1 光與無線融合的發(fā)展趨勢
隨著Internet業(yè)務(wù),、網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)和點播等交互式多媒體業(yè)務(wù)的高速發(fā)展,，無線通信系統(tǒng)已經(jīng)由傳統(tǒng)的單一語音業(yè)務(wù)階段發(fā)展為多業(yè)務(wù)階段[1]。在業(yè)務(wù)的高速增長的趨勢下,，核心網(wǎng)積極引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù),，包括IP over ATM、IP over WDM,、400 Gb/s波分系統(tǒng)等,，呈現(xiàn)智能化、寬帶化和光纖化的發(fā)展趨勢,；另一方面,，用戶終端性能的發(fā)展也十分迅猛，智能手機等終端迅速普及,，各種便捷,、新穎、廉價的移動應(yīng)用層出不窮,。用戶迫切需要在任何時候,、任何地點能夠獲取任何媒體的簡單、可靠而又相對低廉的無線通信服務(wù),。同時,，用戶駐地網(wǎng)的帶寬和支持能力也大大提高。核心網(wǎng)和移動終端的迅速發(fā)展趨勢,，對處于兩者中間的接入網(wǎng)提出了較高的要求,。能否利用有效的方案搭建高速、便捷,、多業(yè)務(wù)的“最后一公里”接入網(wǎng),，是今后移動通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。光纖接入與無線接入是目前較為有效的接入方案。
光接入網(wǎng)與無線接入網(wǎng)最初是對應(yīng)于不同的通信目的和市場情景所建立起來的,。光接入網(wǎng)的帶寬高,、損耗低，對電磁干擾具有較好的抵御能力,，是長距離通信有效的方案,；無線接入網(wǎng)具有較高的靈活性與移動性，能夠?qū)崿F(xiàn)無處不在的信息接入,，為用戶提供更便捷的服務(wù),。在骨干光網(wǎng)絡(luò)趨于飽和的情況下，接入網(wǎng)的巨大市場必然會成為各大運營商的必爭之地,。因此，為了提供充足的接入帶寬,、靈活的組網(wǎng)方式以及良好的服務(wù)質(zhì)量,，光與無線融合，使接入網(wǎng)同時具備高帶寬和支持移動性的兩大優(yōu)勢,，是電信業(yè)的必然趨勢,。光無線混合寬帶接入網(wǎng)(HOWBAN)應(yīng)運而生。
HOWBAN將寬帶無線通信的移動性,、點對點等優(yōu)點與光纖通信帶寬巨大,、可靠性高的優(yōu)點有機地結(jié)合起來，為解決長距離,、低成本,、大容量的無線信號的傳輸以及超寬帶無線接入提供了理想的方案。
2 光無線混合寬帶接入網(wǎng)
HOWBAN主要由前端的無線接入網(wǎng)與后端的光接入網(wǎng)組成[2],。其中,，無線接入技術(shù)包括：蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi,、WiMAX等,。Wi-Fi是基于IEEE 802.11 a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)的一種較為通用的無線技術(shù)，一般使用2.4 GHz或5 GHz頻段,，廣泛應(yīng)用于無線局域網(wǎng),。WiMAX基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)，具有相對Wi-Fi技術(shù)更高的傳輸速率和更廣的覆蓋范圍,，具有服務(wù)質(zhì)量(QoS)保障,、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點,，與3G技術(shù)的融合趨勢越來越強,，在城域網(wǎng)的搭建中具有價值。而當(dāng)前的光接入技術(shù)主要為無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)。PON不包含任何有源電子器件,，全部由光合路器,、光分路器、光耦合器等無源器件構(gòu)成,，是一種節(jié)能,、健壯、易于維護(hù)的點對多點(P2MP)的網(wǎng)絡(luò),。PON又可分為以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON),、千兆比無源光網(wǎng)絡(luò)(GPON)、寬帶無源光網(wǎng)絡(luò)(BPON)等[3],。
2.1 典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
HOWBAN的一種典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[4]如圖1所示,。光網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)的PON結(jié)構(gòu)，可采用TDM-PON,、WDM-PON或WDM/TDM-PON技術(shù),。在PON中，中心端局(CO)中設(shè)置有多個光路終端(OLT),。各個OLT 通過光纖和光分路器與多個光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)相連,。在無線網(wǎng)絡(luò)部分，每個ONU與多個無線路由器連接,，其中與ONU直接相連的無線路由器成為網(wǎng)關(guān),。因此，HOWBAN前端無線網(wǎng)絡(luò)部分實質(zhì)上為由多個無線路由器和少數(shù)網(wǎng)關(guān)組成的無線網(wǎng)狀網(wǎng)(WMN),。該WMN采用標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù),。此外，由于ONU與中心局距離較遠(yuǎn),，能夠在較小范圍內(nèi)進(jìn)行頻譜再利用,，支持大量用戶高帶寬的需求[5]。
CO：中心端局
HOWBAN：光無線混合寬帶接入網(wǎng)
OLT：光路終端
ONU：光網(wǎng)絡(luò)單元
圖1 HOWBAN典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
2.2 上行/下行傳輸
用戶使用無線設(shè)備,，發(fā)送數(shù)據(jù)到某個無線路由器,。該路由器將數(shù)據(jù)注入WMN中，然后通過多跳傳輸?shù)竭_(dá)網(wǎng)關(guān)節(jié)點,，再通過光纖到達(dá)OLT/CO,，最終進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)。該結(jié)構(gòu)的上行/下行傳輸方式如圖2所示,。在HOWBAN前端無線網(wǎng)絡(luò)的上行方向,，即從用戶端到ONU/網(wǎng)關(guān)方向，用戶能夠提供它的數(shù)據(jù)到任意一個網(wǎng)關(guān),，屬于任播(Anycast)的方式,；其下行方向,，即從ONU/網(wǎng)關(guān)到用戶方向，采用單播(Unicast)方式,。而在HOWBAN后端的光網(wǎng)路部分的上行方向,，即從ONU到OLT使用多點控制協(xié)議，共享上行資源,，避免沖突,；下行方向，即從OLT到ONU的方向,，采用廣播的方式,，發(fā)送一特定的分組會到達(dá)全部的ONU，但僅僅是目的ONU接受此數(shù)據(jù),，其余的ONU將丟棄此數(shù)據(jù),。
HOWBAN：光無線混合寬帶接入網(wǎng)
OLT：光路終端
ONU：光網(wǎng)絡(luò)單元
PON：無源光網(wǎng)絡(luò)
WMN：無線網(wǎng)狀網(wǎng)
圖2 HOWBAN上行/下行傳輸方式
2.3 GROW-Net網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
除了上述典型的結(jié)構(gòu)，一種稱為GROW-Net[6]的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注,，如圖3所示,。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)部分依然采用多個無線路由器和網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的無線網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)；后端光網(wǎng)絡(luò)則由一個光纖環(huán)路和多個樹形結(jié)構(gòu)組成,。樹形網(wǎng)絡(luò)的根節(jié)點OLT組成一個環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，葉節(jié)點ONU/網(wǎng)關(guān)與無線路由組成前端無線網(wǎng)絡(luò),。上行方向,，用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過多跳傳輸?shù)竭_(dá)ONU/網(wǎng)關(guān)節(jié)點，再經(jīng)過樹形光網(wǎng)絡(luò)到達(dá)OLT,，接著通過環(huán)形光纖到達(dá)CO,，再進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)。下行方向,，數(shù)據(jù)經(jīng)過環(huán)路到達(dá)相應(yīng)OLT,，再傳輸至ONU/網(wǎng)關(guān)節(jié)點，然后經(jīng)過無線路由器到達(dá)用戶端,。值得注意的是,，該網(wǎng)絡(luò)的傳輸路徑將隨網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)的更新而更新，具有良好的自愈能力,。
CO：中心端局
HOWBAN：光無線混合寬帶接入網(wǎng)
OLT：光路終端
ONU：光網(wǎng)絡(luò)單元
圖3 HOWBAN的GROW-Net結(jié)構(gòu)
3 光無線混合寬帶接入網(wǎng)的傳輸協(xié)議
HOWBAN建立以后,，為了保證高效的數(shù)據(jù)傳輸，減少數(shù)據(jù)的傳輸時延,，需要制訂有效的傳輸協(xié)議,。由于HOWBAN前端和后端網(wǎng)絡(luò)差異較大，需要分別針對前端和后端網(wǎng)絡(luò)的特性制訂有效的協(xié)議,。
3.1 無源光網(wǎng)絡(luò)的多點控制協(xié)議
作為HOWBAN后端的無源光網(wǎng)路,，數(shù)據(jù)從ONU到OLT的上行方向采用多點控制協(xié)議(MPCP),。MPCP是IEEE 802.3的第一英里以太網(wǎng)(EFM)組開發(fā)的媒體訪問控制(MAC)層控制協(xié)議，適用于點對多點(P2MP)網(wǎng)絡(luò)的通信,。在PON中,，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的根結(jié)點被認(rèn)為是主單元，即OLT,；位于邊緣部分的多個節(jié)點被認(rèn)為是從單元,，即ONU。采用MPCP,，可以在PON中實現(xiàn)可控制的網(wǎng)絡(luò)配置,，如ONU的自動發(fā)現(xiàn)、終端站點的帶寬分配以及查詢,、監(jiān)控等等,。
在系統(tǒng)運行過程中，上行方向在一個時刻只允許一個ONU發(fā)送,，位于OLT的高層負(fù)責(zé)處理發(fā)送的定時,、不同ONU的擁塞報告、以便優(yōu)化PON系統(tǒng)內(nèi)部的帶寬分配等,。EPON系統(tǒng)通過多點控制協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPCPDU)來實現(xiàn)OLT與ONU之間的帶寬請求,、帶寬授權(quán)、測距等,。MPCP涉及的內(nèi)容包括ONU發(fā)送時隙的分配,，ONU的自動發(fā)現(xiàn)和加入，向高層報告擁塞情況以便動態(tài)分配帶寬,。MPCP多點控制協(xié)議屬于MAC控制子層,。MAC控制向MAC子層的操作提供實時的控制和處理。如圖4所示,，為MPCP的實現(xiàn)架構(gòu)[7],。
OLT：光路終端
ONU：光網(wǎng)絡(luò)單元
圖4 MPCP的實現(xiàn)架構(gòu)
在此架構(gòu)下，OLT的操作為：
*產(chǎn)生時戳信息,，作為系統(tǒng)的同步時鐘信號,。
*控制ONU注冊。
*為新的ONU測距產(chǎn)生發(fā)現(xiàn)窗口,。
*執(zhí)行測距操作,。
*為已發(fā)現(xiàn)的ONU分配授權(quán)時隙。
ONU的操作如下：
*根據(jù)下行的MAC控制幀中的時戳信息定時,，與OLT同步,。
*等待發(fā)現(xiàn)窗口。
*利用發(fā)現(xiàn)窗口的信息執(zhí)行測距等操作,，OLT應(yīng)給其分配邏輯鏈路標(biāo)識(LLID)以及管理ONU的帶寬,。
*ONU向OLT發(fā)送狀態(tài)信息,，等待授權(quán)。
*收到授權(quán)后,，在相應(yīng)時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)幀,。
3.2 前端無線網(wǎng)狀網(wǎng)的路由機制
HOWBAN的無線前端為由少數(shù)的網(wǎng)關(guān)和大量無線路由器組成的無線網(wǎng)狀網(wǎng)(WMN)。前端WMN由于時延和吞吐量的限制,，成為了HOWBAN技術(shù)的“瓶頸”,，研究前端WMN的路由機制具有重大意義。值得注意的是,，該WMN與傳統(tǒng)的WMN有所不同,。傳統(tǒng)的WMN移動性較強，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化較大,；HOWBAN中的前端無線網(wǎng)路的用戶的移動性比傳統(tǒng)的WMN小,，用戶主要為住宅用戶和商業(yè)建筑內(nèi)的用戶，因此,，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠預(yù)確立,。此外，WMN中的數(shù)據(jù)包可以通過任一網(wǎng)關(guān)進(jìn)入PON,，然后達(dá)到OLT,，最終進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)。設(shè)計路由機制時,，應(yīng)考慮這種任播的路由特性,。本文研究了8種適用于HOWBAN前端無線網(wǎng)絡(luò)的路由算法：
(1)最小跳路由算法和最短路徑路由算法
最小跳路由算法(MHRA)和最短路徑路由算法(SPRA)的基本原理都是尋找最短路徑，即給定源節(jié)點和目的節(jié)點后,，尋找一條使目的函數(shù)最小的路徑。該目的函數(shù)的自變量可以為跳數(shù),、物理距離,、帶寬、流量,、傳輸時延等因素中的一個或者多個,。MHRA可以看作是SPRA中的鏈路權(quán)值為1時的特例。這兩種路由算法的優(yōu)點是原理簡單,，因此廣泛用于HOWBAN的無線部分,。然而，使用MHRA或SPRA能可能忽略鏈路其他的因素,，會產(chǎn)生時延增加,、負(fù)載平衡性差、高擁塞率等不良后果,。
(2)預(yù)測吞吐量路由算法
預(yù)測吞吐量路由算法(PTRA)[8]是基于鏈路狀態(tài)的路由算法,，選擇滿足總的吞吐量要求的路徑,。PTRA周期性地對無線鏈路的速率進(jìn)行采樣，動態(tài)估計每條可用路徑的吞吐量,。當(dāng)給定源節(jié)點與對應(yīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點后,，PTRA估計可用的路徑，然后從可用路徑中選擇一條預(yù)計吞吐量最大的路徑,。由于PTRA不考慮分組延時,，分組可能取較長的路由以滿足吞吐量的要求，所以分組在WMN內(nèi)傳輸?shù)淖罱K時間可能超過預(yù)期,。因此,，PTRA不適合時延敏感的業(yè)務(wù)。
(3)感知時延路由算法(DARA)
在HOWBAN無線前端的WMN中,，無論是上行方向或是下行方向,，分組都可能經(jīng)過WMN中多個路由器，導(dǎo)致較高的時延,，因此分組時延是HOWBAN無線部分路由機制中一個極其重要的指標(biāo),。感知時延路由算法(DARA)是一個預(yù)激活的路由方法[9]，重點考慮了HOWBAN無線部分的分組時延,。
在DARA模型中,，無線路由器近似為標(biāo)準(zhǔn)的M/M/I隊列，周期性地廣播鏈路狀態(tài)(LSA),，并且進(jìn)行預(yù)測鏈路狀態(tài)(LSP),。根據(jù)LSP，DARA給無線鏈路分配權(quán)重,，具有較高的預(yù)測時延的鏈路分配較高的權(quán)重,。接著，計算從源路由到目的網(wǎng)關(guān)(或者相反方向)的路徑權(quán)值,，把這些滿足數(shù)據(jù)包時延要求的路徑稱為可行路徑集合,，記為F。然后從集合F中選路,。只有時延要求大于F中的最小時延的數(shù)據(jù)包才會被允許進(jìn)入網(wǎng)絡(luò),；否則，DARA將不允許數(shù)據(jù)包進(jìn)入網(wǎng)絡(luò),。
時延最優(yōu)是DARA的重要原則,。但是，如果每個數(shù)據(jù)包都選擇最小時延路徑,，網(wǎng)絡(luò)中部分鏈路將由于過載而擁塞,，可能會導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)包被丟棄。因此,，DARA是計算K條最小權(quán)值路徑,，并不是只選擇一條最小權(quán)值路徑,。這種K-DARA的選路方式可以較好地到達(dá)負(fù)載平衡，并能緩解網(wǎng)絡(luò)阻塞情況,。
(4)風(fēng)險和時延感知的路由算法
HOWBAN具有多域混合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，相應(yīng)地，也具有多種類別的故障情形,，包括網(wǎng)關(guān)損壞,、ONU損壞、OLT損壞以及光纖損壞,。故障情形,，或者說是風(fēng)險，是HOWBAN路由考慮的重要因素之一,。及時檢測出鏈路故障,，并選擇正常的鏈路進(jìn)行傳輸，是HOWBAN風(fēng)險感知路由的原則,。
風(fēng)險和時延感知的路由算法(RADAR)[10]實質(zhì)上是DARA算法的拓展,，它考慮了HOWBAN網(wǎng)絡(luò)的故障情形。RADAR仍然采用周期性廣播LSA,，據(jù)此來分配鏈路權(quán)值,。與DARA不同的是，RADAR中每個路由器有一個風(fēng)險表(RL),。表中包含6項,，分別是路徑號碼(PN)、主網(wǎng)關(guān)組(PGG),、次網(wǎng)關(guān)組(SGG),、第三網(wǎng)關(guān)組(TGG)、路徑狀態(tài)(PS)以及路徑延遲(PD),。正常情況下,，所有路徑被標(biāo)記為“有效(live)”；一旦發(fā)生故障,，把相應(yīng)的故障路徑標(biāo)記為“失效(stale)”。僅使用標(biāo)記為“live”的路徑傳輸數(shù)據(jù),。研究結(jié)果表明,，RADAR能減少HOWBAN的前端無線網(wǎng)絡(luò)中分組的平均時延，并且能減少出現(xiàn)故障情況下的丟包率,。
(5)容量和時延感知的路由算法
容量和時延感知的路由算法(CaDAR)[11]是一種性能較為優(yōu)異的路由算法,，根據(jù)鏈路容量的分配和鏈路權(quán)值進(jìn)行時延的最小化。類似于DARA,，節(jié)點根據(jù)周期的LSA信息獲知鏈路信息,，并根據(jù)LSA進(jìn)行鏈路容量分配和時延估計,。CaDAR的鏈路容量分配是基于TDMA機制的，通過分配不同的時隙給各個鏈路以實現(xiàn)不同鏈路的容量分配,。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)HOWBAN的無線前端部分時,，CaDAR計算該數(shù)據(jù)包的路徑時延，如果能滿足該數(shù)據(jù)包的時延要求,，允許該數(shù)據(jù)包進(jìn)入網(wǎng)絡(luò),；否則，丟棄該數(shù)據(jù)包,。因此,，CaDAR能較好地節(jié)省無線鏈路的帶寬。CaDAR融合了無線部分和光網(wǎng)絡(luò)部分的時延感知,，尋找最小時延的路徑,。
(6)能量感知的路由算法
隨著無線通信業(yè)務(wù)的增加，綠色,、環(huán)保,、節(jié)能的通信技術(shù)越來越受到人們的重視。在HOWBAN中,，節(jié)能也是一個重要的環(huán)節(jié),。針對低負(fù)載時，設(shè)備使用不充分的情況,，能量感知的路由算法能量感知的路由算法(EARA)[12]被提出,。EARA是一種基于鏈路狀態(tài)的路由算法，能使未充分利用的ONU進(jìn)入休眠狀態(tài),，以減少網(wǎng)絡(luò)耗能,。在低負(fù)載的情況下，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要傳輸時,，EARA優(yōu)先選擇使用過的路徑,，這樣使很多無負(fù)載或者負(fù)載低于某一閾值的ONU處于休眠狀態(tài)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載高于某一閾值后,，休眠的ONU將被喚醒,。
具體地，在選擇路徑的機制上,，EARA以剩余容量為鏈路的權(quán)值,。當(dāng)數(shù)據(jù)通過某一鏈路后，該鏈路的權(quán)值為初始權(quán)值減去上一次消耗的容量,。EARA優(yōu)先選擇剩余容量最小的路徑傳輸,。此外，為了兼顧時延因素，EARA引入了跳數(shù)補償?shù)臋C制,，即實際的剩余容量會加上與鏈路跳數(shù)成正比的補償項,。值得注意的是，ONU從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)時需要額外的能量,，因此頻繁的狀態(tài)轉(zhuǎn)換可能使網(wǎng)絡(luò)耗能增加,。因此，保證足夠的休眠時間和較低的狀態(tài)轉(zhuǎn)換率是EARA發(fā)揮節(jié)能作用的關(guān)鍵,。
(7)流量限制路由算法
CaDAR同時考慮了鏈路容量和時延,，具有較好的減少時延的性能。但是,，可能出現(xiàn)某個鏈路被過分使用,，其他鏈路閑置的情況。為了克服這個問題,，文獻(xiàn)[13]提出了適用于HOWBAN的流量限制的路由算法,。該算法也具有鏈路狀態(tài)廣播LSA和以鏈路容量分配鏈路權(quán)值(LWA)的步驟，然后計算鏈路的流量限制,。接著根據(jù)分配給路徑的權(quán)值,，計算較優(yōu)的3條路徑，選擇最優(yōu)的路徑作為路由首要選擇,；如果最優(yōu)路徑流量超過了流量限制,，則選擇備選路徑。
由于流量限制的約束,，流量限制路由算法(FLRA)能較好地平衡鏈路的負(fù)載,，比CaDAR更充分地利用了帶寬。但是文獻(xiàn)[13]僅對單一頻道節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究,，把FLRA拓展到擁有多頻道節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)是極具價值的研究方向,。
(8)時延區(qū)分路由算法
前文所述的路由算法都是以相同的方式處理各類業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包，文獻(xiàn)[14]提出了一種區(qū)分不同數(shù)據(jù)包的時延區(qū)分路由算法,。主要思想是以對傳輸時延要求的高低把數(shù)據(jù)包分為時延敏感(DTS-sensitive)和時延不敏感(DTS-insensitive)兩大類,，同時在網(wǎng)關(guān)路由處設(shè)置外部緩存器。對于時延敏感的數(shù)據(jù)包,，如IPTV,、VoIP等業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)，時延區(qū)分路由算法(DDRA)直接計算從源節(jié)點到網(wǎng)關(guān)的路徑,；對于時延不敏感的數(shù)據(jù)包,，如郵件、文件上傳等業(yè)務(wù),，DDRA先把數(shù)據(jù)包傳輸至緩存器，然后根據(jù)鏈路狀態(tài)選擇合適的時刻把數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)關(guān),，進(jìn)而通過PON到達(dá)互聯(lián)網(wǎng),。
顯然,，這種增加外部緩存器的機制能夠較好地減少時延敏感數(shù)據(jù)的時延，提高系統(tǒng)的QoS,；但是增加了設(shè)備成本,。此外，放置多少緩存器,、在何處放置緩存器是值得探討的問題,。
4 結(jié)束語
光無線混合寬帶接入網(wǎng)(HOWBAN)是極具潛力的接入網(wǎng)方案，融合了光網(wǎng)絡(luò)帶寬寬,、損耗低,、抗電磁干擾與無線網(wǎng)絡(luò)靈活、移動性強,、便捷的優(yōu)勢,，是下一代接入網(wǎng)的最佳結(jié)構(gòu)之一。HOWBAN的后端PON部分,，能夠以較高的性價比提供長距離,、寬帶寬、健壯的傳輸服務(wù),；前端的WMN部分,，使用戶接入十分便捷，能節(jié)約光纖到戶(FTTP)的成本,。
隨著信息技術(shù)和智能終端的高速發(fā)展,，HOWBAN將面向多業(yè)務(wù)、多用戶,，具有較大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模,。因此，研究適于HOWBAN的高效,、節(jié)能,、可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議十分重要。目前,，HOWBAN后端無源光網(wǎng)絡(luò)部分普遍采用多點控制協(xié)議,，能較好地控制PON中點對多點的傳輸。對于HOWBAN前端的無線網(wǎng)狀網(wǎng)部分,，基于WMN路由機制的研究,，針對HOWBAN前端網(wǎng)絡(luò)的特性，有大量的路由算法被提出,。但是,，針對HOWBAN網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議、路由機制的研究還處于初始階段，還有許多問題值得深入研究,，下面簡單提出幾點研究方向：
(1)提高QoS
隨著接入網(wǎng)規(guī)模的增大,，寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量的增多，要采取有效的路由機制以保證網(wǎng)絡(luò)的QoS,。除了區(qū)分時延敏感與否的數(shù)據(jù)包外,，更多與QoS有關(guān)的指標(biāo)需要被提出，根據(jù)指標(biāo)的不同采用不同的傳輸方式,，或許是提高大規(guī)模HOWBAN網(wǎng)絡(luò)QoS的正確方向,。
(2)健壯性
與傳統(tǒng)的接入網(wǎng)不同，HOWBAN是具有光域和頻域的網(wǎng)絡(luò),。需要研究具有良好健壯性和自愈能力的傳輸機制,，使某一鏈路發(fā)生故障后，能否迅速地做出反應(yīng),，選擇正常的鏈路進(jìn)行傳輸,。此外，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大,，無線路由之間的距離也會增大,，一旦唯一的與ONU連接的鏈路被破壞，很有可能該路由就無法連接至OLT,。保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)慕研允直匾?/p>
(3)節(jié)約能源
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較少,，MAC層可以采用休眠機制，使某些節(jié)點進(jìn)入休眠狀態(tài),，以減少無線網(wǎng)絡(luò)的能耗,。此外，制訂合適的路由機制,，在滿足時延要求和吞吐量的情況下,，盡量避開休眠節(jié)點，使用激活狀態(tài)的節(jié)點,，能夠減少節(jié)點狀態(tài)的轉(zhuǎn)換次數(shù),，達(dá)到節(jié)能的目的。
(4)公平性
有效的傳輸機制需要協(xié)調(diào)好各個用戶的服務(wù)質(zhì)量,，盡量避免因為地理位置不同而導(dǎo)致不同的QoS,，例如距離ONU/網(wǎng)關(guān)節(jié)點更近的用戶享受比遠(yuǎn)離ONU/網(wǎng)關(guān)節(jié)點的用戶更好的服務(wù)。良好的服務(wù)公平性是HOWBAN能得到廣大用戶接受和支持的基礎(chǔ),。
(5)安全性
因為在無線網(wǎng)絡(luò)中信息以無線電波的形式開放性地傳輸,，所以安全性一直是無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的熱點問題。在HOWBAN中,，除了前端的WMN需要考慮安全性問題外,，后端的PON由于下行方向采用廣播的形式,，也需要注意安全性的問題。如何防止信息被竊取等信息安全問題,，極具研究前景,。
(6)多頻道網(wǎng)絡(luò)
此前的HOWBAN路由研究多集中在單一無線頻道的網(wǎng)絡(luò)。對于多頻道的情況,，現(xiàn)有的路由機制能否適應(yīng)、如何適應(yīng),，值得深入研究,。此外，認(rèn)知無線電(CR)是當(dāng)今無線通信領(lǐng)域的研究熱點,，在CR中,，節(jié)點能夠動態(tài)獲取合適的頻譜進(jìn)行傳輸，這樣網(wǎng)絡(luò)的頻道也不再是唯一的了,。我們期待在不久的將來CR能夠和HOWBAN有機結(jié)合,，推出更高效、靈活的接入網(wǎng)方案,。
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