基于软件定义的智能光载无线组网模型与控制机理研究

In the process of radio over fiber system, the amount and kinds of transport devices and supporting services have been expanded more and more. The limited scale extension as well as the resources utilization’s inefficiencies is forming a crucial challenge which we have to be faced with. All of those described above force the transition of current radio over fiber from “closed system” to “open networking” and from “rigid configuration” to “elastic control”. This project focuses on the forefront of radio over fiber networking and control technologies with regards to the national strategic development requirements, puts forward an innovative solution which is so-called Software Defined Network based Smart Radio over Fiber Networking (S-ROFN for short) to against those key science problems about the competition game of service complexity and limited spectrum, and low complex multidimensional resource optimization with multiple constraints. Networking model and control mechanism of S-ROFN are mainly researched and three difficult key points will be overcome, which are software defined service processing, resource scheduling, and transport equipment. In order to soften and publish the network control architecture and further the state of current network elements to be reconfigurable and controlled via programming, we will concentrate on comprehensive combination of the process of microwave photonic modules scheduling and service-oriented cognition, and lightwave and microwave resources optimization dynamic networking with system analysis, network organization modeling and protocol emulation, etc. Then achieve the best coupling of dynamic service requirement and open resource control method and provide the theories basis for the development of S-ROFN.

在光载无线技术的发展过程中，传输设备种类繁多、支撑业务愈发多样、节点数量逐渐增大，由此产生了光载无线所面临的规模扩展受限与资源利用低效的挑战，迫使光载无线由封闭系统到开放组网、由僵化配置到灵活控制发展。本项目立足光载无线通信组网与控制领域前沿和国家战略发展需要，针对组网应用过程中多样业务对有限频谱竞争博弈、多约束低复杂多维资源优化的关键科学问题，提出了一种基于软件定义的智能光载无线网络新型体系结构，重点研究基于软件定义智能光载无线组网模型与控制机理，攻克可软件定义的业务处理、资源调度及传输设备等研究难点。以控制体系开放灵活的视角，借助网络元素可重构、可编程控制思想，将微波光子模块调谐过程与面向业务认知和光波微波资源优化的动态组网有机结合，采用系统分析、组网建模、协议仿真等多种手段，实现业务动态需求与开放资源控制的最佳适配，为智能光载无线网络的发展奠定理论基础。

随着光载无线技术的快速发展，设备种类繁多、业务愈发多样、节点数量激增，产生了光载无线所面临的规模扩展受限与资源利用低效难题，迫使光载无线由封闭系统到开放组网、由僵化配置到灵活控制发展。.本项目针对上述科学问题，提出了基于软件定义的智能光载无线网络架构，开展了组网结构、业务认知、资源调度及传输设备的系列研究工作，重点攻克了基于软件定义的可重构智能光载无线组网结构、针对业务认知的智能光载无线频谱控制模型、面向跨层优化的光波微波资源联合调度算法、智能光载无线网络可调谐载波交换模块等四个技术要点，形成了对应研究内容的四项创新成果：1）针对规模扩展受限问题，提出了基于软件定义的云光载无线组网架构，设计了可重构光与无线异构融合网络统一控制机制，解决了光载无线网络控制僵化的问题。2）从业务特征需求出发，提出了基于深度学习的流量预测机制，针对探知与预测结果，设计了网络中频谱控制优化方法，提出了基于迁移学习的多维资源分配机制，实现了业务对资源的最优适配。3）针对资源利用低效问题，提出了多维资源动态联合调度算法，设计了基于软件定义的泛在光接入与微云模型，提出了基于雾计算的光载无线网络模型，降低了业务响应时延，提升服务质量。4）从传输设备层需求出发，提出了基于多维资源聚合的可重构光载无线选择交换机制，设计了基于区块链的云光载无线可信认证机制，解决了光载无线设备灵活交换问题。.依托上述创新成果，发表IEEE Commun. Mag.、Opt. Express等SCI论文20篇，包含一区论文2篇、二区论文5篇，最高影响因子10.435；发表EI论文18篇，包含OFC/ECOC/ICC领域顶级会议8篇；出版专著入选“十二五”国家重点出版物出版规划项目。申请专利11项，授权专利15项，提交国际标准提案3篇。成果被多位国家工程院院士和IEEE Fellow正面评价，获中国电子学会优秀博士学位论文奖和IEEE ICOCN2017青年科学家奖，参与获得中国电子学会技术发明奖一等奖和中国通信学会科技进步奖一等奖，并入选中国科协青年人才托举工程、博士后创新人才支持计划及北京市优秀人才培养资助。