激光與RF 鏈路融合異質(zhì)通信網(wǎng)絡構(gòu)建策略

郭子銘

（江蘇師范大學，江蘇 徐州 221000）

0 引 言

隨著信息通信技術(shù)的發(fā)展，異質(zhì)通信網(wǎng)絡作為一種綜合多種通信技術(shù)的網(wǎng)絡模型，引起人們的廣泛關注。在異質(zhì)通信網(wǎng)絡中，激光通信和射頻（Radio Frequency，RF）通信是兩種主要的傳輸方式，具有獨特的優(yōu)勢。激光通信具有高帶寬、低時延的特點，適用于大容量數(shù)據(jù)傳輸；RF 通信則具有較好的穿透性，適用于復雜的環(huán)境。為充分發(fā)揮這兩種技術(shù)的優(yōu)勢，提升通信網(wǎng)絡的綜合性能，文章探索了激光與RF 鏈路融合的構(gòu)建策略[1]。激光與RF 鏈路融合在異質(zhì)通信網(wǎng)絡中具有巨大的應用潛力，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸和廣泛的通信覆蓋。然而由于激光通信和RF 通信存在技術(shù)差異，需要深入研究融合策略，以解決存在的問題。文章從激光與RF 鏈路的性能特點入手，分析其優(yōu)勢互補性，然后提出一種創(chuàng)新的融合策略，實現(xiàn)異質(zhì)通信網(wǎng)絡的高效構(gòu)建與優(yōu)化。

1 異質(zhì)通信網(wǎng)絡存在的問題

1.1 鏈路異構(gòu)帶來的問題

首先，接口不兼容。由于不同鏈路采用的通信協(xié)議和標準不同，接口存在顯著差異，使數(shù)據(jù)在不同鏈路之間傳輸困難，增加了通信設備的設計和制造成本，限制了網(wǎng)絡設備之間的互操作性，阻礙異質(zhì)網(wǎng)絡實現(xiàn)無縫連接。

其次，參數(shù)不匹配。不同鏈路的物理特性和技術(shù)規(guī)范存在差異，導致參數(shù)設置存在差異。例如，某一鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率與另一鏈路不匹配，會造成數(shù)據(jù)丟失或傳輸延遲。這種不匹配不僅降低了通信質(zhì)量，而且增大了網(wǎng)絡管理的復雜性，需要采取額外的措施來調(diào)整參數(shù)設置。

最后，鏈路切換困難。在異質(zhì)網(wǎng)絡中，不同鏈路之間存在差異，用戶設備或系統(tǒng)在切換鏈路時，存在無法平滑過渡的情況，會導致通信中斷、數(shù)據(jù)丟失或性能下降，從而影響用戶體驗。

在解決這一問題時，需要設計切換算法和機制，確保即便是切換鏈路時，仍能維持通信連接的穩(wěn)定性和可靠性[2]。

1.2 資源管理問題

首先，聯(lián)合資源認知能力不足。異質(zhì)網(wǎng)絡中存在不同類型的鏈路設備，如果缺乏足夠的資源認知能力，就難以全面了解各個鏈路的實時狀態(tài)和可用資源，導致資源分配缺乏智能性和高效性。

其次，跨鏈路調(diào)度策略不足。異質(zhì)網(wǎng)絡中的不同鏈路，采用各自獨立的調(diào)度策略，缺乏協(xié)同工作，導致資源利用率低下和性能優(yōu)化困難，網(wǎng)絡無法統(tǒng)一調(diào)度和管理跨鏈路的資源，缺乏整體的優(yōu)化機制。

最后，業(yè)務感知不足。在異質(zhì)通信網(wǎng)絡中，由于資源的多樣性和復雜性，網(wǎng)絡難以全面感知各種業(yè)務需求。在分配資源時，難以充分考慮不同業(yè)務的實際資源需求，導致某些業(yè)務存在性能下降或者資源浪費的問題。

在解決這些問題時，需要引入資源感知和調(diào)度算法，實現(xiàn)對異質(zhì)網(wǎng)絡資源的智能管理和優(yōu)化。通過增強聯(lián)合資源認知能力，設計協(xié)同跨鏈路調(diào)度策略，加強對業(yè)務的感知，可以提高整體性能和資源利用效率，確保網(wǎng)絡能夠更有效地滿足不同業(yè)務的需求。

1.3 性能保障問題

首先，難以保障不同鏈路的服務質(zhì)量（Quality of Service，QoS）。異質(zhì)網(wǎng)絡中的鏈路采用不同的傳輸技術(shù)和協(xié)議，導致一些鏈路的性能較差，降低了關鍵應用的服務質(zhì)量，特別是對延遲敏感的應用。

其次，鏈路容錯恢復能力差。在異質(zhì)通信網(wǎng)絡中，鏈路容易受到各種干擾和故障影響，但是不同鏈路的容錯機制和恢復策略存在差別，在面對鏈路故障時，網(wǎng)絡難以有效實現(xiàn)容錯和恢復，導致通信中斷和服務不穩(wěn)定。

最后，漫游性能無法滿足需求。用戶設備在異質(zhì)網(wǎng)絡中，需要進行漫游來保持連續(xù)的通信，但是不同鏈路存在技術(shù)差異和協(xié)議不一致的問題，漫游性能難以滿足用戶需求，導致漫游過程中存在數(shù)據(jù)丟失、連接延遲等問題，降低用戶體驗。

在解決這些問題時，需要采用統(tǒng)一的QoS 管理機制，加強鏈路容錯技術(shù)的研發(fā)和應用，以及優(yōu)化漫游算法，確保在異質(zhì)通信網(wǎng)絡中能夠提供穩(wěn)定、高效的性能保障。

2 融合異質(zhì)通信網(wǎng)絡構(gòu)建策略

2.1 激光與RF 鏈路融合網(wǎng)絡架構(gòu)

2.1.1 網(wǎng)絡層次框架構(gòu)建

在融合異質(zhì)通信網(wǎng)絡構(gòu)建策略中，網(wǎng)絡架構(gòu)的設計十分重要，構(gòu)建合理的網(wǎng)絡層次框架是網(wǎng)絡架構(gòu)設計的核心。網(wǎng)絡框架的設計應在充分考慮激光與RF 鏈路的異質(zhì)特性的基礎上，實現(xiàn)兩者的融合和協(xié)同工作。網(wǎng)絡層次框架應該備高度靈活性，以適應不同通信需求和環(huán)境條件。在核心區(qū)域，可以采用激光鏈路提供高帶寬、低時延的數(shù)據(jù)傳輸服務；而在邊緣區(qū)域，可以通過RF 鏈，擴大通信范圍。合理劃分網(wǎng)絡層次，實現(xiàn)激光與RF 鏈路的有機融合，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢。網(wǎng)絡層次框架需要考慮空間資源的映射機制，以最大限度地提高系統(tǒng)的空間利用率。通過對激光與RF 鏈路的空間資源進行映射，可以確保系統(tǒng)在不同區(qū)域和場景中靈活調(diào)整鏈路配置，以適應網(wǎng)絡的實時變化。采用智能算法和空間資源管理技術(shù)，可以優(yōu)化資源的分布和利用。

2.1.2 空間資源映射機制

在異質(zhì)通信網(wǎng)絡的構(gòu)建策略中，空間資源映射機制是網(wǎng)絡架構(gòu)設計中的關鍵組成部分。該機制通過合理分配和映射激光與RF 鏈路在空間中的資源，提高系統(tǒng)空間利用率，以適應不同的地理位置和通信需求。首先，空間資源映射機制，需要考慮激光和RF鏈路在不同空間維度上的特性。激光通信通常受限于直線傳播，適用于點對點通信和特定方向的數(shù)據(jù)傳輸，因此在網(wǎng)絡設計中需要考慮激光鏈路的覆蓋范圍和傳輸方向。相比之下，RF 通信具有更好的穿透性和廣覆蓋性，適用于廣泛的空間場景。其次，通過智能算法和資源管理技術(shù)，利用空間資源映射機制動態(tài)調(diào)整與映射激光和RF 鏈路[3]。根據(jù)實時環(huán)境變化和通信需求，系統(tǒng)可以調(diào)整鏈路的方向、角度及覆蓋范圍，以滿足不同區(qū)域的通信需求。最后，空間資源映射機制需要綜合考慮通信系統(tǒng)的能源效率和成本問題。通過優(yōu)化激光與RF 鏈路在空間中的布局，系統(tǒng)可以降低能耗并提高資源的利用效率，包括在特定區(qū)域調(diào)整鏈路的工作狀態(tài)和在高負載時合理分配資源，以降低系統(tǒng)運行成本。

2.2 異質(zhì)網(wǎng)絡資源協(xié)同管理

2.2.1 鏈路狀態(tài)信息獲取與更新機制構(gòu)建

在異質(zhì)通信網(wǎng)絡的構(gòu)建策略中，鏈路狀態(tài)信息獲取與更新機制的構(gòu)建，是實現(xiàn)資源協(xié)同管理的重要一環(huán)。該機制通過實時監(jiān)測和維護激光與RF 鏈路的狀態(tài)信息，為系統(tǒng)提供準確的鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)，以支持智能資源分配和優(yōu)化的決策。構(gòu)建鏈路狀態(tài)信息獲取與更新機制，需要利用先進的監(jiān)測技術(shù)，實時獲取激光與RF 鏈路的關鍵性能參數(shù)，包括信號強度、信噪比及傳輸時延等指標。通過在網(wǎng)絡中部署傳感器和監(jiān)測設備，系統(tǒng)能夠定期采集鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)，全面了解網(wǎng)絡實時狀況。此外，構(gòu)建這一機制，需要考慮鏈路狀態(tài)信息的更新頻率和精度。不同場景和應用會對鏈路狀態(tài)的實時性和準確性帶來不同的要求，因此需要靈活設置監(jiān)測間隔和采樣精度，以平衡鏈路狀態(tài)信息的及時性和資源開銷。在構(gòu)建過程中，采用自適應算法和機器學習技術(shù)，可以提高鏈路狀態(tài)信息的智能化程度。系統(tǒng)可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實時觀測結(jié)果，自動調(diào)整監(jiān)測策略，優(yōu)化鏈路狀態(tài)信息的獲取過程，從而提升系統(tǒng)的自適應性，適應不同的通信環(huán)境和變化[4]。

2.2.2 基于業(yè)務優(yōu)先級的資源調(diào)度技術(shù)

基于業(yè)務優(yōu)先級的資源調(diào)度技術(shù)，在異質(zhì)通信網(wǎng)絡中扮演著關鍵角色。該技術(shù)通過分類業(yè)務，確定業(yè)務的優(yōu)先級。不同的通信業(yè)務對帶寬、時延等性能指標有著不同的要求，因此需要劃分業(yè)務的優(yōu)先級，以滿足不同應用場景的需求。例如，對于實時視頻通話這類對時延敏感的業(yè)務，系統(tǒng)可以賦予較高的優(yōu)先級；對于文件下載等對時延要求相對較低的業(yè)務，則可以賦予較低的優(yōu)先級。此外，使用智能算法和機器學習技術(shù)，系統(tǒng)能夠根據(jù)業(yè)務的實時需求和網(wǎng)絡狀況，動態(tài)調(diào)整激光與RF 鏈路的資源分配比例。這使得系統(tǒng)能夠更加靈活地適應不同業(yè)務場景的變化，優(yōu)先滿足高優(yōu)先級業(yè)務的需求，從而提高網(wǎng)絡的整體效率。

2.3 異質(zhì)網(wǎng)絡切換保障技術(shù)

2.3.1 軟切換決策算法

在異質(zhì)網(wǎng)絡切換保障技術(shù)中，軟切換決策算法是一項關鍵技術(shù)，它可以通過智能決策，在激光與RF 鏈路之間實現(xiàn)平滑、靈活及無縫的切換，以提升通信系統(tǒng)的性能。首先，軟切換決策算法基于實時的鏈路狀態(tài)信息進行決策。軟切換決策算法通過監(jiān)測激光與RF 鏈路的信號質(zhì)量、時延、帶寬利用率等關鍵指標，評估當前鏈路的性能，并根據(jù)預設的切換策略，做出合適的軟切換決策。該過程涉及智能算法的運用，如基于模型的決策算法、強化學習等，可以提高決策的準確性和實時性。其次，軟切換決策算法需要考慮多個因素。切換的決策不僅基于鏈路的性能，還要考慮業(yè)務的優(yōu)先級、用戶的移動情況、系統(tǒng)負載等因素。在切換過程中，需要綜合考慮多種因素，設計合適的權(quán)衡策略，獲得最優(yōu)的網(wǎng)絡性能和用戶體驗。最后，軟切換決策算法需具備自適應性。通信環(huán)境隨時可能發(fā)生變化，因此軟切換決策算法需要根據(jù)實時的網(wǎng)絡狀態(tài)和用戶需求，動態(tài)調(diào)整切換策略，確保算法在不同環(huán)境下都能做出有效的切換決策[5]。

2.3.2 切換過程中的業(yè)務保障

在激光與RF 鏈路之間進行切換時，確保各通信業(yè)務能夠在切換過程中得到有效保障，從而提供穩(wěn)定的用戶體驗。首先，為保障業(yè)務連續(xù)性，需要采用漸進式切換策略提供業(yè)務保障。這意味著在切換開始前，系統(tǒng)可以逐步將流量從一個鏈路切換到另一個鏈路，而不是突然進行切換。這樣可以避免在切換瞬間造成通信中斷，提升業(yè)務的可靠性。其次，業(yè)務保障需要考慮不同業(yè)務的特性和要求。對于實時性要求高的業(yè)務，如視頻通話，系統(tǒng)需要優(yōu)先選擇激光鏈路，以確保低時延和高質(zhì)量的通信；對于時延要求相對較低的業(yè)務，如文件傳輸，可以采用更靈活的切換策略，以提高整體網(wǎng)絡的利用率。最后，業(yè)務保障需具備智能調(diào)度和資源分配能力。在切換過程中，系統(tǒng)需要動態(tài)調(diào)整激光和RF 鏈路的資源分配，以滿足不同業(yè)務的需求。通過使用智能算法和機器學習技術(shù)，系統(tǒng)可以實時監(jiān)測業(yè)務流量和鏈路狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整資源分配策略，確保業(yè)務在切換過程中得到最佳的服務質(zhì)量。

3 結(jié) 論

文章通過構(gòu)建激光與RF 鏈路融合的網(wǎng)絡架構(gòu)，實現(xiàn)網(wǎng)絡層次框架的建設和空間資源映射機制的優(yōu)化。在異質(zhì)網(wǎng)絡資源協(xié)同管理方面，引入鏈路狀態(tài)信息獲取與更新機制，采用基于業(yè)務優(yōu)先級的資源調(diào)度技術(shù)，提高資源利用效率。在異質(zhì)網(wǎng)絡切換保障技術(shù)方面，采用軟切換決策算法，確保切換過程中業(yè)務的穩(wěn)定傳輸，為用戶提供無縫銜接的通信體驗。這一綜合構(gòu)建策略在提升異質(zhì)通信網(wǎng)絡整體性能的同時，可以更好地應對鏈路異構(gòu)、資源管理及性能保障等方面的挑戰(zhàn)。通過協(xié)同管理和優(yōu)化網(wǎng)絡資源，激光與RF 鏈路的融合實現(xiàn)了更高效的數(shù)據(jù)傳輸和更靈活的網(wǎng)絡切換。這一策略為異質(zhì)通信網(wǎng)絡的未來發(fā)展奠定了基礎，同時為推動通信技術(shù)的創(chuàng)新和進步提供了有力支持。