随着网络技术的飞速发展,视频直播、远程办公、扩展现实、全息互动等互联网应用不断涌现,在给人们带来丰富多彩的数字化生活的同时,也对家庭网络提出了更高的要求。目前,家庭内使用的终端大多是通过Wi-Fi接入互联网的手机、平板电脑、笔记本等移动设备,因此Wi-Fi的网络质量在很大程度上决定了用户体验[1]。由于发射功率的限制和障碍物对信号的衰减,单个Wi-Fi接入点(Access Point,AP)不足以覆盖大户型住房的所有房间。当终端距离AP较远或信号连续穿墙时,容易出现无线连接不稳定、用户体验较差的情况。为了解决这一问题,现已提出了多种AP组网方案,如网线组网、电力组网和无线组网等[2]。欧洲电信标准化协会第五代固定网络行业规范工作组提出了基于光纤的家庭网络解决方案——光纤到房间(Fiber To The Room,FTTR)[3]。

FTTR是一种基于光纤通信的网络架构,通过将光纤延伸到用户房间内的无线接入点,提供高速、稳定的网络连接[4]。虽然FTTR组网为主、从设备提供了稳定的光纤链路,但在设备端的无线链路也会存在和传统组网方式类似的问题,即在每个房间内部署AP会导致网络环境更加密集,增加设备间的竞争和干扰。因此,需要通过光与Wi-Fi的协同机制来减少AP间的干扰,提升网络性能。本文介绍了一种新颖的集中式无线光接入网架构(Centralized Wireless-optical Access Network,C-WAN),并结合下一代Wi-Fi多AP协同技术对FTTR架构中协同空间复用技术以及速率控制算法进行了研究。

1 FTTR技术及架构

1.1 FTTR基本架构

FTTR技术方案通过光纤进行家庭组网,由主网关、光路由、光网络、网络管理平台4部分组成[5]。在关键位置部署FTTR主网关,以主网关为核心,上行连接光线路终端,下行通过光纤、分光器连接多个从光路由,光路由支持千兆Wi-Fi和以太网口。网络管理平台负责采集家庭网络信息并汇总整理上报,从而全面实现对家庭千兆网络的运维管理。FTTR基本架构如图1所示。

图1

图1 FTTR基本架构

1.2 C-WAN架构

在FTTR基本架构中,光纤信号通过光模块转换为无线信号,由AP进行信号发送,用户可以在房间内使用设备(如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等)无线接入网络。但与此同时,在家庭内部署多个设备会导致网络场景密集,空口无序竞争严重,因此可采用C-WAN架构进行AP间协同控制,C-WAN架构的核心是由主设备进行信息搜集和决策,对光和Wi-Fi传输进行中心化控制,实现光链路和无线链路的资源协同配置[6]。

通过C-WAN架构能够更好地应用FTTR协同控制技术,完成主、从设备在时间、频率、空间等维度的协同资源调度。C-WAN协同架构如图2所示,中心化控制器位于主设备内,实时搜集各从设备的网络状态信息,生成合理的调度策略。FTTR

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