激光与RF 链路融合异质通信网络构建策略

郭子铭

（江苏师范大学，江苏 徐州 221000）

0 引 言

随着信息通信技术的发展，异质通信网络作为一种综合多种通信技术的网络模型，引起人们的广泛关注。在异质通信网络中，激光通信和射频（Radio Frequency，RF）通信是两种主要的传输方式，具有独特的优势。激光通信具有高带宽、低时延的特点，适用于大容量数据传输；RF 通信则具有较好的穿透性，适用于复杂的环境。为充分发挥这两种技术的优势，提升通信网络的综合性能，文章探索了激光与RF 链路融合的构建策略[1]。激光与RF 链路融合在异质通信网络中具有巨大的应用潜力，能够实现高效的数据传输和广泛的通信覆盖。然而由于激光通信和RF 通信存在技术差异，需要深入研究融合策略，以解决存在的问题。文章从激光与RF 链路的性能特点入手，分析其优势互补性，然后提出一种创新的融合策略，实现异质通信网络的高效构建与优化。

1 异质通信网络存在的问题

1.1 链路异构带来的问题

首先，接口不兼容。由于不同链路采用的通信协议和标准不同，接口存在显著差异，使数据在不同链路之间传输困难，增加了通信设备的设计和制造成本，限制了网络设备之间的互操作性，阻碍异质网络实现无缝连接。

其次，参数不匹配。不同链路的物理特性和技术规范存在差异，导致参数设置存在差异。例如，某一链路的数据传输速率与另一链路不匹配，会造成数据丢失或传输延迟。这种不匹配不仅降低了通信质量，而且增大了网络管理的复杂性，需要采取额外的措施来调整参数设置。

最后，链路切换困难。在异质网络中，不同链路之间存在差异，用户设备或系统在切换链路时，存在无法平滑过渡的情况，会导致通信中断、数据丢失或性能下降，从而影响用户体验。

在解决这一问题时，需要设计切换算法和机制，确保即便是切换链路时，仍能维持通信连接的稳定性和可靠性[2]。

1.2 资源管理问题

首先，联合资源认知能力不足。异质网络中存在不同类型的链路设备，如果缺乏足够的资源认知能力，就难以全面了解各个链路的实时状态和可用资源，导致资源分配缺乏智能性和高效性。

其次，跨链路调度策略不足。异质网络中的不同链路，采用各自独立的调度策略，缺乏协同工作，导致资源利用率低下和性能优化困难，网络无法统一调度和管理跨链路的资源，缺乏整体的优化机制。

最后，业务感知不足。在异质通信网络中，由于资源的多样性和复杂性，网络难以全面感知各种业务需求。在分配资源时，难以充分考虑不同业务的实际资源需求，导致某些业务存在性能下降或者资源浪费的问题。

在解决这些问题时，需要引入资源感知和调度算法，实现对异质网络资源的智能管理和优化。通过增强联合资源认知能力，设计协同跨链路调度策略，加强对业务的感知，可以提高整体性能和资源利用效率，确保网络能够更有效地满足不同业务的需求。

1.3 性能保障问题

首先，难以保障不同链路的服务质量（Quality of Service，QoS）。异质网络中的链路采用不同的传输技术和协议，导致一些链路的性能较差，降低了关键应用的服务质量，特别是对延迟敏感的应用。

其次，链路容错恢复能力差。在异质通信网络中，链路容易受到各种干扰和故障影响，但是不同链路的容错机制和恢复策略存在差别，在面对链路故障时，网络难以有效实现容错和恢复，导致通信中断和服务不稳定。

最后，漫游性能无法满足需求。用户设备在异质网络中，需要进行漫游来保持连续的通信，但是不同链路存在技术差异和协议不一致的问题，漫游性能难以满足用户需求，导致漫游过程中存在数据丢失、连接延迟等问题，降低用户体验。

在解决这些问题时，需要采用统一的QoS 管理机制，加强链路容错技术的研发和应用，以及优化漫游算法，确保在异质通信网络中能够提供稳定、高效的性能保障。

2 融合异质通信网络构建策略

2.1 激光与RF 链路融合网络架构

2.1.1 网络层次框架构建

在融合异质通信网络构建策略中，网络架构的设计十分重要，构建合理的网络层次框架是网络架构设计的核心。网络框架的设计应在充分考虑激光与RF 链路的异质特性的基础上，实现两者的融合和协同工作。网络层次框架应该备高度灵活性，以适应不同通信需求和环境条件。在核心区域，可以采用激光链路提供高带宽、低时延的数据传输服务；而在边缘区域，可以通过RF 链，扩大通信范围。合理划分网络层次，实现激光与RF 链路的有机融合，充分发挥两者的优势。网络层次框架需要考虑空间资源的映射机制，以最大限度地提高系统的空间利用率。通过对激光与RF 链路的空间资源进行映射，可以确保系统在不同区域和场景中灵活调整链路配置，以适应网络的实时变化。采用智能算法和空间资源管理技术，可以优化资源的分布和利用。

2.1.2 空间资源映射机制

在异质通信网络的构建策略中，空间资源映射机制是网络架构设计中的关键组成部分。该机制通过合理分配和映射激光与RF 链路在空间中的资源，提高系统空间利用率，以适应不同的地理位置和通信需求。首先，空间资源映射机制，需要考虑激光和RF链路在不同空间维度上的特性。激光通信通常受限于直线传播，适用于点对点通信和特定方向的数据传输，因此在网络设计中需要考虑激光链路的覆盖范围和传输方向。相比之下，RF 通信具有更好的穿透性和广覆盖性，适用于广泛的空间场景。其次，通过智能算法和资源管理技术，利用空间资源映射机制动态调整与映射激光和RF 链路[3]。根据实时环境变化和通信需求，系统可以调整链路的方向、角度及覆盖范围，以满足不同区域的通信需求。最后，空间资源映射机制需要综合考虑通信系统的能源效率和成本问题。通过优化激光与RF 链路在空间中的布局，系统可以降低能耗并提高资源的利用效率，包括在特定区域调整链路的工作状态和在高负载时合理分配资源，以降低系统运行成本。

2.2 异质网络资源协同管理

2.2.1 链路状态信息获取与更新机制构建

在异质通信网络的构建策略中，链路状态信息获取与更新机制的构建，是实现资源协同管理的重要一环。该机制通过实时监测和维护激光与RF 链路的状态信息，为系统提供准确的链路质量数据，以支持智能资源分配和优化的决策。构建链路状态信息获取与更新机制，需要利用先进的监测技术，实时获取激光与RF 链路的关键性能参数，包括信号强度、信噪比及传输时延等指标。通过在网络中部署传感器和监测设备，系统能够定期采集链路状态数据，全面了解网络实时状况。此外，构建这一机制，需要考虑链路状态信息的更新频率和精度。不同场景和应用会对链路状态的实时性和准确性带来不同的要求，因此需要灵活设置监测间隔和采样精度，以平衡链路状态信息的及时性和资源开销。在构建过程中，采用自适应算法和机器学习技术，可以提高链路状态信息的智能化程度。系统可以根据历史数据和实时观测结果，自动调整监测策略，优化链路状态信息的获取过程，从而提升系统的自适应性，适应不同的通信环境和变化[4]。

2.2.2 基于业务优先级的资源调度技术

基于业务优先级的资源调度技术，在异质通信网络中扮演着关键角色。该技术通过分类业务，确定业务的优先级。不同的通信业务对带宽、时延等性能指标有着不同的要求，因此需要划分业务的优先级，以满足不同应用场景的需求。例如，对于实时视频通话这类对时延敏感的业务，系统可以赋予较高的优先级；对于文件下载等对时延要求相对较低的业务，则可以赋予较低的优先级。此外，使用智能算法和机器学习技术，系统能够根据业务的实时需求和网络状况，动态调整激光与RF 链路的资源分配比例。这使得系统能够更加灵活地适应不同业务场景的变化，优先满足高优先级业务的需求，从而提高网络的整体效率。

2.3 异质网络切换保障技术

2.3.1 软切换决策算法

在异质网络切换保障技术中，软切换决策算法是一项关键技术，它可以通过智能决策，在激光与RF 链路之间实现平滑、灵活及无缝的切换，以提升通信系统的性能。首先，软切换决策算法基于实时的链路状态信息进行决策。软切换决策算法通过监测激光与RF 链路的信号质量、时延、带宽利用率等关键指标，评估当前链路的性能，并根据预设的切换策略，做出合适的软切换决策。该过程涉及智能算法的运用，如基于模型的决策算法、强化学习等，可以提高决策的准确性和实时性。其次，软切换决策算法需要考虑多个因素。切换的决策不仅基于链路的性能，还要考虑业务的优先级、用户的移动情况、系统负载等因素。在切换过程中，需要综合考虑多种因素，设计合适的权衡策略，获得最优的网络性能和用户体验。最后，软切换决策算法需具备自适应性。通信环境随时可能发生变化，因此软切换决策算法需要根据实时的网络状态和用户需求，动态调整切换策略，确保算法在不同环境下都能做出有效的切换决策[5]。

2.3.2 切换过程中的业务保障

在激光与RF 链路之间进行切换时，确保各通信业务能够在切换过程中得到有效保障，从而提供稳定的用户体验。首先，为保障业务连续性，需要采用渐进式切换策略提供业务保障。这意味着在切换开始前，系统可以逐步将流量从一个链路切换到另一个链路，而不是突然进行切换。这样可以避免在切换瞬间造成通信中断，提升业务的可靠性。其次，业务保障需要考虑不同业务的特性和要求。对于实时性要求高的业务，如视频通话，系统需要优先选择激光链路，以确保低时延和高质量的通信；对于时延要求相对较低的业务，如文件传输，可以采用更灵活的切换策略，以提高整体网络的利用率。最后，业务保障需具备智能调度和资源分配能力。在切换过程中，系统需要动态调整激光和RF 链路的资源分配，以满足不同业务的需求。通过使用智能算法和机器学习技术，系统可以实时监测业务流量和链路状态，动态调整资源分配策略，确保业务在切换过程中得到最佳的服务质量。

3 结 论

文章通过构建激光与RF 链路融合的网络架构，实现网络层次框架的建设和空间资源映射机制的优化。在异质网络资源协同管理方面，引入链路状态信息获取与更新机制，采用基于业务优先级的资源调度技术，提高资源利用效率。在异质网络切换保障技术方面，采用软切换决策算法，确保切换过程中业务的稳定传输，为用户提供无缝衔接的通信体验。这一综合构建策略在提升异质通信网络整体性能的同时，可以更好地应对链路异构、资源管理及性能保障等方面的挑战。通过协同管理和优化网络资源，激光与RF 链路的融合实现了更高效的数据传输和更灵活的网络切换。这一策略为异质通信网络的未来发展奠定了基础，同时为推动通信技术的创新和进步提供了有力支持。