[发明专利]一种混合无线光片上网络系统及其多播路由方法

权利要求书

1.一种混合无线光片上网络系统，其特征在于，包括：光传输层、电控制层及无线传输层：光传输层位于最底层，电控制层设置于光传输层和无线传输层之间，其中，光传输层负责传输数据量较大的负载，当光路预留好后，负载会在光传输层上沿着该光路从源节点转发至目的节点；光传输层中的每个节点均由预置光交换开关的电控制单元与转换负载传输方向的五端口光路由器组成；

电控制层：用于传输数据量较小的控制信息，当负载在网络中传输时，会先从源节点发送一个控制报文，然后在电控制层上逐跳传输至目的节点，控制报文每到一个端点便对相应的光路由器进行配置，进行光路预留；将网格拓扑均分为多个分区，在位于每个分区中心位置的节点的电控制层单元上集成无线收发模块，并将无线收发模块与本地光路由器的弹出端口相连，形成无线功能节点，无线功能节点同时具有光传输能力；

无线传输层：位于电控制层之上，用于取代光传输层远距离多跳传输以及在多播消息传输优先选择该传输层，无线传输层由无线功能节点依附表面波导的无线链路相互连接在一起而形成，同时为每个无线功能节点分配唯一的Walsh序列码。

2.根据权利要求1所述的一种混合无线光片上网络系统，其特征在于，所述光路由器的五个端口为东、西、南、北，以及注入/弹出，其结构主要由微环谐振器和光波导组成，且本地IP核通过注入/弹出端口分别负责数据的产生和接收，东南西北端口用于接收来自其他端点的数据以及将数据转发到其他端点，光传输层上路由功能的实现主要是通过判断光信号波长与微环谐振器MR的谐振波长是否相等，若相等，光信号耦合进开启的MR，反之从关闭的MR的直通端口输出，MR的开闭由本地电控制单元负责，从而实现光路由器内部不同端口间的消息转发。

3.根据权利要求2所述的一种混合无线光片上网络系统，其特征在于，默认情况下，所有微环谐振器MR均处于关闭状态。

4.根据权利要求1所述的一种混合无线光片上网络系统，其特征在于，所述无线收发模块采用厚度为0.25mm的SiO₂作为电介质材料，覆盖在厚度为0.01mm的Cu层上形成的表面波导结构，表面波采用Zenneck波，将携带消息的电磁波束缚在该表面进行传输，为支持多播消息的全向通信，在表面波转换层上采用倒置的四分之一波长偶极子天线将电磁波信号耦合入表面波导，利用倒装芯片技术和硅通孔技术将表面波转换层与集成收发电路模块进行连接。

5.根据权利要求1所述的一种混合无线光片上网络系统，其特征在于，所述无线传输层为每个无线功能节点分配唯一的Walsh序列码后，先将每个功能节点的Walsh序列码与其要发送的消息进行异或运算后得到一个消息编码，每个节点再将该消息编码通过公共无线信道发送出去，然后在公共无线信道上将编码信号进行算术叠加后发送到接收端；在接收端根据Walsh码的顺序逐码字判断，若当前位Walsh码字为1，将接收到的叠加消息的相应位数字累加到负累加器，反之，则累加到正累加器，通过比较正负累加器结果，如负累加器小，则最终接收到的消息为1，否则为0，运用此方法避免多个消息在公共无线信道内形成冲突。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种混合无线光片上网络系统，其特征在于，4个无线功能节点依附表面波导的无线链路连接在一起形成无线传输层。

7.一种基于权利要求1-5任一项所述网络系统的多播路由方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、传输层灵活分配机制：传输数据时有两种选择，一是单纯使用光传输层，二是使用无线光混合传输，规则如下：

规则1、对于单播消息，0，1，2分别表示无线功能节点缓冲区占用情况为空闲状态、轻度使用以及重度使用，只有拥塞标志位为0，且源节点到目的节点的曼哈顿距离即两节点间的XY轴距离之和大于阈值时，才会选择无线光混合传输；

规则2、对于有目的节点与源节点不在同一分区的多播消息，当拥塞标志位小于2时，将选择无线光混合传输；

规则3、对于不满足规则1和2的情况，选择光传输层，其多播路由机制采用步骤2所述的多播路由机制；

规则4、多播消息优先级高于单播消息；

步骤2、分区内基于节点分布的多播路由机制：基于规则3，将根据多播消息的源节点和目的节点的分布情况选择XY或YX多播树维序路由，其中，XY多播树维序路由是指消息从源节点所在行X轴进行传输，当到达目的节点之一所在列方向Y轴时，将该消息进行复制，将复制消息沿着该列传输至目的节点，原消息继续沿着所在行传输，按照此方法，将多播消息传输至所有目的节点；YX多播树维序路由与之相反，是指消息沿Y轴传输，遇到目的节点所在行时，将消息进行复制传输，XY或YX多播树维序路由的选择依据基于下述公式(1)和(2)；

其中，Weight_x为某一多播消息的所有目的节点与其源节点之间的横向距离权值，Weight_y为该多播消息的所有目的节点与其源节点之间的纵向距离权值；DEST为某一多播消息所有目的节点的集合，x_i为目的节点i的X轴坐标，x_src为源节点的X轴坐标，y_i为目的节点i的Y轴坐标，y_src为源节点的Y轴坐标，当Weight_xWeight_y时选择YX多播树维序路由，反之选择XY多播树维序路由。