CN103414509A - 基于光纤-无线融合的可抗毁无源光网络规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信网络技术领域，特别涉及基于光纤-无线融合的可抗毁无源光网络规划方法。通过为每个光网络单元ONU配置无线功能模块并在网络前端部署无线路由器形成无线网状网，每个工作光网络单元ONU将被分配一个或多个备用光网络单元ONU；当一条分支光纤发生故障时，连接中断的工作光网络单元ONU可将其业务通过前端的无线备用路径转移到其备用光网络单元ONU；备用光网络单元ONU将使用剩余容量承载来自工作光网络单元ONU的业务并上传给光线路终端OLT；在满足无线备用路径跳数限制及业务量完全保护的条件下，最小化无线路由器部署成本。本发明受地理环境约束较小，有利于减小业务恢复时延，适用于大规模可抗毁无源光网络规划。

Description

基于光纤-无线融合的可抗毁无源光网络规划方法

技术领域

本发明属于通信网络技术领域，特别涉及一种基于光纤-无线融合的可抗毁无源光网络规划方法。 

背景技术

作为用户终端与骨干网的“接口”，接入网负责聚合用户业务并上传至骨干网，同时将来自骨干网的业务传送给用户终端。传统的接入网技术，如数字用户线DSL，通常提供下行1.5Mb/s和上行128kb/s的非对称传输带宽，无法满足视频点播、在线游戏等多媒体业务的高带宽需求。虽然新兴的VDSL技术能支持下行50Mb/s的传输带宽，但其有限的传输距离，约500m，这就极大地限制了接入网的覆盖范围。随着光纤通信及波分复用等技术的日益成熟，骨干网带宽容量呈现前所未有的增长趋势。目前，骨干网运营商可提供超过40Gb/s的链路带宽，并承诺将继续提高骨干网带宽容量。这使得覆盖“最后一公里”的接入网逐渐成为用户终端与骨干网之间的带宽瓶颈，未来宽带接入网的设计将面临更大挑战。 

无源光网络（PON）可为用户提供高带宽接入服务并具有较好的传输稳定性，被公认为下一代宽带接入的理想技术之一。如图1所示，典型的无源光网络呈现树状拓扑结构，多个光网络单元（ONU）经由分支光纤、光分路器和主干光纤连接到一个共同的光线路终端（OLT）。不同ONU之间通过时分复用技术共享主干光纤的波长信道，并由OLT决定分配给每个ONU的带宽容量。目前的两个典型无源光网络标准：以太网无源光网络（EPON）和吉比特无源光网络（GPON），可在20km的传输范围内分别实现上/下行1.25Gbp/1.25Gbp和1.244Gbps/2.488Gbps的带宽容量，而下一代无源光网络将在100km的传输范围内提供10Gb/s上/下行带宽容量。 

可见，无源光网络承载着大量的高速数据流，一旦光纤发生故障将大致大量业务中断，造成无法估量的经济损失。因此，网络抗毁能力一直被认为是无源光网络的关键技术之一。现有的可抗毁无源光网络技术大多采用复制光纤的方法来应对分支光纤故障，即在每个ONU和光分路器之间配置额外的分支光纤，当其中一条分支光纤发生故障时，可将ONU的业务切换到另外一条分支光纤上传输。另有部分研究考虑在不同的ONU之间部署备用光纤，通过备用光纤实现不同ONU之间的业务倒换。尽管如此，这些方法通常要求较高的光纤部署成本，并且由于地理环境制约，部署额外光纤的方法可能无法有效实施。如何在改善无源光网络抗 毁能力的同时降低额外的网络部署成本成为无源光网络规划中亟待解决的关键问题之一。 

发明内容

为突破现有无源光网络抗毁技术在成本收益方面普遍存在的局限性，本发明提出一种基于光纤-无线融合的可抗毁无源光网络规划方法FPMC，目的是应对无源光网络中典型的单分支光纤故障。 

为实现上述目的，本发明是这样实现的： 

基于光纤-无线融合的可抗毁无源光网络规划方法是：通过为每个光网络单元ONU配置无线功能模块并在网络前端部署无线路由器形成无线网状网，每个工作光网络单元ONU将被分配一个或多个备用光网络单元ONU；当一条分支光纤发生故障时，连接中断的工作光网络单元ONU可将其业务通过前端的无线备用路径转移到其备用光网络单元ONU；然后，备用光网络单元ONU将使用剩余容量承载来自工作光网络单元ONU的业务并上传给光线路终端OLT；在满足无线备用路径跳数限制及业务量完全保护的条件下，最小化无线路由器部署成本；具体步骤如下： 

步骤1：将整个网络区域划分成M×M个网格单元，并以每个网格单元的中心作为放置无线路由器的可能位置； 

步骤2：设R_k表示当前将要放置的一个无线路由器，所有未放置无线路由器的网格单元均可作为无线路由器R_k的候选位置；在满足无线备用路径跳数限制的情况下，计算出R_k放在每个候选位置上得到的每个工作光网络单元ONU新增的备用光网络单元ONU集合，并进一步计算出每个光网络单元ONU新增的被保护业务量； 

步骤3：计算出整个网络新增的被保护业务量；根据每个候选位置上无线路由器R_k的部署成本，进一步计算出每个候选位置放置无线路由器的成本效率，即新增的被保护业务量与无线路由器部署成本的比值； 

步骤4：找出成本效率最大的候选位置作为无线路由器R_k的最佳放置位置；更新网络中每个无线路由器节点和光网络单元ONU节点之间的最小无线跳数；更新每个光网络单元ONU已获得保护的业务量； 

步骤5：判断是否网络中所有光网络单元ONU均已获得完全保护；如果是，转向步骤6，否则，返回步骤2，放置新的无线路由器； 

步骤6：输出每个无线路由器的放置位置以及每个光网络单元ONU的备用光网络单元ONU集合。 

所述的步骤1中将整个网络区域划分成M×M个网格单元如下： 

在3km×3km的方形区域内设置一个无源光网络，整个网络区域被划分成M×M个网格单元，其中M∈{6,7,8,9,10}，每个网格单元中心点上无线路由器的部署成本在[1,4]之间随机生成；随机选择OLT与光分路器的放置位置，且二者之间的主干光纤长度小于1.8km；N_O个光网络单元ONU按照均匀分布放置在网络中，N_O∈{8,10,12,14,16}，且每个光网络单元ONU与光分路器之间的分支光纤长度不超过1km。所有光网络单元ONU被分配相同的20个单位容量，每个光网络单元ONU的业务负载在[5,d_max]之间随机生成，d_max∈{8,10,12,14,16}；为每个光网络单元ONU配置无线功能模块，作为前端无线网络与后端无源光网络的接口设备；所有无线路由器的传输范围均等的设置为T_Rkm，T_R∈{0.6,0.7,0.8,0.9,1}，只有位于彼此传输范围内的两个无线路由器之间才存在可用的双向无线链路； 

放置在无源光网络前端的无线路由器通过无线链路互连形成无线网状网，为工作光网络单元ONU与备用光网络单元ONU之间的业务传输提供无线备用路径；当工作光网络单元ONU的分支光纤发生故障时，工作光网络单元ONU可将其业务通过无线备用路径转移到其备用光网络单元ONU，备用光网络单元ONU将使用剩余容量承载来自工作光网络单元ONU的业务并上传至OLT，从而实现业务恢复。 

所述的M×M个网格单元参数和变量如下： 

m：网格单元编号，m∈{1,2,3,…,M×M}； 

l_m：编号为m的网格单元中心点； 

i,j,k：无线路由器编号； 

R_i：编号为i的无线路由器； 

Φ_k：放置无线路由器R_k的候选位置集合； 

T：无线路由器的传输范围； 

无线路由器R_k放置在l_m上的邻居无线路由器集合； 

x,y：ONU编号； 

O_x：编号为x的ONU； 

无线路由器R_i与ONUO_x之间的最短无线路径跳数； 

Ω_x：ONUO_x的备用光网络单元ONU集合； 

λ_x：ONUO_x的业务负载； 

r_y：ONUO_y的剩余容量； 

O_x未被保护的业务量； 

如果无线路由器R_k放置在l_m上，O_x新增的备用ONU集合； 

如果无线路由器R_k放置在l_m上，O_x新增的所有备用ONU剩余容量之和； 

如果无线路由器R_k放置在l_m上，O_x新增的被保护业务量； 

c_m：无线路由器R_k放置在l_m上的部署成本； 

E^k(l_m)：将无线路由器R_k放置在位置l_m上的成本效率； 

L_i：无线路由器R_i的放置位置； 

d(L_i,l_m)：位置L_i与位置l_m之间的距离。 

所述的场景设置及参数和变量的实现，包括以下步骤： 

步骤1：将3km×3km的方形网络区域划分成M×M个网格单元，其中M∈{6,7,8,9,10}，将网格单元从左至右、从上至下依次编号1，2，3，…，M×M，并以每个网格单元的中心点作为放置无线路由器的可能位置； 

步骤2：初始化每个工作光网络单元ONU未被保护的业务量初始化每个工作光网络单元ONU的备用光网络单元ONU集合

初始化每个无线路由器到各光网络单元ONU的最短无线路径跳数初始化无线路由器索引号k=1； 

步骤3：遍历网络中所有未放置无线路由器的网格单元中心点，计算出可以放置无线路由器R_k的候选位置集合Φ_k；对于任意候选位置l_m∈Φ_k，计算出R_k放在l_m上得到的每个光网络单元ONU（如O_x）新增的被保护业务量

具体如下： 

步骤3-1：，计算出R_k放置在l_m上的邻居无线路由器集合： 

$N_k^m=\left\{R_i\right|d(L_i,l_m)\≤T;i=\mathrm{1,2},...,k-1\}---\left(1\right);$

步骤3-2：对于任意

若存在无线路由器

使得

或 

成立，则说明R_k放置在l_m上可以为工作ONUO_x带来一个新的备用ONUO_y，据此计算出O_x的新增备用光网络单元ONU集合

步骤3-3：计算工作ONUO_x新增备用光网络单元ONU的剩余容量之和如下： 

${\hat{r}}_x^{k,m}=\underset{y:O_y\∈{\mathrm{\Ψ}}_x^{k,m}}{\mathrm{\Σ}}{r}_y---\left(2\right);$

根据O_x未被保护的业务量

计算O_x新增的被保护业务量

步骤4：计算出R_k放置在候选位置l_m∈Φ_k上得到的整个网络新增的被保护业务量： 

$P^{k,m}=\underset{x=1}{\overset{N_O}{\mathrm{\Σ}}}{p}_x^{k,m}---\left(3\right);$

进一步计算出候选位置l_m的成本效率E^k(l_m)＝P^k,m/c_m； 

步骤5：找出成本效率最大的候选位置作为R_k的最佳放置位置： 

$l_{\hat{m}}=\underset{l_m\∈{\mathrm{\Φ}}_k}{\max }\left\{E^k\left(l_m\right)\right\}---\left(4\right);$

步骤6：将无线路由器R_k放置到

上，即

对于任意ONUO_x，更新未被保护业务量

备用光网络单元ONU集合

对于任意ONUO_x和任意无线路由器R_i，更新二者之间的最短无线路径跳数

步骤7：判断是否所有光网络单元ONU均已获得完全保护；如果是，转向步骤8；否则，更新无线路由器索引号k←k+1，返回步骤3，放置新的无线路由器； 

步骤8：输出无线路由器的放置位置及每个工作光网络单元ONU的备用光网络单元ONU集合。 

本发明的优点及有益效果如下： 

（1）与传统的部署额外光纤的抗毁技术相比，采用光纤-无线融合的方法能极大地减小网络部署成本，并且受地理环境的约束较小。 

（2）考虑了工作光网络单元ONU与备用光网络单元ONU之间无线备用路径跳数限制，有利于减小业务恢复时延。 

（3）考虑了业务量完全保护约束。保证分支光纤故障情况下，备用光网络单元ONU有足够剩余容量满足受故障影响业务的带宽需求，且不会损失备用光网络单元ONU上原有业务的服务质量。 

（4）相对比运算复杂度较高的线性规划方法，采用高效的启发式方法获得无线路由器的最佳布置方案，更适用于大规模的可抗毁无源光网络规划。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。 

图1为现有技术中典型的无源光网络结构示意图； 

图2为本发明中基于光纤-无线融合的可抗毁无源光网络结构示意图； 

图3为本发明中应用于实施例的无源光网络拓扑示意图； 

图4为本发明中基于光纤-无线融合的可抗毁无源光网络规划方法FPMC流程图； 

图5为本发明中FPMC方法在不同ONU业务负载下的网络部署成本示意图； 

图6为本发明中FPMC方法在不同ONU数量下的网络部署成本示意图； 

图7为本发明中FPMC方法在不同网格数量下的网络部署成本示意图； 

图8为本发明中FPMC方法在不同无线传输范围下的网络部署成本示意图。 

具体实施方式

本发明是一种基于光纤-无线融合的可抗毁无源光网络规划方法，即FPMC。 

如图2所示，通过为每个光网络单元ONU配置无线功能模块并在网络前端部署无线路由器形成无线网状网。每个工作ONU将被分配一个或多个备用光网络单元ONU。当一条分支光纤发生故障时，连接中断的工作光网络单元ONU可将其业务通过前端的无线备用路径转移到其备用光网络单元ONU。然后，备用光网络单元ONU将使用剩余容量承载来自工作光网络单元ONU的业务并上传给光线路终端OLT。本发明提出的FPMC方法聚焦无线路由器的优化部署，在满足无线备用路径跳数限制及业务量完全保护的条件下，最小化无线路由器部署成本。其实现步骤概述如下： 

步骤1：将整个网络区域划分成M×M个网格单元，并以每个网格单元的中心作为放置无线路由器的可能位置。 

步骤2：设R_k表示当前将要放置的一个无线路由器，所有未放置无线路由器的网格单元均可作为无线路由器R_k的候选位置。在满足无线备用路径跳数限制的情况下，计算出R_k放在每个候选位置上得到的每个工作光网络单元ONU新增的备用光网络单元ONU集合，并进一步计算出每个光网络单元ONU新增的被保护业务量。 

步骤3：计算出整个网络新增的被保护业务量。根据每个候选位置上无线路由器R_k的部署成本，进一步计算出每个候选位置放置无线路由器的成本效率，即新增的被保护业务量与无线路由器部署成本的比值。 

步骤4：找出成本效率最大的候选位置作为无线路由器R_k的最佳放置位置。更新网络中每个无线路由器节点和光网络单元ONU节点之间的最小无线跳数；更新每个光网络单元ONU已获得保护的业务量。 

步骤5：判断是否网络中所有光网络单元ONU均已获得完全保护。如果是，转向步骤6，否则，返回步骤2，放置新的无线路由器。 

步骤6：输出每个无线路由器的放置位置以及每个光网络单元ONU的备用光网络单元ONU集合。 

实施例1： 

如图3所示，在3km×3km的方形区域内设置一个无源光网络，整个网络区域被划分成M×M个网格单元，其中M∈{6,7,8,9,10}，每个网格单元中心点上无线路由器的部署成本在[1,4]之间随机生成。随机选择OLT与光分路器的放置位置，且二者之间的主干光纤长度小于1.8km。N_O个光网络单元ONU按照均匀分布放置在网络中，N_O∈{8,10,12,14,16}，且每个ONU与光分路器之间的分支光纤长度不超过1km。所有光网络单元ONU被分配相同的20个单位容量，每个光网络单元ONU的业务负载在[5,d_max]之间随机生成，d_max∈{8,10,12,14,16}。为每个光网络单元ONU配置无线功能模块，作为前端无线网络与后端无源光网络的接口设备。所有无线路由器的传输范围均等的设置为T_Rkm，T_R∈{0.6,0.7,0.8,0.9,1}，只有位于彼此传输范围内的两个无线路由器之间才存在可用的双向无线链路。 

在本实施例中，放置在无源光网络前端的无线路由器通过无线链路互连形成无线网状网，为工作光网络单元ONU与备用光网络单元ONU之间的业务传输提供无线备用路径。当工作光网络单元ONU的分支光纤发生故障时，工作光网络单元ONU可将其业务通过无线备用路径转移到其备用光网络单元ONU，备用光网络单元ONU将使用剩余容量承载来自工作光网络单元ONU的业务并上传至光网络单元OLT，从而实现业务恢复。本实施例考虑典型的单分支光纤故障，任意两个工作光网络单元ONU不会同时遭遇连接中断，因此可共享同一个备用光网络单元ONU的剩余容量。对于任意工作光网络单元ONU，如果其业务负载小于等于所有备用光网络单元ONU的剩余容量之和，那么这个工作光网络单元ONU将得到完全保护。 

本实施例中涉及到的已知参数和变量定义如下： 

m：网格单元编号，m∈{1,2,3,…,M×M}。 

l_m：编号为m的网格单元中心点。 

i,j,k：无线路由器编号。 

R_i：编号为i的无线路由器。 

Φ_k：放置无线路由器R_k的候选位置集合。 

T：无线路由器的传输范围。 

无线路由器R_k放置在l_m上的邻居无线路由器集合。 

x,y：ONU编号。 

O_x：编号为x的ONU。 

无线路由器R_i与ONUO_x之间的最短无线路径跳数。 

Ω_x：ONUO_x的备用ONU集合。 

λ_x：ONUO_x的业务负载。 

r_y：ONUO_y的剩余容量。 

O_x未被保护的业务量。 

如果无线路由器R_k放置在l_m上，O_x新增的备用ONU集合。 

如果无线路由器R_k放置在l_m上，O_x新增的所有备用ONU剩余容量之和。 

如果无线路由器R_k放置在l_m上，O_x新增的被保护业务量。 

c_m：无线路由器R_k放置在l_m上的部署成本。 

E^k(l_m)：将无线路由器R_k放置在位置l_m上的成本效率。 

L_i：无线路由器R_i的放置位置。 

d(L_i,l_m)：位置L_i与位置l_m之间的距离。 

根据上述场景设置及参量定义，可将本发明的实施流程描述如图4所示，包括以下步骤： 

步骤1：将3km×3km的方形网络区域划分成M×M个网格单元，其中M∈{6,7,8,9,10}，将网格单元从左至右、从上至下依次编号1，2，3，…，M×M，并以每个网格单元的中心点作为放置无线路由器的可能位置。 

步骤2：初始化每个工作ONU未被保护的业务量初始化每个工作ONU的备用ONU 集合

初始化每个无线路由器到各光网络单元ONU的最短无线路径跳数初始化无线路由器索引号k=1。 

步骤3：遍历网络中所有未放置无线路由器的网格单元中心点，计算出可以放置无线路由器R_k的候选位置集合Φ_k。对于任意候选位置l_m∈Φ_k，计算出R_k放在l_m上得到的每个ONU（如Ox）新增的被保护业务量具体如下： 

步骤3-1：，计算出R_k放置在l_m上的邻居无线路由器集合 

$N_k^m=\left\{R_i\right|d(L_i,l_m)\≤T;i=\mathrm{1,2},...,k-1\}---\left(1\right)$

步骤3-2：对于任意

若存在无线路由器使得

或 

成立，则说明R_k放置在l_m上可以为工作ONUO_x带来一个新的备用ONUO_y，据此计算出O_x的新增备用光网络单元ONU集合

步骤3-3：计算工作ONUO_x新增备用光网络单元ONU的剩余容量之和如下 

${\hat{r}}_x^{k,m}=\underset{y:O_y\∈{\mathrm{\Ψ}}_x^{k,m}}{\mathrm{\Σ}}{r}_y---\left(2\right)$

根据O_x未被保护的业务量

计算O_x新增的被保护业务量

步骤4：计算出R_k放置在候选位置l_m∈Φ_k上得到的整个网络新增的被保护业务量 

$P^{k,m}=\underset{x=1}{\overset{N_O}{\mathrm{\Σ}}}{p}_x^{k,m}---\left(3\right)$

进一步计算出候选位置l_m的成本效率E^k(l_m)＝P^k,m/c_m。 

步骤5：找出成本效率最大的候选位置

作为R_k的最佳放置位置 

$l_{\hat{m}}=\underset{l_m\∈{\mathrm{\Φ}}_k}{\max }\left\{E^k\left(l_m\right)\right\}---\left(4\right)$

步骤6：将无线路由器R_k放置到

上，即

对于任意ONUO_x，更新未被保护业务量

备用光网络单元ONU集合

对于任意ONUO_x和任意无线路由器R_i，更新二者之间的最短无线路径跳数

步骤7：判断是否所有光网络单元ONU均已获得完全保护。如果是，转向步骤8；否则，更新无线路由器索引号k←k+1，返回步骤3，放置新的无线路由器。 

步骤8：输出无线路由器的放置位置及每个工作ONU的备用ONU集合。 

根据上面的实施例，引入四种测试场景：1）不同的光网络单元ONU业务负载；2）不同的光网络单元ONU数量；3）不同的网格数量；4）不同的无线传输范围。按照上述四种测试场景，对本发明提出的FPMC方法与传统的复制光纤方法在网络部署成本方面进行性能比较，并分析不同的无线备用路径跳数限制H对FPMC方法性能的影响。为方便网络部署成本的比较，定义无线路由器的单位部署成本作为网络部署成本的最小单位，并假设每千米光纤的铺设成本为无线路由器单位部署成本的18倍。 

图5为本发明FPMC方法与传统的复制光纤方法在不同光网络单元ONU业务负载场景下的性能比较结果，其中ONU数量N_O＝10，网格数量M＝7，无线传输范围T_R＝0.7。随着ONU业务负载的逐渐增加，每个工作光网络单元ONU要求更多的备用光网络单元ONU，因此需要部署更多的无线路由器来构建更多的无线备用路径，这导致本发明FPMC方法的网络部署成本逐渐增加。尽管如此，FPMC方法始终要求比复制光纤方法更低的网络部署成本，即使当光网络单元ONU业务负载达到[5,16]时，FPMC方法仍然能够节省网络部署成本达63%以上。此外，无线备用路径跳数限制H越大，FPMC方法要求的无线路由器数量越少，其节省网络部署成本的优势越明显。 

图6为本发明FPMC方法与传统的复制光纤方法在不同光网络单元ONU数量场景下的性能比较结果，其中ONU最大负载d_max＝14，网格数量M＝7，无线传输范围T_R＝0.7。随着ONU数量的逐渐增加，复制光纤方法需要铺设更多额外的分支光纤，FPMC方法需要部署更多的无线路由器，因此两种方法的网络部署成本均呈现出逐渐增加的趋势。尽管如此，与传统的复制光纤方法相比，FPMC方法能节省更多的网络部署成本，并且随着光网络单元ONU数量的逐渐增加，其节省成本的优势将表现得更加明显。例如，当光网络单元ONU数量达到16时，FPMC方法在H=3，4，5情况下能节省成本分别达到64.4%，68.3%，71.7%。 

图7为本发明FPMC方法与传统的复制光纤方法在不同网格数量场景下的性能比较结果，其中ONU数量N_O＝10，光网络单元ONU最大负载d_max＝14，无线传输范围T_R＝0.7。因为复制光纤方法未考虑网格数量的影响，其网络部署成本不随网格数量变化。在FPMC方法中，网格数量越多意味着放置每个无线路由器的候选位置就越多，这有利于增加每个无线路由器的成本效率，从而节省无线路由器的部署成本。因此随着网格数量的逐渐增加，FPMC方法的网络部署成本逐渐降低。特别地，当网格数量增加到10×10时，相对比复制光纤的方法，FPMC方法在H=3的情况下能节省网络部署成本达60.9%，并且随着H的逐渐增加，其节省网络部署成本的优势将变得更加明显。 

图8为本发明FPMC方法与传统的复制光纤方法在不同无线传输范围场景下的性能比较结 果，其中ONU数量N_O＝10，光网络单元ONU最大负载d_max＝14，网格数量M＝7。随着无线传输范围的逐渐增大，每个无线路由器将有更多的邻居路由器节点，这有利于减小工作光网络单元ONU与备用光网络单元ONU之间的无线备用路径所需的无线路由器数量。因此，当无线传输范围更大时，FPMC方法能实现更低的网络部署成本。例如，在无线备用路径跳数限制H=3的情况下，当无线传输范围从0.6km增加到1km时，本发明FPMC方法的网络部署成本降低34.4%。 

综上所述，本发明提出的FPMC方法在满足无线备用路径跳数限制及业务量完全保护等约束下，能实现比传统的复制光纤方法更低的网络部署成本。尤其是在大规模可抗毁无源光网络规划中（即更多的光网络单元ONU数量），FPMC方法节省网络部署成本的优势将表现的更加明显。 

Claims (4)

1.基于光纤-无线融合的可抗毁无源光网络规划方法，其特征是：

通过为每个光网络单元ONU配置无线功能模块并在网络前端部署无线路由器形成无线网状网，每个工作光网络单元ONU将被分配一个或多个备用光网络单元ONU；当一条分支光纤发生故障时，连接中断的工作光网络单元ONU可将其业务通过前端的无线备用路径转移到其备用光网络单元ONU；然后，备用光网络单元ONU将使用剩余容量承载来自工作光网络单元ONU的业务并上传给光线路终端OLT；在满足无线备用路径跳数限制及业务量完全保护的条件下，最小化无线路由器部署成本；具体步骤如下：

步骤1：将整个网络区域划分成M×M个网格单元，并以每个网格单元的中心作为放置无线路由器的可能位置；

步骤2：设R_k表示当前将要放置的一个无线路由器，所有未放置无线路由器的网格单元均可作为无线路由器R_k的候选位置；在满足无线备用路径跳数限制的情况下，计算出R_k放在每个候选位置上得到的每个工作光网络单元ONU新增的备用光网络单元ONU集合，并进一步计算出每个光网络单元ONU新增的被保护业务量；

步骤3：计算出整个网络新增的被保护业务量；根据每个候选位置上无线路由器R_k的部署成本，进一步计算出每个候选位置放置无线路由器的成本效率，即新增的被保护业务量与无线路由器部署成本的比值；

步骤4：找出成本效率最大的候选位置作为无线路由器R_k的最佳放置位置；更新网络中每个无线路由器节点和光网络单元ONU节点之间的最小无线跳数；更新每个光网络单元ONU已获得保护的业务量；

步骤5：判断是否网络中所有光网络单元ONU均已获得完全保护；如果是，转向步骤6，否则，返回步骤2，放置新的无线路由器；

步骤6：输出每个无线路由器的放置位置以及每个光网络单元ONU的备用光网络单元ONU集合。

2.根据权利要求1所述的基于光纤-无线融合的可抗毁无源光网络规划方法，其特征是：所述的步骤1中将整个网络区域划分成M×M个网格单元如下：

在3km×3km的方形区域内设置一个无源光网络，整个网络区域被划分成M×M个网格单元，其中M∈{6,7,8,9,10}，每个网格单元中心点上无线路由器的部署成本在[1,4]之间随机生成；随机选择OLT与光分路器的放置位置，且二者之间的主干光纤长度小于1.8km；N_O个光网络单元ONU按照均匀分布放置在网络中，N_O∈{8,10,12,14,16}，且每个光网络单元ONU与光分路器之间的分支光纤长度不超过1km。所有光网络单元ONU被分配相同的20个单位容量，每个光网络单元ONU的业务负载在[5,d_max]之间随机生成，d_max∈{8,10,12,14,16}；为每个光网络单元ONU配置无线功能模块，作为前端无线网络与后端无源光网络的接口设备；所有无线路由器的传输范围均等的设置为T_Rkm，T_R∈{0.6,0.7,0.8,0.9,1}，只有位于彼此传输范围内的两个无线路由器之间才存在可用的双向无线链路；

放置在无源光网络前端的无线路由器通过无线链路互连形成无线网状网，为工作光网络单元ONU与备用光网络单元ONU之间的业务传输提供无线备用路径；当工作光网络单元ONU的分支光纤发生故障时，工作光网络单元ONU可将其业务通过无线备用路径转移到其备用光网络单元ONU，备用光网络单元ONU将使用剩余容量承载来自工作光网络单元ONU的业务并上传至OLT，从而实现业务恢复。

3.根据权利要求2所述的基于光纤-无线融合的可抗毁无源光网络规划方法，其特征是：所述的M×M个网格单元参数和变量如下：

m：网格单元编号，m∈{1,2,3,…,M×M}；

l_m：编号为m的网格单元中心点；

i,j,k：无线路由器编号；

R_i：编号为i的无线路由器；

Φ_k：放置无线路由器R_k的候选位置集合；

T：无线路由器的传输范围；

无线路由器R_k放置在l_m上的邻居无线路由器集合；

x,y：ONU编号；

O_x：编号为x的ONU；

无线路由器R_i与ONUO_x之间的最短无线路径跳数；

Ω_x：ONUO_x的备用光网络单元ONU集合；

λ_x：ONUO_x的业务负载；

r_y：ONUO_y的剩余容量；

O_x未被保护的业务量；

如果无线路由器R_k放置在l_m上，O_x新增的备用ONU集合；

如果无线路由器R_k放置在l_m上，O_x新增的所有备用ONU剩余容量之和；

如果无线路由器R_k放置在l_m上，O_x新增的被保护业务量；

c_m：无线路由器R_k放置在l_m上的部署成本；

E^k(l_m)：将无线路由器R_k放置在位置l_m上的成本效率；

L_i：无线路由器R_i的放置位置；

d(L_i,l_m)：位置L_i与位置l_m之间的距离。

4.根据权利要求2和3所述的基于光纤-无线融合的可抗毁无源光网络规划方法，其特征是：所述的场景设置及参数和变量的实现，包括以下步骤：

步骤1：将3km×3km的方形网络区域划分成M×M个网格单元，其中M∈{6,7,8,9,10}，将网格单元从左至右、从上至下依次编号1，2，3，…，M×M，并以每个网格单元的中心点作为放置无线路由器的可能位置；

步骤2：初始化每个工作光网络单元ONU未被保护的业务量

初始化每个工作光网络单元ONU的备用光网络单元ONU集合

初始化每个无线路由器到各光网络单元ONU的最短无线路径跳数

初始化无线路由器索引号k=1；

步骤3：遍历网络中所有未放置无线路由器的网格单元中心点，计算出可以放置无线路由器R_k的候选位置集合Φ_k；对于任意候选位置l_m∈Φ_k，计算出R_k放在l_m上得到的每个光网络单元ONU（如O_x）新增的被保护业务量

具体如下：

步骤3-1：，计算出R_k放置在l_m上的邻居无线路由器集合：

$N_k^m=\left\{R_i\right|d(L_i,l_m)\≤T;i=\mathrm{1,2},...,k-1\}---\left(1\right);$

步骤3-2：对于任意

若存在无线路由器

使得

或

成立，则说明R_k放置在l_m上可以为工作ONUO_x带来一个新的备用ONUO_y，据此计算出O_x的新增备用光网络单元ONU集合

步骤3-3：计算工作ONUO_x新增备用光网络单元ONU的剩余容量之和如下：

${\hat{r}}_x^{k,m}=\underset{y:O_y\∈{\mathrm{\Ψ}}_x^{k,m}}{\mathrm{\Σ}}{r}_y---\left(2\right);$ 根据O_x未被保护的业务量

计算O_x新增的被保护业务量

步骤4：计算出R_k放置在候选位置l_m∈Φ_k上得到的整个网络新增的被保护业务量：

$P^{k,m}=\underset{x=1}{\overset{N_O}{\mathrm{\Σ}}}{p}_x^{k,m}---\left(3\right);$ 进一步计算出候选位置l_m的成本效率E^k(l_m)＝P^k,m/c_m；

步骤5：找出成本效率最大的候选位置

作为R_k的最佳放置位置：

$l_{\hat{m}}=\underset{l_m\∈{\mathrm{\Φ}}_k}{\max }\left\{E^k\left(l_m\right)\right\}---\left(4\right);$

步骤6：将无线路由器R_k放置到

上，即

对于任意ONUO_x，更新未被保护业务量

备用光网络单元ONU集合

对于任意ONUO_x和任意无线路由器R_i，更新二者之间的最短无线路径跳数

步骤7：判断是否所有光网络单元ONU均已获得完全保护；如果是，转向步骤8；否则，更新无线路由器索引号k←k+1，返回步骤3，放置新的无线路由器；

步骤8：输出无线路由器的放置位置及每个工作光网络单元ONU的备用光网络单元ONU集合。

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