CN102355301A - 一种面向无源光网络规划应用的节点分组算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种最近距离的节点分组算法在无源光网络规划中的应用方法，包括在光网络单元分组和光分/合路器分组过程中使用最近距离分组算法，以及在分组完成后对分组结果进行验证的方法。该发明充分考虑了节点间距离上的邻近关系对光配线网络规划设计造成的影响，通过使用节点最近距离组成最小节点组的方法，避免相邻节点被划分在不同的节点组中，解决了节点组的合并问题，该分组算法的结果可以用于指导光分/合路器位置的选择以及光配线网络的优化设计，算法通过一系列的验证条件提高了工程实用性。

Description

一种面向无源光网络规划应用的节点分组算法

技术领域

本发明涉及无源光网络(Passive Optical Network，PON)规划领域，是一种面向PON网络规划应用的分组算法。该方法主要应用于PON网络规划中，能合理有效地规划光分/合路器(OBD，Optical BranchDevice)和光线路终端(OLT，Optical Line Terminal)的安放位置。

背景技术

近年来，随着网络技术，特别是Internet网络的飞速发展，由于光纤技术具备大容量、低费用、安全性、惊人的传输能力等优点，为了实现更高的带宽，人们开始通过无源光网络以更经济的方式将光纤拉近用户。与以往的点到点为基础构成的线形、环形等有源光网络(SDH/PDH)不同，PON光配线网络(ODN，optical distribution network)是一种包含光分/合路器无源器件的点到多点的网络拓扑结构，这一特点给PON网络带来了诸如成本低，可靠性高、升级性好的优点，同时也使得其工程设计比以往的有源光网络复杂得多。在PON ODN的规划设计中，如何确定OBD和OLT的安放位置，是PON网络优化设计和降低建设费用的关键。

对于OBD和OLT位置的选取，目前已经提出了多种不同的算法，但是已报道的算法大多都是部分的解决了PON网络规划中的一些问题，存在一定的局限性，尤其对于距离临近的节点存在被划分在两个不同分组中的可能性，为了解决这些问题，本发明提出了一种基于最近距离的分组算法，应用于PON网络规划中。

发明内容

本发明的目的是针对PON网络规划中现有技术的不足，提出一种基于最近距离的分组算法。该方法充分考虑各光网络单元(Optical NetworkUnit，ONU)节点间的逻辑距离，使相邻最近的节点组成最小节点组，在已确定待放置OBD数目的情况下，根据相邻分组之间的最短距离使用节点组最近距离算法合并生成新的最小节点组，直到分组数目等于预定的OBD数目时合并结束，再根据最小分组的划分结果确定OBD位置，并进一步通过该算法进一步确定OLT数目和位置，完成PON网络整体规划。

本发明主要是解决了现有应用于PON网络规划中的分组算法中相邻节点有一定概率被分割在两个分组中的问题，在分组的过程中基于贪心策略的最近距离分组，使其成为适用于实际PON网络ODN规划的节点分组方法。

在下文中提到的符号说明如下：

N：PON网络中ONU节点数目；

W：带放置OBD数目；

O_dis：PON网络中ONU的最大差分距离；

M_dis：OLT与ONU的最大距离限制；

L_max：节点组中距离距离OLT最远的节点与OLT间的逻辑距离；

d_max：节点组中距离最大的两节点的逻辑距离；

L1：一个OBD所能连接的最大ONU数目；

L2：一个OLT所能连接的最大OBD数目；

L：一个OBD/OLT所能连接的最大节点数目；

A：ONU节点组成的N*N大小的全连接矩阵；

M：节点最近距离方法确定的最小节点组数目；

B：M个最小节点组组成的M*M全连接矩阵；

C：带放置OLT数目，

Na：节点组内节点数目；

该方法的具体步骤如下：

(1)将N个ONU节点随机编号为从1到N，计算N个ONU节点之间的逻辑距离，生成N*N大小的全连接矩阵A；

(2)按照节点最近距离方法，从第一个节点开始，依次计算得到距离该节点最近的节点组成最小分组，将拥有相同节点的最小分组合并，共形成M个最小分组；

(3)将M个最小分组随机编号为从1到M，生成M*M全连接矩阵B，值为最小分组间的最短距离(两最小分组中距离最近两节点间的距离)；

(4)已确定OBD的数目为W，若M＞W，则要合并最小分组减少分组数目。在全连接矩阵B中寻找距离最近的分组a、分组b，合并成为新的分组A，计算A中节点数目，若大于L1，则合并不成功，取消合并，重新选择距离次近的两分组进行合并，若小于L1则合并成功，M＝M-1，并更新矩阵B；

(5)跳回到(4)重新执行，直到W＝M结束，完成ONU分组。

(6)ONU分组完成后，形成W个分组，计算每个分组重心(根据地图上的平面坐标计算节点组重心坐标)，分别在每个分组重心安放1个OBD节点。若W＞L2，则继续进行下面步骤，否则直接跳转(8)；

(7)W个OBD节点组成W*W矩阵，矩阵值为节点间逻辑距离。

(向上取整)，令N＝W，W＝C，按照第(5)步进行OBD二级分组；

(8)最终确定OLT数目为C，位置为(7)分组结果的分组中心，对于规划结果进行有效性判断，计算各OLT所对应的所有ONU节点中距离OLT距离最大的逻辑距离L_max以及该分组的最大差分距离d_max，若L_max＞M_dis或d_max＞O_dis，则分组失败，记录距离OLT距离最大的节点与距离OLT距离最小的节点所属的最小分组编号，重新分组，在下次分组过程中阻止两最小分组的合并，保证不会再次出现在同一分组中，若L_max＜M_dis且d_max＞O_dis，，则分组成功，PON网络规划完成；。

与上述现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明利用节点间逻辑距离信息，合理有效的将逻辑距离相近的点分组在一起，解决了现有的分组算法仅仅按照距离划分而将临近节点分开到不同分组中的问题，完成了整个PON网络规划过程。

附图说明

图1为本发明网络规划过程整体流程图。

图2为本发明节点分组过程流程图。

图3为本发明分组有效性判断过程流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

附图1所示为本发明的整体流程图。本发明提出的网络规划方法主要包括分组过程和分组有效性判断两部分，并根据ONU分组和OBD分组的不同将整个规划过程划分为ONU分组过程、ONU分组有效性判断过程、OBD分组过程、OBD分组有效性判断四部分。具体流程如下描述。

步骤11：网络初始化：统计待规划网络中的ONU节点总数及该规划网络的各种规划参数，包括OBD的最大接入ONU数目L1，OLT的最大接入OBD数目L2，OBD接入的ONU的最大差分距离限制为O_dis，OLT与ONU的最大距离限制为M_dis，所有节点将与其他节点的距离组成全连接矩阵A，所有节点编号为1至M，组成集合U{u₁，…，u_M}，d_i，j＝d(u_i，u_j)，即u_i，u_j两节点间的逻辑距离；

步骤12：采用节点最近距离算法确定最小分组，采用节点组最近距离算法合并最小分组至分组完成；

步骤13：计算各节点组重心确定OBD放置位置，OBD节点成功放置后，需根据OBD位置对OLT数目及位置进行规划，待安放OLT数目为

(向上取整)，其中L2为一个OLT所能容纳的OBD数目的最大值，OBD节点分组过程与ONU节点分组过程相似，参照步骤12进行分组；

步骤14：分组完成后，计算各节点组重心确定OLT放置位置，对于分组规划结果进行有效性验证，验证方式如图3所示；计算各OBD节点组中OLT节点与距离最远的ONU节点的距离是否超过最大距离限制，若超过则重复步骤(5)重新划分节点组，若符合要求则OBD分组成功；

步骤15：分组完成后，在各分组重心安放OLT，铺设管线，PON网络规划完成。

附图2中详细说明了节点分组的基本流程，主要使用了节点最近距离算法确定最小分组和使用节点组最近距离算法进行分组合并，具体实施步骤如下：

步骤201：网络初始化，生成N*N的全连接矩阵，存储节点间的逻辑距离，节点集合为S{u_i}，i从1到N；

步骤202：使用最近距离算法确定最小节点组，节点组集V{V_p}，p从1到M，V_p为最小节点组，边集D{d_i，j}，u_i，u_j为V_p中的节点；

步骤203：节点组集中最小节点组数目为M，M个最小节点组生成M*M的全连接矩阵，求任意两节点组之间的最近距离，以节点组V₁和V₂为例，

在边集D中对边d_i，j查找最小值，所获得的最小d_i，j即为节点组v₁和v₂间的最近距离。重复该过程，遍历节点组集V{V_p}，直到确定所有节点组之间的最近距离；

步骤204：预定放置OBD/OLT节点数目为W，一个OBD/OLT下最多接入的ONU/OBD数目为L，计算W个节点组所能容纳的节点数目最大值为L*W，与节点总数N进行比较，若L*M＞N，则跳转步骤205，若L*M≤N，则跳转步骤206；

步骤205：修改预定放置的ODB节点数目W取值，跳转步骤203；

步骤206：预定放置OBD节点数目为W，一般情况下W＜M，需要对最小节点组进行进一步合并，若W＞M，则不需要合并，直接跳转到步骤209；

步骤207：根据步骤203得到的各节点组间的最近距离，选择最近距离最小的两节点组进行合并；

步骤208：计算合并后节点组内节点数目为Na，根据PON网络规划的要求，一个OBD/OLT下最多接入的ONU/OBD数目为L；

步骤209：若合并后节点组内节点数目为Na大于所能接入的最大节点数目，则合并失败，跳跳转步骤210，若合并后节点组内节点数目为Na小于所能接入的最大节点数目，则合并成功，跳转步骤211；

步骤210：本次合并失败，重新选择节点组集合中最近距离次小的两两节点组进行合并，跳转步骤208；

步骤211：本次合并成功，更新节点组数目Na，更新节点组集V，跳转步骤206；

步骤212：预定放置OBD节点数目为W小于等于节点组数目的情况下，节点组合并结束，节点分组过程完成。

附图3中为分组结果有效性判断流程，通过使用PON网络的有效性判断条件对分组结果进行判定，具体实施步骤如下：

步骤31：分组过程完成，OLT数目和位置已经确定；

步骤32：计算每个OLT所对应的所有ONU节点中距离该OLT距离最大的ONU节点，最大距离记为L_max；

步骤33：OLT与ONU的最大距离限制为M_dis，与每个OLT对应分组的L_max进行比较，若L_max＜M_dis，则符合限制条件，跳转步骤33，继续下一步判断，若L_max＞M_dis，跳转步骤37；

步骤34：计算各OLT对应的距离该OLT最远的ONU与距离该OLT最近的ONU之间的最大距离差距，最大距离差记为d_max；

步骤35：PON网络中ONU的最大差分距离为O_dis，与每个OLT对应分组的d_max进行比较；若d_max＜O_dis，跳转步骤36，若d_max＞O_dis，跳转步骤37；

步骤36：若d_max＜O_dis，则符合限制条件，分组成功；

步骤37：若L_max＞M_dis或d_max＞O_dis，，标记与OLT距离最大的ONU节点所属的最小节点组与距离OLT距离最近的ONU节点所属的最小节点组；

步骤38：重新从步骤203开始进行分组合并，标记的节点组不可以被合并为一个节点组，有效性判断过程完成。

节点最近距离算法确定最小分组的具体实施步骤如下：

(1)从节点u₁开始遍历集合U，在矩阵A中查找距离u₁距离最近的节点，设为u_i，则u₁，u_i组成最小节点组{u₁，u_i}，继续便利集合U，若遍历到节点u_i时u_i的最近节点为u₁，则继续遍历下一节点，若为u_j，则将u_j加入u₁，u_i组成的最小节点组，原最小节点组更新为{u₁，u_i，u_j}。将所有节点遍历完成后可以组成M个最小节点组，

节点最近距离算法是通过为每一个节点寻找相邻最近节点作为最小节点组的条件，通过选择距离最小的两节点合并，保证了地理位置越近的节点划分在一个OBD/OLT中的可能性越大。完成了节点组的初步划分，为进一步节点组的合并提供了良好的基础。

Claims (3)

1.一种最近距离的分组算法在PON网络规划中的应用方法，其在规划过程的特征包括：

A.通过节点最近距离算法组成最小节点组；

B.通过节点组最近距离算法对最小节点组进行合并，寻找所有节点组中分属于不同节点组中的距离最近节点，在限制条件满足的情况下，将所属的两节点组合并；

C.对整个规划过程进行了严格的条件限制，对于规划结果进行有效性判断，判断条件包括OLT、OBD的最大接入数目限制，最大差分距离限制，OLT与ONU的最远距离限制等；

2.如权利要求1所述方法，其节点最近距离算法特征在于，若与节点u₁的距离最近节点为u₂，u₂的距离最近节点为u₃，则u₁，u₂，u₃组成最小节点组。

3.如权利要求1所述方法，其节点组最近距离算法特征在于，寻找所有节点组中分属于不同节点组中的距离最近节点，在限制条件满足的情况下，将所属的两节点组合并。

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