CN103096187A - 面向无源光网络规划的节点分组和优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了面向无源光网络规划的节点分组和优化方法：（1）在直角坐标系的第一象限随机产生M个ONU，得到一个正方形区域，正方形的边界依次为x=0，y=0和

（2）将所有ONU所在的区域划分成N个面积相等的正方形，即有N个分组，且每个正方形区域中ONU的数目n_i不超过分光器的最大分光比类型s_max，即n_i≤s_max；根据区域i中ONU的个数n_i，选择第二阶Splitter的分光比类型，即

且

当n_i≠2ⁿ时，

当n_i=2ⁿ时，

（3）根据区域i中每个ONU的坐标位置，优化第二阶Splitter的位置

和

（4）根据步骤（3）得到的第二阶Splitter的坐标位置

与

和已知的OLT的坐标位置x_OLT与y_OLT，优化第一阶Splitter的坐标位置

和

本发明更加全面地考虑了PON结构的规划，不仅对PON中ONU进行优化分组，而且对多阶Splitter的位置和类型进行了优化。

Description

面向无源光网络规划的节点分组和优化方法

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，涉及无源光网络（Passive Optical Network，PON）规划技术领域，具体是一种面向PON规划的节点分组和优化方法。

背景技术

近年来，随着互联网用户和业务的快速增长，接入网带宽的要求成倍提高，同时PON中光分配网络（Optical Distribution Network，ODN）和用户端的光网络单元（Optical NetworkUnit，ONU）的数量越来越多，拓扑结构也变得越来越复杂了。所以，在PON规划应用中，节点分组和优化也显得越来越重要了。对ONU的分组和对ODN中的无源器件的位置进行优化来减小PON中ONU和光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）到ODN的距离之和，因此能减少光纤链路成本和光纤铺设成本；同时随着光纤链路长度的减少，光纤链路上的能量也能在一定程度上得到减少，这也更合乎建设绿色光网络的要求。

在文献[1]中，作者虽然提出了一个非线性的数学模型来优化单阶PON的拓扑结构，但并没有对这个非线性模型进行仿真，因而没有得到PON中Splitter的最优位置。文献[2]也研究了关于PON规划的优化问题，但是作者提出的模型中Splitter和ONU的位置都是已知的，只是优化Splitter和ONU之间的连接情况。然而对所有的ONU而言，已知的Splitter位置并不一定的是最优的位置，因此这个优化模型不能更好的应用于实际中，得到的PON拓扑结构也并不一定是成本最小化的。

参考文献

[1]J.Li and G.Shen,“Cost minimization planning for passive optical networks,”in OpticalFiber Communication Conference(OFC),February，2008,pp.1-3.

[2]M.Hajduczenia,B.Lakic,H.da Silva,and P.Monteiro,“Optimized passive opticalnetwork deployment,”Journal of Optical Networking,vol.6,no.9,pp.1079-1104,September,2007.

发明内容

本发明提出了一种面向二阶PON规划的节点分组和优化方法，其对ONU进行新的分组，然后再对每阶Splitter的位置进行优化，二阶PON的结构如图1所示。

本发明的主要目的是通过对ONU的分组和Splitter位置的优化，减少整个PON的成本。该方法首先随机产生ONU的位置，然后，根据ONU的坐标位置，对ONU进行分组；接下来，根据ONU的分组情况和ONU的坐标位置，对第二阶Splitter的位置和分光比类型进行优化和选择；最后，通过所得到的第二阶的Splitter的最优位置和已知的OLT的位置，对第一阶Splitter的位置和分光比类型进行优化和选择，完成PON的整体规划。

在下文中提到的符号说明如下：

N：PON中ONU的分组集合，也就是区域的集合，即{4，9，…，N，…}，且满足N＝n²，n∈Z⁺；

M：PON中ONU的集合，即{1，2，…，m，…,M}；

n_i：区域i中ONU的数目，且

x_i：区域i的横坐标；

y_i：区域i的纵坐标；

PON中第m个ONU的横坐标；

PON中第m个ONU的纵坐标；

区域i中第k个ONU的横坐标；

区域i中第k个ONU的纵坐标；

x_OUT：OLT的横坐标；

y_OLT：OLT的纵坐标；

第一阶Splitter的横坐标；

第一阶Splitter的纵坐标；

区域i中第二阶Splitter的横坐标；

区域i中第二阶Splitter的纵坐标；

s_max：PON中Splitter的最大的分光比；

PON中第一阶Splitter的分光比，即 $s^{1^{\mathrm{st}}-\mathrm{Splitter}}=2^n,$ 且 $s^{1^{\mathrm{st}}-\mathrm{Splitter}}\≤s_{\max };$

PON中区域i中第二阶Splitter的分光比，即 $s_i^{2^{\mathrm{nd}}-\mathrm{Splitter}}=2^n,$ 且 $s_i^{2^{\mathrm{nd}}-\mathrm{Splitter}}\≤s_{\max }.$

该方法的具体步骤如下：

（1）在坐标系的第一象限随机产生M个ONU，得到一个正方形区域，正方形的边界依次为x=0，y=0和 $x=\max \{x_m^{\mathrm{ONU}},y_m^{\mathrm{ONU}}|\∀m\∈M\},$ $y=\max \{x_m^{\mathrm{ONU}},y_m^{\mathrm{ONU}}|\∀m\∈M\};$ 坐标系为普通二维直角坐标系。

（2）将所有ONU所在的区域划分成N个面积相等的正方形，即有N个分组，且每个正方形区域中ONU的数目n_i不超过分光器的最大分光比类型s_max，即n_i≤s_max；根据区域i中ONU的个数n_i，选择第二阶Splitter的分光比类型，即

且

当n_i≠2ⁿ时， $n_i<s_i^{2^{\mathrm{nd}}-\mathrm{Splitter}}<2n_i,$ 当n_i=2ⁿ时， $s_i^{2^{\mathrm{nd}}-\mathrm{Splitter}}=n_i;$

（3）根据区域i中每个ONU的坐标位置，优化第二阶Splitter的位置

和优化规则为：区域i中所有ONU到第二级Splitter的距离之和最小。

（4）根据步骤（3）得到的第二阶Splitter的坐标位置

与

和已知的OLT的坐标位置x_OLT与y_OLT，优化第一阶Splitter的坐标位置和优化规则为：第一阶Splitter到所有第二阶Splitter和OLT的距离之和最小。

与现有的技术相比，本发明具有以下优点：

1、更加全面地考虑了PON结构的规划，不仅对PON中ONU进行优化分组，而且对多阶Splitter的位置和类型进行了优化。

2、适用性广：本发明提出的二阶PON的规划和优化方法，同样适用于一阶或多阶PON的规划和优化。

3、灵活性高：PON中的很多数值是参数化设置的，可以根据实际情况做出适当调整。

附图说明

图1是二阶PON的结构图。

图2是PON中区域划分图。

具体实施方式

为了进一步的说明本发明，以下结合附图及实施例进行详细说明。

已知s_max=64，M＝100，x_OLT=0，y_OLT=0；

（1）在坐标系的第一象限随机产生100个ONU，即M＝100；可以得到一个正方形区域，由以下四条直线围成：x=0，y=0和 $x=\max \{x_m^{\mathrm{ONU}},y_m^{\mathrm{ONU}}|\&ForAll;m\&Element;M\}=200,$ $y=\max \{x_m^{\mathrm{ONU}},y_m^{\mathrm{ONU}}|\&ForAll;m\&Element;M\}=200.$

（2）由于ONU的数目M＝100，大于最大分光比s_max=64，所以，对边长为200的正方形划分成4个等面积的小正方形，即N＝4，即可满足分组要求。如图2所示。此时，每个小正方形区域的坐标范围和包含ONU的数目如表1所示。

表1  正方形区域的坐标范围和包含的ONU的数目

	xi	yi	ONU数目
				区域1（i=1）	0~100	0~100	32
区域2（i=2）	100~200	100~200	27
				区域3（i＝3）	100~200	0~100	25
区域4（i=4）	0~100	100~200	16

根据每个区域中ONU的个数n_i和第二阶Splitter的分光比之间的约束条件，当n_i≠2ⁿ时，

当n_i=2ⁿ时，

可以得到区域1、2、3、4中第二阶Splitter的分光比类型分别是 $s_1^{2^{\mathrm{nd}}-\mathrm{Splitter}}=32,$ $s_2^{2^{\mathrm{nd}}-\mathrm{Splitter}}=32,$ $s_3^{2^{\mathrm{nd}}-\mathrm{Splitter}}=32,$ $s_4^{2^{\mathrm{nd}}-\mathrm{Splitter}}=16.$

（3）根据每个区域中ONU的坐标位置

和

到第二阶Splitter的距离之和最小的优化规则，优化第二阶Splitter的坐标位置

和

优化结果如表2所示：

表2  第二阶Splitter的坐标位置

和

（4）根据第一阶Splitter到所有第二阶Splitter和OLT的距离之和最小的优化规则，优化第一阶Splitter的坐标位置

和

第一阶Splitter优化结果为

和 $y^{1^{\mathrm{st}}-\mathrm{Splitter}}=95.$

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变形都将落在本发明的保护范围。

Claims (3)

1.面向无源光网络规划的节点分组和优化方法，其特征是按如下步骤进行：

（1）在直角坐标系的第一象限随机产生M个ONU，得到一个正方形区域，正方形的边界依次为x=0，y=0和 $x=\max \{x_m^{\mathrm{ONU}},y_m^{\mathrm{ONU}}|\&ForAll;m\&Element;M\},$ $y=\max \{x_m^{\mathrm{ONU}},y_m^{\mathrm{ONU}}|\&ForAll;m\&Element;M\};$

（2）将所有ONU所在的区域划分成N个面积相等的正方形，即有N个分组，且每个正方形区域中ONU的数目n_i不超过分光器的最大分光比类型s_max，即n_i≤s_max；根据区域i中ONU的个数n_i，选择第二阶Splitter的分光比类型，即且

当n_i≠2ⁿ时， $n_i<s_i^{2^{\mathrm{nd}}-\mathrm{Splitter}}<2n_i,$ 当n_i=2ⁿ时， $s_i^{2^{\mathrm{nd}}-\mathrm{Splitter}}=n_i;$

（3）根据区域i中每个ONU的坐标位置，优化第二阶Splitter的位置

和

（4）根据步骤（3）得到的第二阶Splitter的坐标位置

与

和已知的OLT的坐标位置x_OLT与y_OLT，优化第一阶Splitter的坐标位置和

2.如权利要求1所述的面向无源光网络规划的节点分组和优化方法，其特征是：第（3）步：所述的优化规则为：区域i中所有ONU到第二级Splitter的距离之和最小。

3.如权利要求1所述的面向无源光网络规划的节点分组和优化方法，其特征是：第（4）步：所述的优化规则为：第一阶Splitter到所有第二阶Splitter和OLT的距离之和最小。

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