CN110519798A - 一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法，本发明将无线节点以光网络单元ONU为中心进行基于负载均衡的区域划分，并在区域内采用面向业务优先级的路由规划方法，实现了网络的负载均衡和业务Qos的保障；通过区域负载量与阈值的比较，将低负载区域内的光网络单元ONU和无线节点协同休眠，同时将原休眠区域内受影响的业务进行负载转移，相对于大多只进行ONU休眠的机制，具有更好的节能效果。本发明将休眠区域受影响的业务进行负载转移，并基于业务优先级完成重路由，在节能的同时保障了业务的服务质量。

Description

一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法

技术领域

本发明涉及电力通信领域，更具体地，涉及一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法。

背景技术

配用电通信网是电力通信网中骨干传输网与用户本地网之间的重要连接，其上承载着电力调度、智能抄表、配网保护等业务。随着电网规模不断扩大，配用电通信网络上承载业务的数量与种类越来越多，致使传统的单一组网结构无法满足异构业务端到端、差异化的传输质量的要求。光纤无线宽带接入网络既具备光网络高带宽、低损耗的优势，又具备无线网络可移动、灵活性高的特点，解决了光纤网络覆盖不足和无线网络带宽受限的问题，为异构配用电通信业务端到端、高质量传输提供架构支持。同时，随着接入网规模逐渐扩大，网络的能耗也在快速增长，调查显示接入网的能耗约占整个通信网络能耗的70％。因此，在温室效应、能源危机等全球性问题突出的今天，光纤无线融合网络作为下一代宽带接入网的重要解决方案之一，如何在节能的基础上完成网络资源分配已经成为重要的研究方向。

为了解现有技术的发展状况，对已有的论文和专利进行了检索、比较和分析，筛选出如下相关度比较高的技术信息：

技术方案1：专利号为CN104159314A的《异构网络的分布式节能资源分配方法》专利，涉及一种异构网络的分布式节能资源分配方法，该方法包括以下步骤：小区内的家庭基站根据其所有用户的受干扰情况得到相应的相邻干扰列表；小区内的家庭基站根据新的效用函数得到初步子信道分配；小区内的家庭基站基于各自的相邻干扰列表对确定的初步子信道分配进行协作子信道分配；小区内的家庭基站在确定子信道分配后根据新的效用函数进行功率分配，宏基站在每个子信道上进行非均匀定价。

技术方案2：专利号为CN105407060A的《基于异构无线网络的多路存取多单元分布式资源分配方法》专利涉及一种基于异构无线网络的多路存取多单元分布式资源分配方法，该方法首先收集所设定区域内所有资源物理上限，然后确定所设定区域内所有单元节点数和用户数，最后利用遗传文化社会认知方法来对异构无线网络中资源进行分配。

技术方案3：专利号为CN103546949A的《一种基于休眠节能机制的接入网带宽调度方法》专利，涉及一种基于休眠节能机制的接入网带宽调度方法，针对系统总业务带宽无法完全满足三种类型业务请求的总带宽的情况，优先完全满足EF业务，再将剩余总带宽分配给AF业务和BE业务，对于AF业务和BE业务的ONU带宽分配，通过ONU带宽请求计算得到每个ONU的休眠效益因子，再计算得到每个ONU在不同剩余带宽时的休眠效益值，在进行ONU带宽分配时，通过比较给ONU分配带宽和不给ONU分配带宽的休眠效益值来判断是否给该ONU分配带宽，从而得到最佳休眠效益。在进行剩余总带宽分配时，还可通过设置优先级平衡因子来保证QoS，从而提高系统综合性能。

其中，技术方案1采用一种异构网络的分布式节能资源分配方法，其特征在于：各个家庭基站之间利用各自的相邻干扰列表进行协作子信道分配，完成子信道分配后的家庭基站再根据该效用函数进行最优功率分配。该方法可以有效地降低家庭基站之间的同层干扰，有效保证每个子信道上宏用户的QoS要求，从而有效降低了家庭基站对宏用户的跨层干扰。但此方法没有考虑无线路由器的能效问题，不能满足当今通信业务的节能需求。

而技术方案2采用一种基于异构无线网络的多路存取多单元分布式资源分配方法，其特征在于：异构网络基于社会遗传认知方法进行虚拟资源分配，满足异构网络最优资源分配要求；拥有学习机制，可以多次迭代进行求解，从而实现资源最优分配。该资源分配方法高效、可靠，可以显著提高资源利用率以及分配方案的合理性。但此方法的缺点是没有对业务进行Qos需求的区分，不能满足配用电通信业务差异化的业务需求。

技术方案3采用一种基于休眠节能机制的接入网带宽调度方法，其特征在于：该方法优先满足EF业务，先对EF业务分配带宽，然后根据休眠效益因子给AF、BE业务进行带宽分配，最后向各个ONU广播带宽分配结果。此方法保障了高优先级业务的传输且完全采用软控制的方式来达到节能效果，没有增加硬件成本。但此类方法仅适用于通过ONU休眠实现节能的光网络场景，不适用于将光网络与无线网络结合的光纤无线融合网络场景，即无法实现无线网络中器件的休眠，达不到很好的节能效果。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法。本发明将无线节点以光网络单元ONU为中心进行基于负载均衡的区域划分，实现网络负载均衡和业务QoS保障；通过区域负载量与阈值的比较，将低负载区域内的光网络单元ONU和无线节点协同休眠，同时将原休眠区域内受影响的业务进行负载转移，并依据优先级重新进行路由，在最大化降低网络能耗的基础上，保障高优先级业务的服务质量。

本发明的技术方案如下：

一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法，包括以下步骤：

步骤S1：建立光纤无线融合网络；

步骤S2：对光纤无线融合网络的无线节点进行区域划分；

步骤S3：基于区域划分的结果，根据负载均衡以及业务优先级对光纤无线融合网络中不同类型的业务以及多等级业务进行路由规划；

步骤S4：在业务路由规划的基础上，对光纤无线融合网络中业务负载低于阈值的节点进行休眠，并对业务资源进行重新分配；

步骤S5：计算无线光纤网络中休眠节点的能耗、工作节点的能耗以及业务转发能耗，建立能耗模型，并基于能耗模型进一步建立网络服务收益模型，计算运营商的网络服务收益。

优选的，步骤S1的具体步骤如下：

光纤无线融合网络采用"树形-网状"的拓扑结构，由后端的树形拓扑EPON网络和前端的无线网状网WMN组成，EPON网络包括光线路终端OLT、无源光网络网关节点ONU以及无线Mesh接入点MAP；

EPON网络中的OLT上行通过光纤连接互联网，下行通过光纤连接光分路器，光分路器再通过多条光纤与无源光网络网关节点ONU连接，无源光网络网关节点ONU作为光接入部分与无线接入部分的接口，其通过无线网状网WMN中的无线链路与MAP进行数据传输，MAP作为接入网络的末端，通过空中接口与多个无线终端STA相连接；

将光纤无线融合网络表示为一个有权无向图G^S＝(N^S,L^S)，其中N^S是网络节点的集合，N是物理网络节点的数目，对于每一个节点存在CPU计算能力和地理位置其中，L^s为网络的链路集合，为一条连接物理节点和之间的路经，由多条串联而成的物理链路组成，其带宽大小为两节点之间所有物理链路带宽的最小值

优选的，所述的光纤无线融合网络在进行业务路由时，存在如下两种约束条件：

(1)CPU计算能力限制

在光纤无线融合网络中进行业务路由时，每个节点剩余CPU计算能力应当大于业务的CPU计算需求，该约束条件用公式(1)表示：

其中，SR_cpu表示业务请求的CPU计算需求，表示节点的初始CPU计算能力，表示节点目前剩余的CPU计算能力；

(2)链路带宽约束

在业务路由时，传输路径的所有链路中最小链路带宽应当大于业务需求带宽，该约束条件用公式(2)表示：

其中，SR_band表示业务请求的带宽需求，表示链路的初始带宽，表示链路已使用的带宽。

优选的，步骤S2中的具体步骤如下：

无线终端STA产生业务请求后，数据流上行到OLT的过程可以表示为(11)。首先在无线域，STA选择最近的MAP节点作为源节点；而中间源节点MAP通过无线多跳到网关ONU需要进行路由分配；最后在光域的EPON网络中，ONU到OLT只有唯一的树形通路，采用时分复用方式进行业务传输。

为了在网络低负载时候，可让处于闲置状态下的ONU及无线节点MAP进行协同休眠以降低网络能耗，本发明首先提出了为每个MAP指定一个默认ONU网关的区域划分策略。区域划分基于最短路径与负载均衡，业务在所属区域内传输能够保证业务传输效率和减少网络拥塞，同时也便于后续ONU和MAP协同区域休眠。进而，在区域内进行基于QoS感知的多等级业务端到端路由分配，保障业务服务质量。

假设整个网络内任意ONU_i的总个数为N_ONU,i∈{1,2,...,N_ONU}，任意MAP_j的总个数为M_MAP,j∈{1,2,...,M_MAP}，假设MAP_j和ONU_i的划分关系表示为MAP_ji，若MAP_ji＝1，表示MAP_j在以ONU_i为中心的区域内；如果MAP_ji＝0则表示二者不在同一区域；初始化网络区域划分需要将无线节点MAP无重叠、无遗漏划分在以一个ONU为中心的区域内，用公式(12)表示：

同时，网络区域划分的另一个约束条件为MAP多跳到达本区域的ONU不超过设定的跳数，用公式(13)表示：

Hops_ji(Hops fromMAP_jto ONU_i)<Hops_lim (13)

考虑负载均衡，由于业务源STA默认选择最近的MAP节点来传输，因此初始区域内MAP节点数量的分布基本代表了负载的分布，代表第i个ONU服务的MAP数目，每个ONU服务的平均MAP数目用公式(14)进行计算：

为了每个区域内MAP数量基于与平均数量相同，采取以下步骤：

步骤S201：初始将每个MAP节点划分到距离最近的ONU区域；

步骤S202：将区域内MAP数量超过平均数的ONU区域进行部分MAP节点转移；

步骤S203：被转移的MAP节点选择为原区域内距离ONU最远的节点；

步骤S204：MAP到达新转移的区域要求为跳数在限定内，且区域内MAP节点数小于平均数。

优选的，步骤S3中对不同类型的业务进行路由规划对的具体步骤如下：

智能配用电通信网通信网中具有典型特征的3种不同的业务类型，即EF、AF以及BE等级的业务；其中，EF为远程控制和保护类，AF为流媒体视频，视频监控类；BE为智能电表抄表类；

对应于每一个业务，一个业务请求用一个五元组来表示：

SR(SR_cpu,SR_band,SR_delay,r_H,b_H,t_L),

其中，SR_cpu,SR_band,SR_delay分别为所承载业务的CPU需求、带宽需求、最大可容忍时延，通过与对应业务需求参数阈值比较，判断该SR是否为高可靠性要求、是否为高带宽要求、是否为低时延要求，分别用r_H、b_H、t_L表示，若是则为1，否则为0；因此，用五元组表示，得到三类业务的参数如下：

EF类业务：r_H＝1，b_H＝0,t_L＝1；

AF业务r_H＝0，b_H＝1，t_L＝1；

BE业务r_H＝1，b_H＝0，t_L＝0；

将业务优先级的计算公式定义如(15)所示，按照优先级从高到低进行业务路由，以便获取网络服务的最大化收益；

QoS(SR)＝r_Ht_L+(1-r_Ht_L)(P_C*SR_cpu+P_B*SR_band+P_D*SR_delay) (15)

其中r_Ht_L表示该业务是否是EF类业务，若r_Ht_L＝1，则为EF类业务，且优先级最高,其QoS(SR)＝1；如果r_Ht_L＝0，则非EF类业务，按照业务的各项参数进行优先级计算，P_cpu、P_B、P_delay分别是CPU计算能力、链路带宽、SR请求时延的权重因子，计算所得的范围为0＜QoS(SR)＜1；在业务传输过程中，在每个网络区域内，按照QoS(SR)值从大到小的顺序进行负载的路由规划。

优选的，步骤S3中对多等级业务进行路由规划对的具体步骤如下：

假设一个具体的业务源地址S到目的地址D之间有X种路径组合，则定义S到D之间每条路径的权重为W_x(1＜x＜X)，首先，对于任一可选路径，需要满足业务的链路带宽约束和时延约束的要求，然后，在可选路径中选择具有最大权重W_x的路径来进行业务传输；

(1)带宽约束：

假设第x条路径中包含Y条链路，即该路径包含Y跳，第y(1＜y＜Y)条链路额定容量为BW_xy，链路负载为LD_xy，则整条路径x中链路额定容量与负载之差的最小值为路径x的剩余带宽BL_x用公式(16)表示：

BL_x＝min(BW_xy-LD_xy),y＝1,...Y (16)

从源节点到目的节点之间的每条链路剩余带宽均要大于业务请求所需带宽SR_band，用公式(17)表示：

BL_x≥SR_band (17)

(2)时延约束：

时延约束表示从源节点到目的节点之间的路径上所有链路总时延小于当前业务请求的时延要求，用(18)表示：

其中，d_xy表示第x条路径中第y条链路的一跳时延，SR_delay表示业务请求的时延要求；

在所有满足带宽和时延要求的多条候选路径中，为保证业务的服务质量，结合链路的时延、剩余带宽、丢包率等多个因素计算路径权重，权重越大表示该条路径被选择的概率就越大，路径权重计算公式表示为(19)：

其中，LR_xy、d_xy分别表示第x条路径中第y条链路的丢包率和时延，BL_x表示第x条路径的最小剩余带宽，对于远程实时控制等EF类业务，路径权重计算以丢包率和时延为参数优选路径；对于视频流等AF类业务,路径权重计算以带宽和时延为参数优选路径；对于智能抄表等BE类业务,路径权重计算以丢包率为参数优选路径，从而实现区分业务QoS的路径选择。

优选的，步骤S4的具体步骤如下：

首先设定各个ONU区域一个周期T_cy内的负载低阈值LT和负载高阈值HT，LT和HT的取值根据网络状态进行调整，活跃的网络区域负载总量B_i必须在LT和HT之间，如公式(20)所示：

若区域负载总量超过阈值时，分为以下两种情况：

网络区域负载总量B_i＜LT以及网络区域负载总量Bi>LT；

当网络区域负载总量Bi低于LT，则将本网络区域的负载和关键MAP节点进行区域重新划分，使本网络区域ONU和MAP节点休眠，为保障负载转移时无线路由的连通性，对本网络区域的业务源节点MAP和主要中继节点MAP进行区域的重新选择，重新选择的条件为：

1、新目标ONU区域加上此业务源节点的负载仍然在规定的阈值范围内，如(21)所示；

LT＜B_k+B_m＜HT (21)

其中，B_k为新区域的当前负载，B_m为需重新划分区域的MAP_m节点的负载；

2、业务源节点的新目标区域选取综合考虑区域负载容量和业务源节点到新ONU-MPP_k网关的距离，定义权值G_k作为选择的依据，如(22)所示：

G_k＝(C_g-B_k)/L_m,k (22)

其中C_g为新ONU-MPP_k区域额定容量，B_k为其当前负载，L_m,k为节点m到网关ONU-MPP_k的最短路径，在所有满足负载容量约束的新网络区域中，选择最大G_k所在的ONU区域作为负载和业务源节点的新区域，网络区域重构之后，将原网络区域的ONU和剩余MAP节点休眠；

当一个网络区域的负载总量高于网关负载高阈值HT时，将部分业务源节点进行区域重新划分，业务源节点的区域重新选择有限考虑其他正在活跃的网络区域，以增加休眠区域的休眠时间从而提高节能效率，与网络区域负载总量B_i<LT的情况相同，依据公式(21)、(22)进行部分节点重新选择目标转移网络区域，若活跃网络区域都无法满足业务源节点的转移需求，则唤醒已休眠的网络区域作为转移的网络区域目标；

在完成光纤无线融合网络区域的休眠/活跃转换过程，并为部分受影响的配用电通信业务负载重新划分新区域后，需要进一步完成转移的负载在新区域内的端到端路由重新分配，即负载重路由；

在对转移负载分配路由时，如果当前网络的剩余资源可以满足则直接进行路由；若不满足，判断当前路由的业务级别，若重路由的SR请求QoS(SR)＝1，即当前业务为保护类业务，则需要释放当前网络区域内已成功路由的低优先级SR占用的资源来保障该业务的及时传输，释放方式根据已路由成功的SR的QoS(SR)值升序排序，选择QoS(SR)值最低的SR进行释放；若依旧不能路由，则释放下一个SR，直到重路由成功。

优选的，步骤S5的具体步骤如下：

光纤无线融合网络的能耗由两部分组成，一部分是ONU和无线节点的设备启闭能耗；另一部分是业务转发能耗，将能耗的计算周期定为OLT的一次轮询周期；

为计算光纤无线融合网络的设备启闭能耗，需分别计算ONU及无线节点MAP在OLT一次轮询周期T_cy内的设备启闭能耗，对于ONU，假设网络中ONU个数为N，激活状态的个数为n，则T_cy时间内ONU能耗如公式(3)所示，式中E_sl、E_ac分别表示处于休眠、激活状态的ONU能耗；

对于无线节点MAP，假设网络中其总个数为N^w，激活状态下的功耗为休眠状态下的功耗为任意因为ONU休眠而休眠的无线节点MAP个数分别为N₁,N₂,...,N_N-1,N_N；则T_cy时间内前端无线节点总能耗由工作状态及休眠状态的无线节点能耗相加所得，如公式(4)所示：

在光纤无线融合网络中，业务转发能耗主要集中在无线多跳部分，假设在OLT一个轮询周期T_cy内，网络传输了M个业务，每个业务带宽为B(SR_x),x∈{1,2,...,M}，每个业务转发的距离为d(SR_x),则一个轮询周期内的转发能耗用公式(5)-(7)表示：

其中，E_send，E_receive是电路发送数据包或接收数据包所消耗的能量；ε_fs与ε_mp分别为自由空间与多径衰落信号放大系数，d₀是一个常数；

综上，在OLT的一个轮询周期内，整个网络能耗表示为公式(8)：

则在一个轮询周期内，接受M个智能配用电通信业务请求给网络基础设施提供商带来的收益用公式(9)表示：

其中，T(SR)_k代表业务持续时间，代表业务请求SR_x的带宽需求，代表业务请求的CPU计算能力需求，p_cpu和p_B分别代表调节CPU计算能力、带宽权重的参数；

目标函数为最大化网络服务提供商的利润，用公式表示为(10)：

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明将无线节点以光网络单元ONU为中心进行基于负载均衡的区域划分，并在区域内采用面向业务优先级的路由规划方法，实现了网络的负载均衡和业务Qos的保障；通过区域负载量与阈值的比较，将低负载区域内的光网络单元ONU和无线节点协同休眠，同时将原休眠区域内受影响的业务进行负载转移，相对于大多只进行ONU休眠的机制，具有更好的节能效果。本发明将休眠区域受影响的业务进行负载转移，并基于业务优先级完成重路由，在节能的同时保障了业务的服务质量。

附图说明

图1为光纤无线融合网络的架构图。

图2为基于负载均衡的初始化网络区域划分。

图3为光纤无线融合网络业务路由规划流程图。

图4为区域资源重分配示意图。

图5为区域资源重分配机制流程图。

图6为本发明方法的光纤无线融合网络的总能耗。

图7为本发明的方法在满足业务时延要求情况下的传输成功率。

图8为本发明方法的业务传输总收益情况。

图9为本发明方法的链路带宽利用率。

图10为本发明方法的链路剩余带宽方差。

图11为本发明的方法在光纤无线融合网络中传输业务的平均时延。

图12为本发明的方法在光纤无线融合网络中传输业务的高优先级业务的传输时延。

图13为本发明的方法流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1-图5、图13所示，一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法，包括以下步骤：

步骤S1：建立光纤无线融合网络；

步骤S2：对光纤无线融合网络的无线节点进行区域划分；

步骤S3：基于区域划分的结果，根据负载均衡以及业务优先级对光纤无线融合网络中不同类型的业务以及多等级业务进行路由规划；

步骤S4：在业务路由规划的基础上，对光纤无线融合网络中业务负载低于阈值的节点进行休眠，并对业务资源进行重新分配；

步骤S5：计算无线光纤网络中休眠节点的能耗、工作节点的能耗以及业务转发能耗，建立能耗模型，并基于能耗模型进一步建立网络服务收益模型，计算运营商的网络服务收益。

优选的，步骤S1的具体步骤如下：

如图1所示，光纤无线融合网络采用"树形-网状"的拓扑结构，由后端的树形拓扑EPON网络和前端的无线网状网WMN组成，EPON网络包括光线路终端OLT、无源光网络网关节点ONU以及无线Mesh接入点MAP；

EPON网络中的OLT上行通过光纤连接互联网，下行通过光纤连接光分路器，光分路器再通过多条光纤与无源光网络网关节点ONU连接，无源光网络网关节点ONU作为光接入部分与无线接入部分的接口，其通过无线网状网WMN中的无线链路与MAP进行数据传输，MAP作为接入网络的末端，通过空中接口与多个无线终端STA相连接；

将光纤无线融合网络表示为一个有权无向图G^S＝(N^S,L^S)，其中N^S是网络节点的集合，N是物理网络节点的数目，对于每一个节点存在CPU计算能力和地理位置其中，L^s为网络的链路集合，为一条连接物理节点和之间的路经，由多条串联而成的物理链路组成，其带宽大小为两节点之间所有物理链路带宽的最小值

优选的，所述的光纤无线融合网络在进行业务路由时，存在如下两种约束条件：

(1)CPU计算能力限制

在光纤无线融合网络中进行业务路由时，每个节点剩余CPU计算能力应当大于业务的CPU计算需求，该约束条件用公式(1)表示：

其中，SR_cpu表示业务请求的CPU计算需求，表示节点的初始CPU计算能力，表示节点目前剩余的CPU计算能力；

(2)链路带宽约束

在业务路由时，传输路径的所有链路中最小链路带宽应当大于业务需求带宽，该约束条件用公式(2)表示：

其中，SR_band表示业务请求的带宽需求，表示链路的初始带宽，表示链路已使用的带宽。

优选的，如图2所示，步骤S2中的具体步骤如下：

假设整个网络内任意ONU_i的总个数为N_ONU,i∈{1,2,...,N_ONU}，任意MAP_j的总个数为M_MAP,j∈{1,2,...,M_MAP}，假设MAP_j和ONU_i的划分关系表示为MAP_ji，若MAP_ji＝1，表示MAP_j在以ONU_i为中心的区域内；如果MAP_ji＝0则表示二者不在同一区域；初始化网络区域划分需要将无线节点MAP无重叠、无遗漏划分在以一个ONU为中心的区域内，用公式(12)表示：

同时，网络区域划分的另一个约束条件为MAP多跳到达本区域的ONU不超过设定的跳数，用公式(13)表示：

Hops_ji(Hops fromMAP_jto ONU_i)<Hops_lim (13)

考虑负载均衡，由于业务源STA默认选择最近的MAP节点来传输，因此初始区域内MAP节点数量的分布基本代表了负载的分布，S_ONUi代表第i个ONU服务的MAP数目，每个ONU服务的平均MAP数目用公式(14)进行计算：

为了每个区域内MAP数量基于与平均数量相同，采取以下步骤：

步骤S201：初始将每个MAP节点划分到距离最近的ONU区域；

步骤S202：将区域内MAP数量超过平均数的ONU区域进行部分MAP节点转移；

步骤S203：被转移的MAP节点选择为原区域内距离ONU最远的节点；

步骤S204：MAP到达新转移的区域要求为跳数在限定内，且区域内MAP节点数小于平均数。

优选的，步骤S3中对不同类型的业务进行路由规划对的具体步骤如下：

智能配用电通信网通信网中具有典型特征的3种不同的业务类型，即EF、AF以及BE等级的业务；其中，EF为远程控制和保护类，AF为流媒体视频，视频监控类；BE为智能电表抄表类；

对应于每一个业务，一个业务请求用一个五元组来表示：

SR(SR_cpu,SR_band,SR_delay,r_H,b_H,t_L),

其中，SR_cpu,SR_band,SR_delay分别为所承载业务的CPU需求、带宽需求、最大可容忍时延，通过与对应业务需求参数阈值比较，判断该SR是否为高可靠性要求、是否为高带宽要求、是否为低时延要求，分别用r_H、b_H、t_L表示，若是则为1，否则为0；因此，用五元组表示，得到三类业务的参数如下：

EF类业务：r_H＝1，b_H＝0,t_L＝1；

AF业务r_H＝0，b_H＝1，t_L＝1；

BE业务r_H＝1，b_H＝0，t_L＝0；

将业务优先级的计算公式定义如(15)所示，按照优先级从高到低进行业务路由，以便获取网络服务的最大化收益；

QoS(SR)＝r_Ht_L+(1-r_Ht_L)(P_C*SR_cpu+P_B*SR_band+P_D*SR_delay) (15)

其中r_Ht_L表示该业务是否是EF类业务，若r_Ht_L＝1，则为EF类业务，且优先级最高,其QoS(SR)＝1；如果r_Ht_L＝0，则非EF类业务，按照业务的各项参数进行优先级计算，P_cpu、P_B、P_delay分别是CPU计算能力、链路带宽、SR请求时延的权重因子，计算所得的范围为0＜QoS(SR)＜1；在业务传输过程中，在每个网络区域内，按照QoS(SR)值从大到小的顺序进行负载的路由规划。

优选的，步骤S3中对多等级业务进行路由规划对的具体步骤如下：

假设一个具体的业务源地址S到目的地址D之间有X种路径组合，则定义S到D之间每条路径的权重为W_x(1＜x＜X)，首先，对于任一可选路径，需要满足业务的链路带宽约束和时延约束的要求，然后，在可选路径中选择具有最大权重W_x的路径来进行业务传输；

(1)带宽约束：

假设第x条路径中包含Y条链路，即该路径包含Y跳，第y(1＜y＜Y)条链路额定容量为BW_xy，链路负载为LD_xy，则整条路径x中链路额定容量与负载之差的最小值为路径x的剩余带宽BL_x用公式(16)表示：

BL_x＝min(BW_xy-LD_xy),y＝1,...Y (16)

从源节点到目的节点之间的每条链路剩余带宽均要大于业务请求所需带宽SR_band，用公式(17)表示：

BL_x≥SR_band (17)

(2)时延约束：

时延约束表示从源节点到目的节点之间的路径上所有链路总时延小于当前业务请求的时延要求，用(18)表示：

其中，d_xy表示第x条路径中第y条链路的一跳时延，SR_delay表示业务请求的时延要求；

在所有满足带宽和时延要求的多条候选路径中，为保证业务的服务质量，结合链路的时延、剩余带宽、丢包率等多个因素计算路径权重，权重越大表示该条路径被选择的概率就越大，路径权重计算公式表示为(19)：

其中，LR_xy、d_xy分别表示第x条路径中第y条链路的丢包率和时延，BL_x表示第x条路径的最小剩余带宽，对于远程实时控制等EF类业务，路径权重计算以丢包率和时延为参数优选路径；对于视频流等AF类业务,路径权重计算以带宽和时延为参数优选路径；对于智能抄表等BE类业务,路径权重计算以丢包率为参数优选路径，从而实现区分业务QoS的路径选择。

步骤S3的具体流程如图3所示。

优选的，如图4、图5所示，步骤S4的具体步骤如下：

首先设定各个ONU区域一个周期T_cy内的负载低阈值LT和负载高阈值HT，LT和HT的取值根据网络状态进行调整，活跃的网络区域负载总量B_i必须在LT和HT之间，如公式(20)所示：

若区域负载总量超过阈值时，分为以下两种情况：

网络区域负载总量B_i＜LT以及网络区域负载总量Bi>LT；

当网络区域负载总量Bi低于LT，则将本网络区域的负载和关键MAP节点进行区域重新划分，使本网络区域ONU和MAP节点休眠，为保障负载转移时无线路由的连通性，对本网络区域的业务源节点MAP和主要中继节点MAP进行区域的重新选择，重新选择的条件为：

1、新目标ONU区域加上此业务源节点的负载仍然在规定的阈值范围内，如(21)所示；

LT＜B_k+B_m＜HT (21)

其中，B_k为新区域的当前负载，B_m为需重新划分区域的MAP_m节点的负载；

2、业务源节点的新目标区域选取综合考虑区域负载容量和业务源节点到新ONU-MPP_k网关的距离，定义权值G_k作为选择的依据，如(22)所示：

G_k＝(C_g-B_k)/L_m,k (22)

其中C_g为新ONU-MPP_k区域额定容量，B_k为其当前负载，L_m,k为节点m到网关ONU-MPP_k的最短路径，在所有满足负载容量约束的新网络区域中，选择最大G_k所在的ONU区域作为负载和业务源节点的新区域，网络区域重构之后，将原网络区域的ONU和剩余MAP节点休眠；

当一个网络区域的负载总量高于网关负载高阈值HT时，将部分业务源节点进行区域重新划分，业务源节点的区域重新选择有限考虑其他正在活跃的网络区域，以增加休眠区域的休眠时间从而提高节能效率，与网络区域负载总量B_i<LT的情况相同，依据公式(21)、(22)进行部分节点重新选择目标转移网络区域，若活跃网络区域都无法满足业务源节点的转移需求，则唤醒已休眠的网络区域作为转移的网络区域目标；

在完成光纤无线融合网络区域的休眠/活跃转换过程，并为部分受影响的配用电通信业务负载重新划分新区域后，需要进一步完成转移的负载在新区域内的端到端路由重新分配，即负载重路由；

在对转移负载分配路由时，如果当前网络的剩余资源可以满足则直接进行路由；若不满足，判断当前路由的业务级别，若重路由的SR请求QoS(SR)＝1，即当前业务为保护类业务，则需要释放当前网络区域内已成功路由的低优先级SR占用的资源来保障该业务的及时传输，释放方式根据已路由成功的SR的QoS(SR)值升序排序，选择QoS(SR)值最低的SR进行释放；若依旧不能路由，则释放下一个SR，直到重路由成功。

优选的，步骤S5的具体步骤如下：

光纤无线融合网络的能耗由两部分组成，一部分是ONU和无线节点的设备启闭能耗，由于在接入网中，设备开启还是休眠状态对于整个网络的能量消耗影响较大，因此本专利主要通过将低负载ONU和无线节点进行休眠以实现节能目的；另一部分是业务转发能耗，在光纤无线融合网络中，业务转发能耗主要集中在无线多跳部分。为了统一计算两部分能耗，结合光纤无线融合网络的特点，我们将能耗的计算周期定为OLT的一次轮询周期。

为计算光纤无线融合网络的设备启闭能耗，需分别计算ONU及无线节点MAP在OLT一次轮询周期T_cy内的设备启闭能耗，对于ONU，假设网络中ONU个数为N，激活状态的个数为n，则T_cy时间内ONU能耗如公式(3)所示，式中E_sl、E_ac分别表示处于休眠、激活状态的ONU能耗；

对于无线节点MAP，假设网络中其总个数为N^w，激活状态下的功耗为休眠状态下的功耗为任意因为ONU休眠而休眠的无线节点MAP个数分别为N₁,N₂,...,N_N-1,N_N；则T_cy时间内前端无线节点总能耗由工作状态及休眠状态的无线节点能耗相加所得，如公式(4)所示：

在光纤无线融合网络中，业务转发能耗主要集中在无线多跳部分。因此，本专利只考虑无线转发能耗，并采用典型的无线传输能量消耗模型。

假设在OLT一个轮询周期T_cy内，网络传输了M个业务，每个业务带宽为B(SR_x),x∈{1,2,...,M}，每个业务转发的距离为d(SR_x),则一个轮询周期内的转发能耗用公式(5)-(7)表示：

其中，E_send，E_receive是电路发送数据包或接收数据包所消耗的能量；ε_fs与ε_mp分别为自由空间与多径衰落信号放大系数，d₀是一个常数；

综上，在OLT的一个轮询周期内，整个网络能耗表示为公式(8)：

在光纤无线融合网络环境中，客户端向网络服务提供商提出业务请求，一旦网络接受此业务请求完成资源分配，便给网络服务提供商带来收益。一般的，接受一个业务请求的收益与业务的CPU、带宽资源需求以及业务持续时间有关。则在一个轮询周期内，接受M个智能配用电通信业务请求给网络基础设施提供商带来的收益可用公式(9)表示：

其中，T(SR)_k代表业务持续时间，代表业务请求SR_x的带宽需求，代表业务请求的CPU计算能力需求，p_cpu和p_B分别代表调节CPU计算能力、带宽权重的参数；

对于网络服务提供商来说，它通过为业务请求提供传输服务来获取收益，同时又承担资源消耗，为此目标函数为最大化网络服务提供商的利润，用公式表示为(10)：

实施例2

在本实施例中提供了具体的参数对光纤无线融合网络进行检测，具体的参数设置如下：

将光纤无线融合网络拓扑的坐标规模设定为50*50m²大小，由1个OLT，4个网关ONU和20个无线路由器节点MAP组成。ONU节点以星型拓扑与OLT连接，而MAP节点随机均匀分布在网格区域内，具体仿真参数如下表所示。

仿真结果分析

通过长时间的在线请求到来路由模拟仿真,定期采样监测得到各项性能指标,得出以下仿真结果。

图6为本发明的光纤无线融合网络的总能耗情况，纵坐标为网络总能耗，横坐标为业务负载数量。从上图可以看出，随着负载的增加，本发明的方法的总能耗在逐渐增加，且在5Mbps附近出现拐点，能耗增加速率变大。这是由于它采用了ONU休眠的策略，当负载较小时，ONU休眠比例大能耗低，随着负载增大，ONU休眠比例小能耗变大。本发明所提出的方法在传统方法的基础上进行改进路由规划，同时，本发明的方法将无线节点以ONU为中心进行区域划分，将ONU与无线节点同时休眠，因此有大幅度节能效果。

图7为本发明的方法在满足业务时延要求情况下的传输成功率，设定2000个业务队列，分别统计业务传输成功数量和其中高优先级业务的数量。由图可见，本发明所提的方法传输成功业务数量1301个,可见将网络进行区域划分传输，且将链路剩余带宽参数参与到路径规划，有利于保障网络持续运行，提高业务传输量。同时，由于本发明所提的方法进行了业务优先级排序，优先传输高优先级业务，且在休眠区域业务重路由过程中，将低优先级业务占用资源释放保证高优先级业务优先传输，因此高优先级业务成功传输比例更大。

图8为本发明方法的业务传输总收益情况。纵坐标为网络总收益，横坐标为业务负载数量。本发明的方法能耗低、业务传输率高，高优先级业务的比例较大，因此网络服务总收益大。由图9可见，该方法的业务传输总收益随着网络负载的增加而增加，并且增长趋势并未因为负载量过大而减缓，在网络负载达到10Mbps时，网络服务总收益接近200000。

图9、图10分别为本发明方法下光纤无线融合网络中的链路带宽利用率和链路剩余带宽方差情况，两图的纵坐标分别为链路带宽利用率和链路剩余带宽方差，横坐标为网络负载。本发明所提出的方法，将无线节点以ONU为中心进行了区域划分，并结合剩余带宽和路径长度为参考为不同优先级业务作出路径规划。从上图可以看出，随着负载增多，链路带宽利用率随之增加，链路的剩余带宽方差逐渐减小，网络的剩余链路带宽不均衡情况得到了缓解，在各区域内传输的业务可以充分利用剩余资源，很好地实现了负载均衡。

图11、图12分别为本发明的方法在光纤无线融合网络中传输业务的平均时延和高优先级业务的传输时延。本发明的方法结合了剩余带宽和路径长度来计算权值，综合业务特点选取不同传输的路径，在获得前述优良性能的同时，会牺牲业务传输的平均时延。可以看到，网络负载接近10Mbps时，平均传输时延达到了40ms。但同时，本发明的方法进行了基于QoS感知的分等级业务排队传输控制，将高优先级的业务优先传输，且在高优先级业务路由规划时候以路径时延为主要参考因素，保证了高优先级的业务的传输速率，网络负载接近10Mbps时，高优先级的业务传输时延仅有20ms，可见该方法优先满足了高优先级业务的QoS需求。

综上所述，本发明所提出的方法通过区域划分和基于QoS的区域内路由规划使业务传输率最高；通过跨域节点协同区域休眠机制，使网络能耗最低，能够获得最高的网络服务收益。同时本方法具有较大的网络链路利用率，和较低的剩余链路带宽的方差，使光纤无线融合网络负载均衡。虽然本发明方法的传输时延高于EASLO方法，但基于业务优先级的路由机制保证了高优先级的业务时延在三种方法中最低，实现了QoS区分的业务质量保障。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：建立光纤无线融合网络；

步骤S2：对光纤无线融合网络的无线节点进行区域划分；

步骤S3：基于区域划分的结果，根据负载均衡以及业务优先级对光纤无线融合网络中不同类型的业务以及多等级业务进行路由规划；

步骤S4：在业务路由规划的基础上，对光纤无线融合网络中业务负载低于阈值的节点进行休眠，并对业务资源进行重新分配；

步骤S5：计算无线光纤网络中休眠节点的能耗、工作节点的能耗以及业务转发能耗，建立能耗模型，并基于能耗模型进一步建立网络服务收益模型，计算运营商的网络服务收益。

2.根据权利要求1所述的一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法，其特征在于，步骤S1的具体步骤如下：

光纤无线融合网络采用"树形-网状"的拓扑结构，由后端的树形拓扑EPON网络和前端的无线网状网WMN组成，EPON网络包括光线路终端OLT、无源光网络网关节点ONU以及无线Mesh接入点MAP；

EPON网络中的OLT上行通过光纤连接互联网，下行通过光纤连接光分路器，光分路器再通过多条光纤与无源光网络网关节点ONU连接，无源光网络网关节点ONU作为光接入部分与无线接入部分的接口，其通过无线网状网WMN中的无线链路与MAP进行数据传输，MAP作为接入网络的末端，通过空中接口与多个无线终端STA相连接；

将光纤无线融合网络表示为一个有权无向图G^S＝(N^S,L^S)，其中N^S是网络节点的集合，N是物理网络节点的数目，对于每一个节点存在CPU计算能力和地理位置其中，L^s为网络的链路集合，为一条连接物理节点和之间的路经，由多条串联而成的物理链路组成，其带宽大小为两节点之间所有物理链路带宽的最小值

3.根据权利要求2所述的一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法，其特征在于，所述的光纤无线融合网络在进行业务路由时，存在如下两种约束条件：

(1)CPU计算能力限制

在光纤无线融合网络中进行业务路由时，每个节点剩余CPU计算能力应当大于业务的CPU计算需求，该约束条件用公式(1)表示：

其中，SR_cpu表示业务请求的CPU计算需求，表示节点的初始CPU计算能力，表示节点目前剩余的CPU计算能力；

(2)链路带宽约束

在业务路由时，传输路径的所有链路中最小链路带宽应当大于业务需求带宽，该约束条件用公式(2)表示：

其中，SR_band表示业务请求的带宽需求，表示链路的初始带宽，表示链路已使用的带宽。

4.根据权利要求3所述的一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法，其特征在于，步骤S2中的具体步骤如下：

假设整个网络内任意ONU_i的总个数为N_ONU,i∈{1,2,...,N_ONU}，任意MAP_j的总个数为M_MAP,j∈{1,2,...,M_MAP}，假设MAP_j和ONU_i的划分关系表示为MAP_ji，若MAP_ji＝1，表示MAP_j在以ONU_i为中心的区域内；如果MAP_ji＝0则表示二者不在同一区域；初始化网络区域划分需要将无线节点MAP无重叠、无遗漏划分在以一个ONU为中心的区域内，用公式(12)表示：

同时，网络区域划分的另一个约束条件为MAP多跳到达本区域的ONU不超过设定的跳数，用公式(13)表示：

Hops_ji(Hops from MAP_jto ONU_i)<Hops_lim (13)

考虑负载均衡，由于业务源STA默认选择最近的MAP节点来传输，因此初始区域内MAP节点数量的分布基本代表了负载的分布，代表第i个ONU服务的MAP数目，每个ONU服务的平均MAP数目用公式(14)进行计算：

为了每个区域内MAP数量基于与平均数量相同，采取以下步骤：

步骤S201：初始将每个MAP节点划分到距离最近的ONU区域；

步骤S202：将区域内MAP数量超过平均数的ONU区域进行部分MAP节点转移；

步骤S203：被转移的MAP节点选择为原区域内距离ONU最远的节点；

步骤S204：MAP到达新转移的区域要求为跳数在限定内，且区域内MAP节点数小于平均数。

5.根据权利要求4所述的一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法，其特征在于，步骤S3中对不同类型的业务进行路由规划对的具体步骤如下：

智能配用电通信网通信网中具有典型特征的3种不同的业务类型，即EF、AF以及BE等级的业务；其中，EF为远程控制和保护类，AF为流媒体视频，视频监控类；BE为智能电表抄表类；

对应于每一个业务，一个业务请求用一个五元组来表示：

SR(SR_cpu,SR_band,SR_delay,r_H,b_H,t_L),

其中，SR_cpu,SR_band,SR_delay分别为所承载业务的CPU需求、带宽需求、最大可容忍时延，通过与对应业务需求参数阈值比较，判断该SR是否为高可靠性要求、是否为高带宽要求、是否为低时延要求，分别用r_H、b_H、t_L表示，若是则为1，否则为0；因此，用五元组表示，得到三类业务的参数如下：

EF类业务：r_H＝1，b_H＝0,t_L＝1；

AF业务r_H＝0，b_H＝1，t_L＝1；

BE业务r_H＝1，b_H＝0，t_L＝0；

将业务优先级的计算公式定义如(15)所示，按照优先级从高到低进行业务路由，以便获取网络服务的最大化收益；

QoS(SR)＝r_Ht_L+(1-r_Ht_L)(P_C*SR_cpu+P_B*SR_band+P_D*SR_delay) (15)

其中r_Ht_L表示该业务是否是EF类业务，若r_Ht_L＝1，则为EF类业务，且优先级最高,其QoS(SR)＝1；如果r_Ht_L＝0，则非EF类业务，按照业务的各项参数进行优先级计算，P_cpu、P_B、P_delay分别是CPU计算能力、链路带宽、SR请求时延的权重因子，计算所得的范围为0＜QoS(SR)＜1；在业务传输过程中，在每个网络区域内，按照QoS(SR)值从大到小的顺序进行负载的路由规划。

6.根据权利要求5所述的一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法，其特征在于，步骤S3中对多等级业务进行路由规划对的具体步骤如下：

假设一个具体的业务源地址S到目的地址D之间有X种路径组合，则定义S到D之间每条路径的权重为W_x(1＜x＜X)，首先，对于任一可选路径，需要满足业务的链路带宽约束和时延约束的要求，然后，在可选路径中选择具有最大权重W_x的路径来进行业务传输；

(1)带宽约束：

假设第x条路径中包含Y条链路，即该路径包含Y跳，第y(1＜y＜Y)条链路额定容量为BW_xy，链路负载为LD_xy，则整条路径x中链路额定容量与负载之差的最小值为路径x的剩余带宽BL_x用公式(16)表示：

BL_x＝min(BW_xy-LD_xy),y＝1,...Y (16)

从源节点到目的节点之间的每条链路剩余带宽均要大于业务请求所需带宽SR_band，用公式(17)表示：

BL_x≥SR_band (17)

(2)时延约束：

时延约束表示从源节点到目的节点之间的路径上所有链路总时延小于当前业务请求的时延要求，用(18)表示：

其中，d_xy表示第x条路径中第y条链路的一跳时延，SR_delay表示业务请求的时延要求；

在所有满足带宽和时延要求的多条候选路径中，为保证业务的服务质量，结合链路的时延、剩余带宽、丢包率等多个因素计算路径权重，权重越大表示该条路径被选择的概率就越大，路径权重计算公式表示为(19)：

其中，LR_xy、d_xy分别表示第x条路径中第y条链路的丢包率和时延，BL_x表示第x条路径的最小剩余带宽，对于远程实时控制等EF类业务，路径权重计算以丢包率和时延为参数优选路径；对于视频流等AF类业务,路径权重计算以带宽和时延为参数优选路径；对于智能抄表等BE类业务,路径权重计算以丢包率为参数优选路径，从而实现区分业务QoS的路径选择。

7.根据权利要求6所述的一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法，其特征在于，步骤S4的具体步骤如下：

首先设定各个ONU区域一个周期T_cy内的负载低阈值LT和负载高阈值HT，LT和HT的取值根据网络状态进行调整，活跃的网络区域负载总量B_i必须在LT和HT之间，如公式(20)所示：

若区域负载总量超过阈值时，分为以下两种情况：

网络区域负载总量B_i＜LT以及网络区域负载总量Bi>LT；

当网络区域负载总量Bi低于LT，则将本网络区域的负载和关键MAP节点进行区域重新划分，使本网络区域ONU和MAP节点休眠，为保障负载转移时无线路由的连通性，对本网络区域的业务源节点MAP和主要中继节点MAP进行区域的重新选择，重新选择的条件为：

1、新目标ONU区域加上此业务源节点的负载仍然在规定的阈值范围内，如(21)所示；

LT＜B_k+B_m＜HT (21)

其中，B_k为新区域的当前负载，B_m为需重新划分区域的MAP_m节点的负载；

2、业务源节点的新目标区域选取综合考虑区域负载容量和业务源节点到新ONU-MPP_k网关的距离，定义权值G_k作为选择的依据，如(22)所示：

G_k＝(C_g-B_k)/L_m,k (22)

其中C_g为新ONU-MPP_k区域额定容量，B_k为其当前负载，L_m,k为节点m到网关ONU-MPP_k的最短路径，在所有满足负载容量约束的新网络区域中，选择最大G_k所在的ONU区域作为负载和业务源节点的新区域，网络区域重构之后，将原网络区域的ONU和剩余MAP节点休眠；

当一个网络区域的负载总量高于网关负载高阈值HT时，将部分业务源节点进行区域重新划分，业务源节点的区域重新选择有限考虑其他正在活跃的网络区域，以增加休眠区域的休眠时间从而提高节能效率，与网络区域负载总量B_i<LT的情况相同，依据公式(21)、(22)进行部分节点重新选择目标转移网络区域，若活跃网络区域都无法满足业务源节点的转移需求，则唤醒已休眠的网络区域作为转移的网络区域目标；

在完成光纤无线融合网络区域的休眠/活跃转换过程，并为部分受影响的配用电通信业务负载重新划分新区域后，需要进一步完成转移的负载在新区域内的端到端路由重新分配，即负载重路由；

在对转移负载分配路由时，如果当前网络的剩余资源可以满足则直接进行路由；若不满足，判断当前路由的业务级别，若重路由的SR请求QoS(SR)＝1，即当前业务为保护类业务，则需要释放当前网络区域内已成功路由的低优先级SR占用的资源来保障该业务的及时传输，释放方式根据已路由成功的SR的QoS(SR)值升序排序，选择QoS(SR)值最低的SR进行释放；若依旧不能路由，则释放下一个SR，直到重路由成功。

8.根据权利要求7所述的一种光纤无线融合网络资源分配机制以及收益计算方法，其特征在于，步骤S5的具体步骤如下：

光纤无线融合网络的能耗由两部分组成，一部分是ONU和无线节点的设备启闭能耗；另一部分是业务转发能耗，将能耗的计算周期定为OLT的一次轮询周期；

为计算光纤无线融合网络的设备启闭能耗，需分别计算ONU及无线节点MAP在OLT一次轮询周期T_cy内的设备启闭能耗，对于ONU，假设网络中ONU个数为N，激活状态的个数为n，则T_cy时间内ONU能耗如公式(3)所示，式中E_sl、E_ac分别表示处于休眠、激活状态的ONU能耗；

对于无线节点MAP，假设网络中其总个数为N^w，激活状态下的功耗为休眠状态下的功耗为任意因为ONU休眠而休眠的无线节点MAP个数分别为N₁,N₂,...,N_N-1,N_N；则T_cy时间内前端无线节点总能耗由工作状态及休眠状态的无线节点能耗相加所得，如公式(4)所示：

在光纤无线融合网络中，业务转发能耗主要集中在无线多跳部分，假设在OLT一个轮询周期T_cy内，网络传输了M个业务，每个业务带宽为B(SR_x),x∈{1,2,...,M}，每个业务转发的距离为d(SR_x),则一个轮询周期内的转发能耗用公式(5)-(7)表示：

其中，E_send，E_receive是电路发送数据包或接收数据包所消耗的能量；ε_fs与ε_mp分别为自由空间与多径衰落信号放大系数，d₀是一个常数；

综上，在OLT的一个轮询周期内，整个网络能耗表示为公式(8)：

则在一个轮询周期内，接受M个智能配用电通信业务请求给网络基础设施提供商带来的收益用公式(9)表示：

其中，T(SR)_k代表业务持续时间，代表业务请求SR_x的带宽需求，代表业务请求的CPU计算能力需求，p_cpu和p_B分别代表调节CPU计算能力、带宽权重的参数；

目标函数为最大化网络服务提供商的利润，用公式表示为(10)：