网络，包括：路径可变网络，由预定数量的节点组成，其中每个节点可以与视距范围内的其它一个或者多个节点通过激光光束建立通信连接，从而在路径可变网络中形成通信路径，所述通信路径包括一个第一端点节点、一个第二端点节点以及至少一个中间节点；通信负荷获取模块，用于获取预设时间段内路径可变网络中每条已有通信路径上的通信负荷量；拓扑调度模块，与所述通信负荷获取模块连接，用于获取所述通信负荷量，并基于对所述通信负荷量的预测，生成调节路径可变网络中节点之间通信路径的调度方案；拓扑调节模块，根据所述调度方案向所述路径可变网络中的节点发送调度信息，以令所述节点根据所述调度信息与其它节点通过激光光束建立新的通信路径。2.根据权利要求1所述的自组织拓扑的光通信网络，其特征在于，所述拓扑调度模块包括：信息存储单元，用于存储各个节点的通信容量最大允许阈值；通信负荷预测单元，用于根据从所述通信负荷获取模块取得的已有通信路径上的通信负荷量，获得预设时间段内已有通信路径上的预测通信负荷量；调度方案生成单元，用于当任意一条已有通信路径上的预测通信负荷量大于该路径中任一中间节点的通信容量最大允许阈值时，确定连接该已有通信路径的第一端点节点和第二端点节点的其它全部可选通信路径；根据所述可选通信路径的预测通信负荷量相对于该可选通信路径上的节点的通信容量最大允许阈值以及反馈量的函数关系，建立传导模型；其中，所述反馈量为对该可选通信路径的通信负荷的调节量；对所述传导网络调度模型进行迭代优化，生成调度方案。3.根据权利要求2所述的自组织拓扑的光通信网络，其特征在于，所述根据所述可选通信路径的预测通信负荷量相对于该可选通信路径上的节点的通信容量最大允许阈值以及反馈量的函数关系，建立传导模型，具体包括：建立各条可选通信路径中预测通信负荷量与该可选通信路径上的节点的通信容量最大允许阈值w以及反馈量b的函数关系c＝f(w，b)；对函数c＝f(w，b)进行迭代优化，使得最终得到的各条可选通信路径的预测通信负荷量c的平均值c’达到预先设定的阈值范围；在每一步的迭代过程中，以降低平均值c’为目标，调整各可选通信路径的通信容量最大允许阈值w和反馈量b，并将调整后的平均值c1’与平均值c’对比，若调整后的平均值c1’低于平均值c’，则该调度方案可取，并继续迭代，直到n次调整后的平均值cn’达到期望值。4.根据权利要求3所述的自组织拓扑的光通信网络，其特征在于，在不同时间段，所述平均值的预先设定的期望值范围不同。5.根据权利要求1所述的自组织拓扑的光通信网络，其特征在于，在由于中间节点中断而导致任一已有通信路径失效的情况下，所述拓扑调度模块确定连接该已有通信路径的第一端点节点和第二端点节点的至少一条可选通信路径，并根据该可选通信路径生成路径恢复方案。6.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，孙正来，许振飞，邵明锋，刘同旭，王宇彦，何海涛，沈卫兵，朱明星，张友，易飞，年安君，张梅，马曙光，姜晓涛，王洁，徐晓明，胡倩倩，夏欢，柯望，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司蚌埠供电公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34