CN104348668A - 一种基于快速近非迭代的双树形可靠pon规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，所述方法包括下述步骤：获取PON网络规划信息；构建PON规划模型，并初始化所述构建PON规划模型中的全部信息；设定实际PON网络约束条件；根据所述约束条件，优化PON网络中各节点的连接；建立已规划方案的备份保护连接；逆向补偿双树形连接方案光功率信息；保存双树形连接方案，形成可靠PON规划方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种规划方法，具体涉及一种基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法。
背景技术
无源光网络(PON)作为一种光纤接入技术在配电网通信网中得到了广泛的应用。配电通信网PON网络由安装于变电站的光线路终端(OLT)、置于开闭站/环网柜/配电室的光网络单元(ONU)和由候选分光器(Splitter)和光纤组成的光分配网络(ODN)三部分构成。PON拓扑结构分为树型、星型以及总线型等，在配电网应用中，为保障配电自动化重要业务运行，如图2所示，采用“手拉手”组网方式的典型PON拓扑结构。图2中，选用不同变电站OLT位置的“手拉手”型结构，做到了双PON口的双向保护，提高网络的安全性，且ONU通过分光器连接到主干光纤上，相互独立不影响。任何一个ONU失效后不影响其他ONU设备的正常运行；在任何接入点分支光缆出现问题的情况下，不影响整个EPON系统的正常运行，无故障点的配电终端仍和主站系统保持正常通信，网络的高可靠性体现在抗多点故障失效性上。
PON规划的对象需满足一组任务，包括拓扑结构的设计，分光器类型的选择(分支比和光功率分配比)，PON网络各设备之间的链路路由的连接及一些物理约束等，从数学角度分析，PON规划是一个NP-hard问题，在优化过程中涉及许多变量。从相关文献和现有技术中可知，如在面向大规模用户接入的远距离PON布局规划方法中，为了提高了PON传输距离，目前大多引入多阶光放大器来解决，但未考虑一旦网络出现故障，对在线业务造成的终止影响；而一些基于具体实施对象的无源光接入网规划方法中，选用与本专利不同的算法，如Floyd算法进行规划连接，采用图的方法解决PON规划问题，其规划速度和效率均未达到最优方案。而目前已有PON规划技术中，在规划的时间效率、网络的可靠性和方法的复杂度方面都有待提高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，该方法针对配电网无源光网络“手拉手”组网方法，利用约束条件生成可行解，从而优化规划方案；显著降低了运算的时间复杂度，简化工程计算量，大大提高了工作效率。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，所述方法包括下述步骤：
(1)获取PON网络规划信息；
(2)构建PON规划模型，并初始化所述构建PON规划模型中的全部信息；
(3)设定实际PON网络约束条件；
(4)根据所述约束条件，优化PON网络中各节点的连接；
(5)建立已规划方案的备份保护连接；
(6)逆向补偿双树形连接方案光功率信息；
(7)保存双树形连接方案，形成可靠PON规划方案。
优选的，所述PON网络规划信息包括，网络各节点位置信息、属性信息和物理距离信息。
优选的，所述构建PON规划模型中的全部信息包括，网络中节点分布概貌图、节点性质、节点编号、任意两节点之间的物理距离、光纤成本系数、候选分光器成本系数、OLT1端口信息、OLT2端口信息和2个存储节点信息的空集合。
进一步地，将所述OLT1设置为起始节点，网络中其余节点按位置顺序编号；并将所述候选分光器与光网络单元安装于同一地点；其中，所述其余节点包括除去起始节点OLT1外，还未开始规划的所有节点；
优选的，所述步骤(3)中，所述约束条件包括：a)根据实际工况设定起始节点到各光网络单元叶子节点的最大传输距离；b)根据实际需要，设置所述起始节点到各所述光网络单元叶子节点的最长传输时延；c)根据分光器的实际分支，非均匀分配候选分光器的功率分配比；d)预算全网的功率，包括所述PON网络所有敷设光纤的总衰减光功率和各候选分光器处的功率衰减之和，需满足起始节点侧发射功率与光网络单元处的灵敏度及安全裕度；其中，PON网络的功率预算＝起始节点发射机的发射功率-光网络单元接收机的灵敏度-安全裕度。
优选的，所述步骤(4)中，从所述起始节点OLT1开始，连接满足约束条件a)和b)的所有节点，并将当前连接到的所有节点信息存储在一个空集合中；
以集合中的所有节点为起始点，面向其余的节点，在满足步骤(3)中a)和b)的约束条件下，生成可行解，直到网络中所有节点均存储在设定的集合中，规划连接结束，生成树连接方案1；
其中，所述空集合用于缓存规划方案中节点信息；所述可行解是满足规划约束条件下的双树形优化连接方案。
优选的，所述步骤(5)中，筛除全图中已纳入规划的链路，选择剩余图作为规划目标，设OLT2为起始节点重复步骤(4)，直到网络中所有节点均存储在设定的集合中，生成树连接方案2。
优选的，所述步骤(6)中，分别逆向补偿树连接方案1和树连接方案2的光功率信息，计算链路及候选分光器节点功率衰减值，并保存中间候选分光器的节点信息；
若满足步骤(3)中约束条件c)和d),则PON规划成功，若不满足，则在适当位置加入光放大器。
进一步地，所述中间候选分光器的节点信息包括：节点位置编号、选中位置的候选分光器分支比和光功率分配比。
优选的，所述步骤(7)包括，将存储的双树形连接方案作为该PON网络的布局规划方案；其中，所述双树形连接方案包括候选分光器的位置节点信息和规划连接方案中的光纤长度。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1)本发明提供的基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，直接利用物理约束生成可行解，快速搜索到最优方案，降低了运算的时间复杂度，简化了工程计算。
2)建立PON规划的保护备份连接方案，以最小化网络建设成本为目标，对整个规划进行联合目标优化，节约了经济成本，且大大提高了PON网络的可靠性和工程计算的效率。
附图说明
图1是本发明提供的基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法的流程图；
图2是背景技术提供的配电网无源光网络“手拉手”网络拓扑结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
如图1所示，一种基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，所述方法包括下述步骤：
(1)获取PON网络规划信息；所述PON网络规划信息包括，网络各节点位置信息、属性信息和物理距离信息。
(2)构建PON规划模型，并初始化所述构建PON规划模型中的全部信息；根据权利要求1所述的基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，其特征在于，所述构建PON规划模型中的全部信息包括，网络中节点分布概貌图、节点性质、节点编号、任意两节点之间的物理距离、光纤成本系数、候选分光器成本系数、OLT1端口信息、OLT2端口信息和2个存储节点信息的空集合。
将所述OLT1设置为起始节点，网络中其余节点按2-18的位置顺序编号(本实验使用特定的拓扑节点数目为18个)；并将所述候选分光器与光网络单元安装于同一地点，所述候选分光器的位置即为所有光网络单元节点位置；其中，所述其余节点包括除去起始节点OLT1外，还未开始规划的所有节点；
(3)设定实际PON网络约束条件；
所述步骤(3)中，所述约束条件包括：a)根据实际工况设定起始节点到各光网络单元叶子节点的最大传输距离(本实验中将最大传输距离设定为20m)；b)根据实际需要，设置所述起始节点到各光网络单元叶子节点的最长传输时延(本实验中将最长传输时延设定为66.67μm)；c)根据分光器的实际分支，非均匀分配候选分光器的功率分配比，例如{5:95，25:75，40:60，50:50}；d)预算全网的功率，包括所述PON网络所有敷设光纤的总衰减光功率和各候选分光器处的功率衰减之和，满足起始节点侧发射功率与光网络单元处的灵敏度及安全裕度；其中，PON网络的功率预算＝起始节点发射机的发射功率-光网络单元接收机的灵敏度-安全裕度；所述安全裕度通常为3dB。
(4)根据所述约束条件，优化PON网络中各节点的连接；所述步骤(4)中，从所述起始节点OLT1开始，连接满足约束条件a)和b)的所有节点，并将当前连接到的所有节点信息存储在一个空集合中；
以集合中的所有节点为起始点，面向其余的节点，在满足步骤(3)中a)和b)的约束条件下，生成可行解；
其中，所述空集合用于缓存规划方案中节点信息；所述可行解是满足规划约束条件下的双树形优化连接方案；
之后的每次选择均利用约束条件生成可行解的方法，直到网络中所有节点均存储在设定的集合中，规划连接结束，生成树连接方案1。
(5)建立已规划方案的备份保护连接；所述步骤(5)中，筛除全图中已纳入规划的链路，选择剩余图作为规划目标，设OLT2为起始节点重复步骤(4)，直到网络中所有节点均存储在设定的集合中，生成树连接方案2；
(6)逆向补偿双树形连接方案光功率信息；所述步骤(6)中，分别逆向补偿树连接方案1和树连接方案2的光功率信息，计算链路及候选分光器节点功率衰减值，并保存中间候选分光器的节点信息；
若满足步骤(3)中约束条件c)和d),则PON规划成功，若不满足，则在适当位置加入光放大器。
所述中间候选分光器的节点信息包括：节点位置编号、选中位置的候选分光器分支比和光功率分配比。
其中，逆向补偿双树形连接方案的光功率信息是指PON网络需要满足的功率预算；
PON网络的功率预算包括：光链路损耗、无源光器件的功率损耗、安全裕度；
逆向补偿：从各ONU叶节点开始，经特定路径链路进行的光功率逆向补偿，逐一判断是否在功率预算范围内满足光功率约束条件，即PON网络的功率预算等于OLT发射机的发射功率与ONU接收机的灵敏度之差。
(7)保存双树形连接方案，形成可靠PON规划方案。
所述步骤(7)包括，将存储的双树形连接方案作为该PON网络的布局规划方案；其中，所述双树形连接方案包括候选分光器的位置节点信息和规划连接方案中的光纤长度。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)获取PON网络规划信息；
(2)构建PON规划模型，并初始化所述构建PON规划模型中的全部信息；
(3)设定实际PON网络约束条件；
(4)根据所述约束条件，优化PON网络中各节点的连接；
(5)建立已规划方案的备份保护连接；
(6)逆向补偿双树形连接方案光功率信息；
(7)保存双树形连接方案，形成可靠PON规划方案。
2.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述PON网络规划信息包括，网络各节点位置信息、属性信息和物理距离信息。
3.根据权利要求1所述的基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，其特征在于，所述构建PON规划模型中的全部信息包括，网络中节点分布概貌图、节点性质、节点编号、任意两节点之间的物理距离、光纤成本系数、候选分光器成本系数、OLT1端口信息、OLT2端口信息和2个存储节点信息的空集合。
4.根据权利要求3所述的基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，其特征在于，将所述OLT1设置为起始节点，网络中其余节点按位置顺序编号；并将所述候选分光器与光信息单元安装于同一地点；其中，所述其余节点包括除去起始节点OLT1外，还未开始规划的所有节点。
5.根据权利要求1所述的基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述约束条件包括：a)根据实际工况设定起始节点到各光网络单元叶子节点的最大传输距离；b)根据实际需要，设置所述起始节点到各所述光网络单元叶子节点的最长传输时延；c)根据分光器的实际分支，非均匀分配候选分光器的功率分配比；d)预算全网的功率，包括所述PON网络所有敷设光纤的总衰减光功率和各候选分光器处的功率衰减之和，且满足起始节点侧发射功率与光网络单元的灵敏度及安全裕度；其中，PON网络的功率预算＝起始节点发射机的发射功率-光网络单元接收机的灵敏度-安全裕度。
6.根据权利要求1所述的基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，其特征在于，所述步骤(4)中，从所述起始节点OLT1开始，连接满足约束条件 a)和b)的所有节点，并将当前连接到的所有节点信息存储在一个空集合中；以集合中的所有节点为起始点，面向其余的节点，在满足步骤(3)中a)和b)的约束条件下，生成可行解；
其中，所述空集合用于缓存规划方案中节点信息；所述可行解是满足规划约束条件下的双树形优化连接方案；
之后的每次选择均利用约束条件生成可行解的方法，直到网络中所有节点均存储在设定的集合中，规划连接结束，生成树连接方案1。
7.根据权利要求1所述的基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，其特征在于，所述步骤(5)中，筛除全图中已纳入规划的链路，选择剩余图作为规划目标，设OLT2为起始节点重复步骤(4)，直到网络中所有节点均存储在设定的集合中，生成树连接方案2。
8.根据权利要求1所述的基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，其特征在于，所述步骤(6)中，分别逆向补偿树连接方案1和树连接方案2的光功率信息，计算链路及候选分光器节点功率衰减值，并保存中间候选分光器的节点信息；
若满足步骤(3)中约束条件c)和d),则PON规划成功，若不满足，则在适当位置加入光放大器。
9.根据权利要求8所述的基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，其特征在于，所述中间候选分光器的节点信息包括：节点位置编号、选中位置的候选分光器分支比和光功率分配比。
10.根据权利要求1所述的基于快速近非迭代的双树形可靠PON规划方法，其特征在于，所述步骤(7)包括，将存储的双树形连接方案作为该PON网络的布局规划方案；其中，所述双树形连接方案包括候选分光器的位置节点信息和规划连接方案中的光纤长度。
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