本發(fā)明屬于光無(wú)線融合網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及woban中帶有冗余編碼的并行路徑轉(zhuǎn)發(fā)方法。

背景技術(shù)：

隨著智能終端設(shè)備的日益普及，各種移動(dòng)應(yīng)用和多媒體業(yè)務(wù)不斷豐富，用戶對(duì)高帶寬的需求增長(zhǎng)迅猛，傳統(tǒng)的接入方式已無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的帶寬需求。結(jié)合了光網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)兩者優(yōu)勢(shì)的光無(wú)線融合接入網(wǎng)(wireless-opticalbroadband-accessnetwork,woban)被認(rèn)為是未來(lái)最理想和最高效的接入網(wǎng)解決方案。

woban是由后端大容量的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(passiveopticalnetwork,pon)和前端靈活接入的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(wirelessmeshnetwork,wmn)組成的新型接入網(wǎng)架構(gòu)。后端的pon具有大帶寬、低損耗和高可靠的特性，前端的wmn具有易部署、低成本和高靈活的特性，作為二者的融合網(wǎng)絡(luò)，woban能夠?yàn)橛脩籼峁└焖佟⒏咝У姆?wù)。然而，隨著業(yè)務(wù)量的不斷增大，任意一個(gè)網(wǎng)絡(luò)故障，如干線光纖(feederfiber,ff)、配線光纖(distributionfiber,df)、光網(wǎng)絡(luò)單元(opticalnetworkunit,onu)、無(wú)線鏈路(wirelesslink,wl)等發(fā)生故障都將引起大量的數(shù)據(jù)丟失，造成大量的業(yè)務(wù)中斷。作為直接面向終端用戶的接入網(wǎng)，任意一個(gè)網(wǎng)絡(luò)故障將嚴(yán)重影響用戶的主觀體驗(yàn)。因此，快速高效的生存性保障機(jī)制對(duì)woban起著至關(guān)重要的作用。

目前，針對(duì)woban中生存性保障技術(shù)的研究主要分為兩大類。第一類是利用無(wú)線前端網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的自愈性，在wmn中尋找可利用的路由轉(zhuǎn)發(fā)受故障影響的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，此類研究可解決配線光纖、onu、無(wú)線節(jié)點(diǎn)及無(wú)線鏈路等設(shè)備的故障。yliu,jwu,yyu,zning等在“deploymentofsurvivablefiber-wirelessaccessforconvergedopticalanddatacenternetworks”【opticalswitchingandnetworking,2014,14(8):226-232.】中提出一種無(wú)線重路由算法(wirelessreroutingwithbackupradios,wrbr)，通過(guò)為onu分配備用onu，并在備用onu中為該onu預(yù)留備用資源解決單個(gè)配線光纖故障問(wèn)題。thotas,bhaumikp,chowdhuryp等在“exploitingwirelessconnectivityforrobustnessinwoban”中提出風(fēng)險(xiǎn)和時(shí)延感知路由協(xié)議(risk-and-delay-awarerouting,radar)【ieeenetwork,2013,27(4):72-79.】，無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)通過(guò)主動(dòng)維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)列表，及時(shí)感知網(wǎng)絡(luò)故障，并通過(guò)時(shí)延感知減少故障后重路由的路徑切換時(shí)間以減少數(shù)據(jù)的丟失。該類方法雖然無(wú)需額外的成本，但需要故障后重新尋找恢復(fù)路由，需要較長(zhǎng)的恢復(fù)時(shí)間，會(huì)造成大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)丟失。

另一類研究是通過(guò)額外增加備用光纖或備用無(wú)線收發(fā)設(shè)備來(lái)轉(zhuǎn)移受故障影響的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。此類研究可解決olt、干線光纖、配線光纖、onu、無(wú)線節(jié)點(diǎn)及無(wú)線鏈路等設(shè)備的故障。yliu,lguo,xwei在“optimizingbackupoptical-network-unitsselectionandbackupfibersdeploymentinsurvivablehybridwireless-opticalbroadbandaccessnetworks”【journaloflightwavetechnology,2012,30(10),1509-1523】中提出一種優(yōu)化的備用onu選擇和備用光纖部署機(jī)制(optimizingbackuponusselectionandbackupfibersdeploymentscheme,obof)，以最小化恢復(fù)代價(jià)為目的，采用模擬退火算法優(yōu)化備用onu的選擇及備用光纖的部署。lguo,yliu,fwang等人在“cluster-basedprotectionforsurvivablefiber-wirelessaccessnetworks”【journalofopticalcommunicationsandnetworking,2013,5(11):1178-1194.】中提出一種基于簇結(jié)構(gòu)的保護(hù)機(jī)制(cluster-basedprotection,cbp)，采用啟發(fā)式算法和線性規(guī)劃模型將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分簇，同時(shí)考慮了備用onu的選取以及備用光纖的部署問(wèn)題。該類方法雖然預(yù)留了備用資源，能快速的恢復(fù)受故障影響的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，但需要部署額外的備用光纖，恢復(fù)成本較高。

上述研究雖然能快速恢復(fù)受故障影響的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，但是即使很短暫的業(yè)務(wù)終端也會(huì)造成大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)丟失，同時(shí)備用光纖的部署也增加了故障恢復(fù)的成本。因此如何減少業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的損失以及如何減少故障恢復(fù)的成本是設(shè)計(jì)woban中生存性保障機(jī)制的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供woban中帶有冗余編碼的并行路徑轉(zhuǎn)發(fā)方法。針對(duì)現(xiàn)有woban生存性保障方法業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)丟失大，恢復(fù)成本高的問(wèn)題，本發(fā)明根據(jù)業(yè)務(wù)可靠度需求計(jì)算符合要求的并行路徑數(shù)，并根據(jù)排隊(duì)理論計(jì)算最小時(shí)延的并行路徑。隨后在源節(jié)點(diǎn)利用冗余編碼將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼，并根據(jù)路徑數(shù)、丟包率等參數(shù)計(jì)算最優(yōu)的流量分配方案和編碼包數(shù)。當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)從多條并行路徑中接收到足夠的線性無(wú)關(guān)的編碼包后，即可恢復(fù)出原始業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)原始業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包進(jìn)行冗余編碼并聯(lián)合并行路徑轉(zhuǎn)發(fā)，在數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中容忍df、onu、無(wú)線節(jié)點(diǎn)和無(wú)線鏈路等故障。任意一條路徑中的網(wǎng)路設(shè)備發(fā)生故障后，目的節(jié)點(diǎn)只需從其他路徑接收足夠的編碼包即可恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)，無(wú)需從新尋找路由，實(shí)現(xiàn)了快速無(wú)損的業(yè)務(wù)恢復(fù)。相比其他方法，本方法在數(shù)據(jù)無(wú)損恢復(fù)的基礎(chǔ)上降低了業(yè)務(wù)恢復(fù)成本，同時(shí)提升了業(yè)務(wù)恢復(fù)的速度。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

woban中帶有冗余編碼的并行路徑轉(zhuǎn)發(fā)方法，包括鏈路狀態(tài)廣播階段、鏈路權(quán)值分配階段、并行路徑計(jì)算階段、冗余編碼傳輸階段，

在所述鏈路狀態(tài)廣播階段，無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)及onu將鏈路狀態(tài)信息廣播到網(wǎng)路中；

在所述鏈路權(quán)值分配階段，無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)及onu根據(jù)鏈路狀態(tài)信息中的參數(shù)計(jì)算光纖和無(wú)線鏈路的時(shí)延，并將時(shí)延設(shè)為該鏈路的權(quán)值；

在所述并行路徑計(jì)算階段，無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)及onu根據(jù)業(yè)務(wù)的可靠度需求、光纖和無(wú)線鏈路誤碼率計(jì)算出符合業(yè)務(wù)需求的并行路徑數(shù)n，并重復(fù)利用dijkstra最短路徑算法計(jì)算出n條最小時(shí)延的并行路徑；

在所述冗余編碼傳輸階段，無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)及onu計(jì)算最優(yōu)的編碼包流量分配方案和最優(yōu)數(shù)編碼數(shù)據(jù)包數(shù)m，再進(jìn)行冗余編碼并通過(guò)并行路徑傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)。

進(jìn)一步，所述鏈路狀態(tài)信息包括參數(shù)：節(jié)點(diǎn)類型、節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)、出口鏈路組、數(shù)據(jù)包密度、丟包率、隊(duì)列長(zhǎng)度、時(shí)間戳。

進(jìn)一步，所述無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)及onu節(jié)點(diǎn)將鏈路狀態(tài)信息廣播到網(wǎng)路中具體為：

無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)將鏈路狀態(tài)信息發(fā)送給無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)及onu，onu將鏈路狀態(tài)信息同時(shí)發(fā)送給無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)、onu和olt。

進(jìn)一步，所述計(jì)算光纖和無(wú)線鏈路的時(shí)延具體為：

onu到olt的上行時(shí)延為tonu,olt＝tr+tg+ts+tq+tp，其中tr為數(shù)據(jù)包到達(dá)和發(fā)送第一個(gè)request信息之間的時(shí)間，tg為發(fā)送第一個(gè)request信息到接收到發(fā)送該數(shù)據(jù)包的grant信息之間的時(shí)間，ts為接收到該數(shù)據(jù)包的grant信息后，等待授權(quán)時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間，tq為授權(quán)時(shí)隙到來(lái)后，發(fā)送隊(duì)列中該數(shù)據(jù)包之前的數(shù)據(jù)所需時(shí)間，tp為數(shù)據(jù)包在光釬鏈路上的傳播時(shí)延；

當(dāng)onu的隊(duì)列長(zhǎng)度時(shí)，其中為該onu獲得授權(quán)帶寬的均值，onu到olt的上行時(shí)延為其中e[tcycle]為輪詢周期tcycle的均值，ro為光纖的傳輸速率，rtt為onu的往返時(shí)延；

當(dāng)onu的隊(duì)列長(zhǎng)度時(shí)，onu到olt的上行時(shí)延為其中wmax為最大的授權(quán)帶寬。

進(jìn)一步，所述e[tcycle]的計(jì)算方法為：

首先根據(jù)排隊(duì)理論求出任意一個(gè)onu在下一個(gè)周期申請(qǐng)的帶寬其中vi(k+1)表示onui在k+1個(gè)輪詢周期的申請(qǐng)帶寬，為onui的第k個(gè)輪詢周期長(zhǎng)度，λi數(shù)據(jù)包到達(dá)率，1/μ為數(shù)據(jù)包的平均長(zhǎng)度；

然后根據(jù)onu在下一個(gè)周期申請(qǐng)帶寬的大小e[vi(k+1)]將onu分為2組：高負(fù)載onu(highloadonu，hlonu)和低負(fù)載onu(lowloadonu，llonu)，其中集合hlonu中的onu滿足e[vi(k+1)]＞wmax，即onu的申請(qǐng)帶寬大于最大授權(quán)帶寬，集合llonu中的onu滿足e[vi(k+1)]≤wmax，即onu的授權(quán)帶寬小于或等于最大授權(quán)帶寬；當(dāng)且時(shí)，即所有onu處于低負(fù)載狀態(tài)，且滿足e[vi(k+1)]≤wmax，輪詢周期的均值當(dāng)且時(shí)，輪詢周期的均值當(dāng)且時(shí)，即所有onu處于高負(fù)載狀態(tài)，且滿足e[vi(k+1)]＞wmax，輪詢周期的均值e[tcycle]＝k(wmax+tg)，其中tg表示保護(hù)時(shí)隙，k為網(wǎng)絡(luò)中onu的個(gè)數(shù)。

進(jìn)一步，所述滿足：當(dāng)onui∈llonu時(shí)，即onu屬于低負(fù)載onu時(shí)，授權(quán)帶寬的均值當(dāng)onui∈hlonu時(shí)，即onu屬于高負(fù)載onu時(shí)，授權(quán)帶寬的均值

進(jìn)一步，所述計(jì)算出符合業(yè)務(wù)需求的并行路徑數(shù)n具體為：對(duì)于任意一條并行路徑p，包含跳無(wú)線鏈路和1跳光纖鏈路，其中為無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)到不同onu跳數(shù)的平均值，通過(guò)公式得到，|w|為網(wǎng)絡(luò)中onu的個(gè)數(shù)，hi為無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)到第i個(gè)onu的最短跳數(shù)；則任意一條并行路徑p中數(shù)據(jù)包成功傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)的概率為其中為無(wú)線鏈路的誤碼率，為光纖鏈路的誤碼率，l為數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度；則n條并行路徑的可靠度根據(jù)業(yè)務(wù)需求的可靠度r，并行路徑數(shù)n通過(guò)公式得到。

進(jìn)一步，所述計(jì)算最優(yōu)的編碼包流量分配方案具體為：當(dāng)x1＝x2＝…＝xk＝…＝xn＝m/n，其中xk表示第k條并行路徑中傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)包數(shù)，xn表示第n條并行路徑中傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)包數(shù)，即每條并行路徑上的編碼數(shù)據(jù)包數(shù)相等時(shí)，在任意一條并行路徑失效后，目的節(jié)點(diǎn)成功解碼恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)包的基礎(chǔ)上，所需編碼數(shù)據(jù)包數(shù)m最??；其中m為編碼包的個(gè)數(shù)，n為并行路徑數(shù)。

進(jìn)一步，所述最優(yōu)數(shù)編碼數(shù)據(jù)包數(shù)m計(jì)算方法為：

在不考慮無(wú)線鏈路丟包時(shí)，任意n-1條路徑中傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)包總數(shù)大于或等于m，即其中m為編碼包的個(gè)數(shù)，m為原始數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，n為并行路徑數(shù)；得到在任意一條并行路徑失效后，目的節(jié)點(diǎn)恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)包的前提下，編碼數(shù)據(jù)包數(shù)m的最小值同時(shí)根據(jù)流量分配方案，目的節(jié)點(diǎn)從每條并行路徑上至少接收到m/n-1個(gè)編碼數(shù)據(jù)包實(shí)現(xiàn)成功解碼出原始數(shù)據(jù)包；

在考慮無(wú)線鏈路丟包時(shí)，令ei為路徑pi＝{e1,e2,…}中第i條鏈路的丟包率，則對(duì)于任意一個(gè)數(shù)據(jù)包，其成功傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)的概率為令x′i為考慮丟包率后第i條路徑傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，由于的節(jié)點(diǎn)從每條并行路徑上至少接收到m/n-1個(gè)編碼數(shù)據(jù)包則有得到每條并行路徑上至少傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)總的編碼數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)m為

進(jìn)一步，所述進(jìn)行冗余編碼并通過(guò)并行路徑傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)具體為：源節(jié)點(diǎn)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包按照每組m個(gè)進(jìn)行分組，對(duì)每組內(nèi)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行冗余編碼并生成m個(gè)編碼數(shù)據(jù)包，隨后根據(jù)流量分配方案，將編碼數(shù)據(jù)包通過(guò)n條并行路徑傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)；目的節(jié)點(diǎn)從n條并行路徑中接收到m個(gè)線性無(wú)關(guān)的編碼包，解碼并恢復(fù)出m個(gè)原始數(shù)據(jù)包；當(dāng)任意一條并行路徑失效，根據(jù)編碼方案，目的節(jié)點(diǎn)從其他n-1條并行路徑中接收到至少m個(gè)線性無(wú)關(guān)的編碼包。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提出的生存性保障方法，將原始數(shù)據(jù)包進(jìn)行冗余編碼，消除了業(yè)務(wù)對(duì)單個(gè)數(shù)據(jù)包的依賴，當(dāng)單個(gè)數(shù)據(jù)包丟失后，源節(jié)點(diǎn)無(wú)需重傳，而目的節(jié)點(diǎn)仍然可以成功恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)包；本方法結(jié)合并行路徑傳輸編碼包，并考慮任意一條并行路徑失效后目的節(jié)點(diǎn)仍可成功情況下計(jì)算并行路徑數(shù)和冗余編碼包數(shù)，因此本方法可以容忍任意一條路徑上的設(shè)備故障導(dǎo)致整條路徑中斷，相比其他方法，本方法無(wú)需重傳數(shù)據(jù)包，可以快速恢復(fù)原始數(shù)據(jù)包；本方法無(wú)需添加額外備用光纖或備用無(wú)線收發(fā)設(shè)備，極大降低了網(wǎng)絡(luò)部署成本。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明：

圖1為woban的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為帶有冗余編碼的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法流程圖；

圖3為onu與olt交互示意圖；

圖4為onu內(nèi)部隊(duì)列示意圖；

圖5為輪詢周期示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

本方法通過(guò)融合冗余編碼并行路徑轉(zhuǎn)發(fā)，以較低的時(shí)延和較少的資源對(duì)woban中的配線光纖故障、onu故障、無(wú)線節(jié)點(diǎn)和鏈路故障進(jìn)行保護(hù)及快速無(wú)損的數(shù)據(jù)恢復(fù)。woban網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。本方法主要包括以下步驟，如圖2所示。

1.鏈路狀態(tài)廣播階段：節(jié)點(diǎn)(onu及無(wú)線路由節(jié)點(diǎn))周期性向網(wǎng)絡(luò)中廣播鏈路狀態(tài)信息(linkstateadvertisement，lsa)，其格式如表1所示。同時(shí)onu需要將接收到的無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)的lsa發(fā)送到olt，以便olt在下行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)選擇合適的并行路徑進(jìn)行傳輸。

表1lsa數(shù)據(jù)包格式

其中：

1)節(jié)點(diǎn)類型為router或onu；

2)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)為該節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的唯一標(biāo)識(shí)；

3)出口鏈路組為以該節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)的所有出口鏈路。若節(jié)點(diǎn)類型為router，則這部分包含以該無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)的所有出口鏈路；若節(jié)點(diǎn)類型為onu，則這部分包含該onu到olt的光纖鏈路和以該onu為起點(diǎn)到無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)的無(wú)線鏈路；

4)數(shù)據(jù)包密度為無(wú)線鏈路或光纖鏈路上數(shù)據(jù)包到達(dá)的密度；

5)丟包率為該鏈路的平均丟包率，無(wú)線鏈路的丟包率可通過(guò)發(fā)送探測(cè)包獲得，由于光纖鏈路較穩(wěn)定，因此光纖鏈路的丟包率設(shè)為0。

6)隊(duì)列長(zhǎng)度為onu內(nèi)部隊(duì)列的長(zhǎng)度，節(jié)點(diǎn)類型為router時(shí)該字段為null。

7)時(shí)間戳為該lsa產(chǎn)生的時(shí)間，假設(shè)全網(wǎng)的時(shí)間保持同步。

無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)和onu生成的lsa如表2和表3所示。

表2無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的lsa

表3onu產(chǎn)生的lsa

2.鏈路權(quán)值分配階段：當(dāng)有業(yè)務(wù)需要傳輸時(shí)，源節(jié)點(diǎn)首先需要根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的lsa更新網(wǎng)絡(luò)中各鏈路的權(quán)值，本方法將根據(jù)lsa中的參數(shù)計(jì)算出各鏈路的時(shí)延，并將時(shí)延設(shè)為鏈路的權(quán)值。

1)無(wú)線鏈路時(shí)延

假設(shè)woban無(wú)線前端的無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)采用tdma的方式共享信道，數(shù)據(jù)包在wmn中無(wú)線鏈路的時(shí)延主要包括四個(gè)方面：傳播時(shí)延、傳輸時(shí)延、時(shí)隙同步時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延。

則對(duì)于任意一條無(wú)線鏈路u-v的時(shí)延duv可通過(guò)公式(1)計(jì)算。

其中，1/μ表示數(shù)據(jù)包平均長(zhǎng)度，cuv表示鏈路u-v的有效容量，λuv為鏈路u-v上的數(shù)據(jù)包密度。

2)光纖鏈路時(shí)延

根據(jù)動(dòng)態(tài)帶寬分配算法(dynamicbandwidthallocation,dba)，woban后端的pon網(wǎng)絡(luò)上行傳輸采用時(shí)分復(fù)用的方式傳輸數(shù)據(jù)，下行傳輸采用廣播的方式傳輸數(shù)據(jù)。

①onu到olt的上行時(shí)延

上行傳輸時(shí)，所有onu通過(guò)時(shí)分復(fù)用的形式共享上行信道，每個(gè)onu只能在olt授權(quán)的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送上行數(shù)據(jù)和request信息。request信息中包含了onu的隊(duì)列長(zhǎng)度，表示該onu在下一個(gè)輪詢周期期望發(fā)送的帶寬。假設(shè)onu內(nèi)部隊(duì)列的調(diào)度采用fifo機(jī)制，根據(jù)dba算法，一個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)onu后，onu和olt的整個(gè)交互過(guò)程如圖3所示。

則數(shù)據(jù)包從onu到olt的總時(shí)延tonu,olt如公式(2)所示。

tonu,olt＝tr+tg+ts+tq+tp(2)

tr為數(shù)據(jù)包到達(dá)和發(fā)送第一個(gè)request信息之間的時(shí)間。其均值可通過(guò)公式(3)計(jì)算，其中tcycle為輪詢周期。

e[tr]＝e[tcycle]/2(3)

tg為發(fā)送第一個(gè)request信息到接收到可以發(fā)送該數(shù)據(jù)包的grant信息之間的時(shí)間。如圖4所示，在負(fù)載較高的情況下，當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)，隊(duì)列中已有較多的數(shù)據(jù)包，在一個(gè)輪詢周期中，onu無(wú)法發(fā)送全部數(shù)據(jù)包，因此tg可能包含多個(gè)輪詢周期。若onu沒有將隊(duì)列中的數(shù)據(jù)包全部發(fā)送出去，則此時(shí)onu必然被授予了最大的授權(quán)帶寬wmax，則tg的均值可通過(guò)公式(4)計(jì)算。

其中，q為onu的隊(duì)列長(zhǎng)度，表示數(shù)據(jù)包到達(dá)onu后，發(fā)送第一個(gè)request信息前接收到的grant信息中包含的授權(quán)帶寬。為該onu獲得授權(quán)帶寬的均值。

ts為接收到該數(shù)據(jù)包的grant信息后，等待授權(quán)時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間，由于dba算法只在該onu的授權(quán)時(shí)隙到來(lái)之前發(fā)送grant信息，因此ts非常小，可以忽略不計(jì)。

tq為授權(quán)時(shí)隙到來(lái)后，發(fā)送隊(duì)列中該數(shù)據(jù)包之前的數(shù)據(jù)所需時(shí)間。tq可通過(guò)公式(5)計(jì)算，其中ro為光纖的傳輸速率。

tp為數(shù)據(jù)包在光釬鏈路上的傳播時(shí)延。其均值如公式(6)所示，其中，rtt為onu的往返時(shí)延。

e[tp]＝rtt/2(6)

因此，數(shù)據(jù)包從onu到olt的上行總時(shí)延tonu,olt可表示為公式(7)。

在公式(7)中，由于輪詢周期長(zhǎng)度的均值e[tcycle]和授權(quán)帶寬的均值還未知，因此暫時(shí)還不能得到上行時(shí)延，本發(fā)明將利用排隊(duì)理論求出e[tcycle]和

假設(shè)第i個(gè)onu的數(shù)據(jù)包到達(dá)服從泊松分布，其到達(dá)率為λi，數(shù)據(jù)包的平均長(zhǎng)度為1/μ，wi(k)為onui在第k個(gè)輪詢周期中的授權(quán)帶寬，vi(k)為onui第k個(gè)輪詢周期中向olt申請(qǐng)的帶寬，ni(t)表示onui在時(shí)間t內(nèi)到達(dá)的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。如圖5所示，onui的第k個(gè)輪詢周期長(zhǎng)度為假設(shè)第k+1個(gè)輪詢周期向olt申請(qǐng)的帶寬大小主要取決于前一輪詢周期內(nèi)到達(dá)的數(shù)據(jù)量，如圖5中，onu1的第0個(gè)輪詢周期中到達(dá)的數(shù)據(jù)包，在第1個(gè)輪詢周期中向olt申請(qǐng)帶寬。

對(duì)于onui在第k個(gè)輪詢周期中到達(dá)數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)為n的概率為公式(8)所示。

則onui在第k個(gè)輪詢周期中到達(dá)數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)的均值為公示(9)所示。

在第k+1個(gè)輪詢周期，onui申請(qǐng)的帶寬大小為公式(10)所示。

根據(jù)接收到所有onu的lsa，可以計(jì)算出任意一個(gè)onu的e[v(k+1)]。將所有的onu分為兩組：高負(fù)載onu(highloadonu，hlonu)和低負(fù)載onu(lowloadonu，llonu)。其中集合hlonu中的onu滿足e[vi(k+1)]＞wmax，llonu中的onu滿足e[vi(k+1)]≤wmax。

a)當(dāng)且時(shí)，即所有onu處于低負(fù)載狀態(tài)，且滿足e[vi(k+1)]≤wmax。

此時(shí)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較小，onui在第k+2個(gè)輪詢周期所獲得的授權(quán)帶寬應(yīng)等于第k+1個(gè)輪詢周期申請(qǐng)的帶寬，即公式(11)所示。

e[wi(k+2)]＝e[vi(k+1)](11)

第k+2個(gè)輪詢周期長(zhǎng)度可表示為公示(12)，其中k為onu的個(gè)數(shù)，tg表示保護(hù)時(shí)隙。

在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，不同輪詢周期長(zhǎng)度的均值應(yīng)相等，即

則公式(12)可化簡(jiǎn)為。

因此可以得到，輪詢周期的均值e[tcycle]為公式(15)所示。

b)當(dāng)且時(shí)。

onui在第k+2個(gè)輪詢周期所獲得的授權(quán)帶寬e[wi(k+2)]應(yīng)滿足公式(16)。

第k+2個(gè)輪詢周期長(zhǎng)度如公式(17)所示。

同理，在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，不同輪詢周期長(zhǎng)度的均值應(yīng)相等，則上式可簡(jiǎn)化為公式(18)。其中|hlonu|為集合hlonu中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

c)當(dāng)且時(shí)，即所有onu處于高負(fù)載狀態(tài)，且滿足e[vi(k+1)]＞wmax。

onui在第k+2個(gè)輪詢周期所獲得的授權(quán)帶寬如公式(19)所示。

e[wi(k+2)]＝wmax(19)

同理可以得到，輪詢周期的均值e[tcycle]為。

綜上所述，onui輪詢周期長(zhǎng)度的均值e[tcycle]為公式(21)所示。

onui所獲得授權(quán)帶寬的均值為公式(22)所示。

根據(jù)公式(22)、公式(23)和公式(7)，即可求出onu到olt的上行時(shí)延tonu,olt。

②olt到onu的下行時(shí)延

olt到onu的下行時(shí)延包括了傳輸時(shí)延和傳播時(shí)延。當(dāng)olt到各個(gè)onu之間的鏈路容量相等時(shí)，對(duì)于任意的一個(gè)數(shù)據(jù)包，其到每一個(gè)onu的傳輸時(shí)延都相等，因此本文不考慮傳輸時(shí)延。則下行時(shí)延tolt,onu如公式(23)所示。

其中為olt到onui的光纖鏈路長(zhǎng)度，soptical為光信號(hào)在光纖中的傳播速度。

3.并行路徑計(jì)算階段：本發(fā)明重復(fù)利用dijkstra最短路徑算法找出具有最小時(shí)延的onu分離的并行路徑。

1)計(jì)算并行路徑數(shù)n

設(shè)業(yè)務(wù)要求的可靠度為r，每條無(wú)線鏈路的誤碼率相同為每條光纖鏈路的誤碼率相同為每個(gè)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度相同且為l。則數(shù)據(jù)包在無(wú)線鏈路上無(wú)差錯(cuò)傳輸?shù)母怕蕄w為。

同理，數(shù)據(jù)包在光纖鏈路上無(wú)差錯(cuò)傳輸?shù)母怕蕄o為。

由于無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)到不同onu的跳數(shù)不同，為了簡(jiǎn)化運(yùn)算，設(shè)為無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)到不同onu跳數(shù)的平均值，如公式(26)所示，其中|w|為網(wǎng)絡(luò)中onu的個(gè)數(shù)，hi為無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)到第i個(gè)onu的最短跳數(shù)。

對(duì)于任意一條路徑p，包含跳無(wú)線鏈路和1跳光纖鏈路，數(shù)據(jù)包成功傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)的概率為

由于配線光纖故障、onu故障、無(wú)線節(jié)點(diǎn)和無(wú)線鏈路等故障都將導(dǎo)致一條路徑的失效，考慮任意一條路徑失效后，目的節(jié)點(diǎn)仍然能夠成功解碼出原始數(shù)據(jù)包。因此至少有n-1條路徑成功傳輸，目的節(jié)點(diǎn)才能成功解碼出原始數(shù)據(jù)包。則n條并行路徑的可靠度r′為公式(28)所示。

n條并行路徑的可靠度應(yīng)滿足r′≥r，因此有

根據(jù)公示(29)即可求出滿足可靠度r的并行路徑數(shù)n。

2)尋找n條并行路徑

首先初始化輔助圖g′，輔助圖包含了所有的光纖鏈路以及無(wú)線鏈路。在g′中使用dijkstra最短路徑算法計(jì)算出從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)(無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)到olt或相反方向)的第1條路徑，然后更新g′，在g′中刪除第1條路徑所經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)間的鏈路(雙向鏈路都要?jiǎng)h除)。在更新后的g′中繼續(xù)使用dijkstra最短路徑算法計(jì)算出第2條路徑，如此循環(huán)n次，即可計(jì)算出n條onu分離的并行路徑。

4.冗余編碼傳輸階段：源節(jié)點(diǎn)采用冗余編碼將m個(gè)原始數(shù)據(jù)包編碼成m個(gè)編碼數(shù)據(jù)包，并根據(jù)數(shù)據(jù)包流量分配方案將數(shù)據(jù)包發(fā)送到n條并行路徑中。若中間節(jié)點(diǎn)為多條路徑的交叉節(jié)點(diǎn)，則對(duì)較短時(shí)間τ內(nèi)接收到同一組中的k個(gè)編碼數(shù)據(jù)包進(jìn)行再編碼。當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)接從n條并行路徑中接收到m個(gè)線性無(wú)關(guān)的編碼數(shù)據(jù)包后，即可成功解碼并恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)包。

1)最優(yōu)數(shù)據(jù)包流量分配方案

編碼數(shù)據(jù)包的流量分配問(wèn)題即如何將m個(gè)編碼數(shù)據(jù)包分配到n條路徑中。由于配線光纖、onu或者無(wú)線鏈路等發(fā)生故障后整條路徑上的編碼數(shù)據(jù)包將無(wú)法傳輸?shù)給lt，而n條路徑中流量分配具有差異性，每條路徑上的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)不相同，因此損失的編碼數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)也不相同。為了在保證olt能夠在系統(tǒng)發(fā)生故障后收到m個(gè)線性無(wú)關(guān)的編碼數(shù)據(jù)包，在不同的流量分配方案下，所需編碼數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)m不同。同時(shí)在相同的編碼數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)m的情況下，不同的流量分配方案也將影響olt是否能夠成功接收到m個(gè)線性無(wú)關(guān)的編碼數(shù)據(jù)包。

因此本發(fā)明的主要目標(biāo)是在配線光纖、onu和無(wú)線鏈路發(fā)生故障的情況下，保證olt能成功解碼恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)包的基礎(chǔ)上，尋找最優(yōu)的流量分配方案使編碼數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)m最小。

假設(shè)原始數(shù)據(jù)包為m個(gè)，經(jīng)過(guò)隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼后產(chǎn)生m個(gè)編碼數(shù)據(jù)包，所有編碼數(shù)據(jù)包都是線性無(wú)關(guān)的。nk代表第k條并行路徑，xk代表并行路徑nk上傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。則有公式(30)所示。

x1+x2+…+xk+…+xn＝m,1≤k≤n(30)

假設(shè)任何一條路徑中的配線光纖、onu或者無(wú)線鏈路發(fā)生故障后，該路徑上傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)包將全部丟失。同時(shí)并行路徑中的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)按照升序排列，如公式(31)所示。

0＜x1≤x2≤…≤xk≤…≤xn＜m,1≤k≤n(31)

根據(jù)公式(30)和公式(31)有

x1+x2+…+xk+…+xn＝m≤n·xn(32)

可以得到

xmax＝xn≥m/n(33)

同理可以得到

xmin＝x1≤m/n(34)

在不考慮鏈路丟包的情況下，當(dāng)n條并行路徑中任意一條路徑失效后，目的節(jié)點(diǎn)仍然能夠解碼恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)，則任意n-1條路徑中傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)包總數(shù)應(yīng)大于或等于m。

當(dāng)路徑nn失效后，要保證目的節(jié)點(diǎn)能成功解碼，則其余n-1條鏈路上傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)包總數(shù)應(yīng)滿足公式(35)。

x1+x2+…+xk+…+xn-1＝m-xn≥m(35)

即

m≥m+xn≥m+m/n(36)

因此可以得到當(dāng)xn＝m/n時(shí)，可使編碼數(shù)據(jù)包數(shù)m最小。

同理可以得到公式(37)，即每條并行路徑上的編碼數(shù)據(jù)包數(shù)相等時(shí)，可在任意一條并行路徑失效后，目的節(jié)點(diǎn)能成功解碼恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)包的基礎(chǔ)上，所需編碼數(shù)據(jù)包數(shù)m最小。

x1＝x2＝…＝xk＝…＝xn＝m/n(37)

2)最優(yōu)數(shù)編碼數(shù)據(jù)包數(shù)m

假設(shè)p＝{p1,p2,…,pn}為n條并行路徑的集合，其中pi＝{e1,e2,…}為第i并行條路徑的鏈路集合。在不考慮無(wú)線鏈路丟包時(shí)，任意n-1條路徑中傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)包總數(shù)應(yīng)大于或等于m，根據(jù)公式(35)和公式(37)可以得到公式(38)。

即：

為了減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，取m的最小值，即編碼數(shù)據(jù)包數(shù)m的最小值如公式(40)所示。

則每條路徑上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包個(gè)數(shù)為

由于每一條無(wú)線鏈路都存在丟包的情況(假設(shè)光纖鏈路不存在丟包)，當(dāng)出現(xiàn)丟包后，會(huì)導(dǎo)致目的節(jié)點(diǎn)從n-1條路徑中接收到少于m個(gè)編碼數(shù)據(jù)包，從而不能成功解碼，因此為了使發(fā)送故障后目的節(jié)點(diǎn)能成功解碼，則目的節(jié)點(diǎn)在丟包后應(yīng)仍然能夠接收到至少m個(gè)編碼數(shù)據(jù)包。

目的節(jié)點(diǎn)從每條并行路徑上應(yīng)至少接收到m/n-1個(gè)編碼數(shù)據(jù)包，因此必須針對(duì)每條并行路徑上的丟包情況，增加該路徑上傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，以使目的節(jié)點(diǎn)在每條并行路徑上能接收到至少m/n-1個(gè)編碼數(shù)據(jù)包。

令ei為路徑pi＝{e1,e2,…}中第i條鏈路的丟包率，則對(duì)于任意一個(gè)數(shù)據(jù)包，其成功傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)的概率為公式(42)所示。

令x′i為考慮丟包率后第i條路徑傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，則成功到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)應(yīng)大于或等于m/n-1，如公式(43)所示。

根據(jù)公式(44)可以得到每條并行路徑上至少應(yīng)該傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)

則在考慮丟包的情況下，總的編碼數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)m如公式(45)所示。

3)進(jìn)行冗余編碼

源節(jié)點(diǎn)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包按照每組m個(gè)進(jìn)行分組，分別用x1,x2,…,xm來(lái)表示這m個(gè)原始數(shù)據(jù)包。從有限域fq中隨機(jī)選取m組隨機(jī)數(shù)構(gòu)成作為編碼系數(shù)，每組包含m個(gè)隨機(jī)數(shù)構(gòu)成編碼向量ai＝(ξ1,ξ2,……,ξm)。用y1,y2,…,ym表示m個(gè)編碼數(shù)據(jù)包，其中m＞m。則編碼過(guò)程可表示為公式(46)所示。

當(dāng)生成m個(gè)編碼數(shù)據(jù)包后，源節(jié)點(diǎn)將m個(gè)編碼數(shù)據(jù)包通過(guò)n條路徑傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)。目的節(jié)點(diǎn)接收到m個(gè)線性無(wú)關(guān)的編碼數(shù)據(jù)包之后，根據(jù)公式(47)，即可恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)包。

最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。