CN109040864B - 基于多种场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法 - Google Patents

基于多种场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种基于多种场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法。该方法包括：结合多种场景下不同建筑物的配电结构信息进行针对性的光分配网络ODN线路路径设计；采用遗传算法，根据约束条件参数对光网络单元ONU分组连接分光器OBD的成本目标函数进行求解；在通过分析所述规划网络的光通道链路衰减值，从而得到不同建筑物的电力光纤到户网络规划是符合实际应用需求的方案。可见，应用本发明实施例，设计的多种场景的电力光纤到户网络规划方案既满足了不同地域与环境的规划要求，也保证了用户业务的可靠性并尽量降低网络线路的敷设成本。

Description

基于多种场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法
技术领域
本发明涉及电网和通信技术领域，特别是涉及一种基于多种场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法。
背景技术
PFTTH(Power Fiber to the Home，电力光纤到户)是指在低压通信接入网中采用OPLC(Optical Fiber Composite Low-voltage Cable，光纤复合低压电缆))等线缆，将光纤随低压电缆线敷设，实现到表到户配以无源光网络技术的，承载智能电网配用电环节和三网融合相关业务。
PFTTH网络结构如图1所示，该网络结构由OLT(Optical Line Terminal,光线路终端)、ONU(Optical Network Unit,光网络单元)和ODN(Optical distribution node,光分配网络)三部分组成，其中，ODN由OLT光缆分配点、用户接入点和ONU四个节点分成三个线路端，依次是馈线光缆、配线光缆、入户光缆，不同的线缆段具有对应的线缆类型及敷设方式。
目前，PFTTH网络规划中的关键问题是光分配网络ODN各段的线缆规划以及光网络单元ONU分组连接分光器OBD的规划问题。因此，如何有效的规划ODN各段的线缆规划以及ONU分组连接OBD，对建设坚强可靠、经济高效、友好互动的智能电网通信网络具有重要意义。
由于电力光纤到户中的光纤复合低压电缆OPLC结合了电缆与光缆，在电力光纤到户的网络规划中需要同时考虑电力流、信息流和建筑物的配电结构三个因素的规划，而现有技术中，仅针对信息流、电力流或建筑物的配电结构中的部分因素来确定网络规划方案，而未能实现将三者有效的结合起来，也没有综合考虑成本、业务可靠性等因素。因此，可能出现网络规划方案无法满足不同地域与环境的规划要求，以及未能保证业务的可靠性和网络线路敷设成本高的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于多种场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法，以满足不同地域与环境的规划要求，保证业务的可靠性并尽量降低网络线路敷设成本。
具体技术方案如下：
第一方面，提供了一种基于多种场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法，所述方法包括：
获取待规划场景的配电结构信息；
获取根据所述配电结构信息生成的电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案；所述路径规划方案中包括：OBD的数量和位置；
根据所述路径规划方案中的分光器OBD的数量和位置，计算获得每个OBD 与OLT之间的距离；
采用预设的遗传算法，根据约束条件参数对预设的光网络单元ONU分组连接分光器OBD的成本目标函数进行求解；其中，成本目标函数表示：成本与网络中ONU的数量、OBD的数量、各个ONU与连接的OBD之间的距离以及每个 OBD与OLT之间的距离之间的函数关系；所述约束条件参数包括：多业务可靠性约束条件、网络总时延约束条件和接入容量约束条件的参数；
获得所述成本目标函数的求解结果；所述求解结果中包括：网络中ONU数量以及各个ONU与OBD之间的距离；
根据所述成本目标函数的求解结果计算从OLT到ONU的光通道链路衰减值；
判断所述规划网络的光通道链路衰减值是否符合预设光通道衰减要求；
当所述光通道链路衰减值不符合光衰减要求时，调整所述约束条件参数，返回所述采用预设的遗传算法，根据约束条件参数对预设的ONU分组连接OBD 的成本目标函数进行求解的步骤；
当所述光通道衰减值符合光衰减要求时，将所述路径规划方案和求解结果中的网络中ONU数量以及各个ONU与OBD之间的距离，确定为所述待规划场景的电力光纤到户网络规划方案。
进一步的，所述预设的光网络单元ONU分组连接分光器OBD的成本目标函数可以是：
Figure BDA0001724666720000031
其中，M为OBD的个数，N为能接入所有OBD的ONU的个数，其值必须大于实际ONU数量N′，K0为每个OBD最多可连接的ONU的个数，dij为ONUi到 OBDj的距离，Dj为OBDj到OLT之间的距离，Xij表示ONUi是否已经通过OBDj连到OLT；当Dj的值为1时，表示ONUi已通过OBDj连接到OLT；当Dj的值为0时，表示ONUi与OLT尚未连接；
所述多业务可靠性约束条件、网络总时延约束条件和接入容量约束条件可以是：
所述多业务可靠性约束条件可以是：
Figure BDA0001724666720000032
其中，M为OBD的个数，
Figure BDA0001724666720000033
是当群落里用户业务全为最高等级时，所述网络的最大可靠性约束指标，R0是多业务网络可靠性阈值；
所述网络总时延约束条件可以是：
Figure BDA0001724666720000034
其中，N为能接入所有OBD的ONU的个数，ti是数据包从OLT局端到第i个终端的时延，t0是网络总时延阈值；
所述接入容量约束条件可以是：
Figure BDA0001724666720000035
其中，M为OBD的个数，Xij表示ONUi是否已经通过OBDj连到OLT，K0是每个OBD最多可连接的ONU的个数。
进一步的，所述预设的遗传算法的染色体可以是：
每个分光器OBD与光网络单元ONU的连接方式；
所述遗传算法的适应度函数可以是：
Figure BDA0001724666720000041
其中，(A-C(Sv))表示染色体的经济成本，A是一个大数，保证染色体的经济成本值始终为正；
采用预设的遗传算法，根据约束条件参数对预设的光网络单元ONU分组连接分光器OBD的成本目标函数进行求解的步骤，可以包括：
对预设初始染色体进行编码；
计算所述每个染色体的适应度函数；
根据正比染色体亲和度方法，从所述预设染色体中选择两个染色体进行交叉操作；
计算所述交叉操作得到的新的染色体的适应度函数；
如果新的染色体的适应度函数值大于预设适应度函数值阈值，将新的染色体替换所述初始染色体中适应度函数值最小的两个染色体；
返回对预设初始染色体进行编码的步骤；
如果新的染色体的适应度函数值小于预设适应度函数值阈值，则停止变异。
进一步的，所述根据所述成本目标函数的求解结果计算从OLT到ONU的光通道链路衰减值的步骤，可以包括：
根据获得的每个OBD与OLT之间的距离，以及所述成本目标函数的求解结果，获得离OLT最远的ONU之间的距离；
计算离OLT最远的ONU与OLT的衰减值，作为光通道链路的衰减值。
进一步的，所述计算离OLT最远的ONU的衰减值，作为光通道链路的衰减值的步骤，可以包括：
采用如下公式计算衰减值：
P＝L×a+n1×b+n2×c+n3×d+e+f (dB)
其中，L为光纤总长度(km)，a为光纤每公里衰减值(dB)，n1为熔接点的数目，b为熔接点的损耗(dB)，n2为机械接续点数目，c为机械接续点的损耗(dB)，n3为连接器数目，d为连接器损耗(dB)，e为光路器损耗(dB)，f 为工程余量(dB)。
进一步的，所述当所述光通道链路衰减值不符合光衰减要求时，调整所述约束条件参数的步骤，可以包括：
调整多业务网络可靠性阈值R0、网络总时延阈值t0和每个OBD最多可连接的ONU的个数K0。
进一步的，若所述待规划场景为塔楼，则根据塔楼的配电结构信息生成的电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案的步骤，可以包括：
从所述塔楼的配电室OLT局端到楼宇配电间，将沿强电竖井敷设至楼层配电箱的光缆分配点；
根据所述楼层配电箱的光缆分配点的位置，确定分光器OBD的位置；
从楼层配电箱的光缆分配点再经过用户电表至用户家庭配电箱这一路径敷设光纤复合低压电缆OPLC。
进一步的，若所述待规划场景为别墅，则根据所述配电结构信息生成的电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案的步骤，可以包括：
从所述别墅小区内配线柜分线至各户配电箱；
根据所述小区内配线柜的位置，确定分光器OBD的位置；
从所述各户配电箱再经过用户电表至用户家庭配电箱敷设OPLC。
进一步的，若所述待规划场景为农村，则根据所述配电结构信息生成的电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案的步骤，可以包括：
沿所述村落配电箱分线架空敷设OPLC到各村落集中居民区落地点；
根据村落配电箱的位置，确定分光器OBD的位置。
第二方面，提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现如下方法步骤：
获取待规划场景的配电结构信息；
获取根据所述配电结构信息生成的电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案；所述路径规划方案中包括：OBD的数量和位置；
根据所述路径规划方案中的分光器OBD的数量和位置，计算获得每个OBD 与OLT之间的距离；
采用预设的遗传算法，根据约束条件参数对预设的光网络单元ONU分组连接分光器OBD的成本目标函数进行求解；其中，成本目标函数表示：成本与网络中ONU的数量、OBD的数量、各个ONU与连接的OBD之间的距离以及每个 OBD与OLT之间的距离之间的函数关系；所述约束条件参数包括：多业务可靠性约束条件、网络总时延约束条件和接入容量约束条件的参数；
获得所述成本目标函数的求解结果；所述求解结果中包括：网络中ONU数量以及各个ONU与OBD之间的距离；
根据所述成本目标函数的求解结果计算从OLT到ONU的光通道链路衰减值；
判断所述规划网络的光通道链路衰减值是否符合预设光通道衰减要求；
当所述光通道链路衰减值不符合光衰减要求时，调整所述约束条件参数，返回所述采用预设的遗传算法，根据约束条件参数对预设的ONU分组连接OBD 的成本目标函数进行求解的步骤；
当所述光通道衰减值符合光衰减要求时，将所述路径规划方案和求解结果中的网络中ONU数量以及各个ONU与OBD之间的距离，确定为所述待规划场景的电力光纤到户网络规划方案。
由上述的技术方案可见，应用本发明实施例提供的一种基于多种场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法。结合多种场景下不同建筑物的配电结构信息进行针对性的光分配网络ODN线路路径设计；采用遗传算法，根据约束条件参数对光网络单元ONU分组连接分光器OBD的成本目标函数进行求解；在通过分析所述规划网络的光通道链路衰减值，检验网络实用性，从而得到不同建筑物的电力光纤到户网络规划是符合实际应用需求的方案，即满足了不同地域与环境的规划要求，也保证了用户业务的可靠性并尽量降低网络线路的敷设成本。
当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种PFTTH网络结构图；
图2为本发明实施例提供的一种基于多场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法的流程示意图；
图3a为本发明实施例中一种塔楼组网示意图；
图3b为本发明实施例中一种别墅组网示意图；
图3c为本发明实施例中一种农村用户组网示意图；
图4为本发明实施例使用的一种单个群落的可靠性计算示例结构图；
图5为本发明实施例使用的一种ONU光通路模型结构图；
图6为本发明实施例中使用的一种遗传算法的流程示意图；
图7为应用本发明实施例的一种典型塔楼电力光纤到户ODN线缆路径规划实例的结构示意图；
图8本发明实施例中多业务可靠性参数与成本目标函数的关系曲线图；
图9为本发明实施例中网络总时延参数与成本目标函数的关系曲线图；
图10为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了满足不同地域与环境的规划要求，保证业务的可靠性并尽量降低网络线路的敷设成本，本发明实施例提供了一种基于多场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法。
下面首先对本发明实施例提供的一种基于多场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法进行介绍。
图2为本发明实施例的一种基于多场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法的流程示意图，包括以下步骤：
S201，获取待规划场景的配电结构信息；
需要说明的是，待规划场景是指待规划建筑物，本发明实施例中研究的是用户住宅建筑物。由于不同的用户住宅建筑物具有不同的配电结构，即各个电气节点位置和配电设备各不相同，必定制定出不同的电力光纤到户网络规划方案。
为了描述更加清楚，下面列举三个具体实施例来说明不同的住宅建筑物具有不同的配电结构信息，从而对应不同的电力光纤到户网络规划方案。
实施例1，待规划的用户住宅建筑物为塔楼。
具体的，上述塔楼的配电结构通常为：单(双)强电井、多段供电方式，一般楼宇地下室设置1个(或双强电井为2个)低压楼宇配电间，楼宇配电间通过强电竖井，采用多段T接供电方式为楼宇供电。主要电气节点和设备包括：小区配电室、楼宇配电柜、楼层配电箱和家庭配电箱等。
实施例2，待规划的用户住宅建筑物为别墅。
具体的，由于别墅区面积较大，负荷点多且分散，其配电结构通常以小区配电室为中心，向周边用户住宅处采用放射式配电方式。其主要电气节点和设备包括：小区配电室、家庭配电箱。
实施例3，待规划的用户住宅建筑物为农村。
具体的，农村住宅建筑物通常采用电缆架空方式至各村落集中居民区落地点。主要电气节点和电气设备有：村落配电箱、集中居民区落地点配电箱。
S202，获取根据所述配电结构信息生成的电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案；所述路径规划方案中包括：OBD的数量和位置；
需要说明的是，针对S201列举的三个不同实施例，下面分别根据上述实施例阐述根据所述配电结构信息如何生成电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案。
实施例1，当待规划住宅建筑物为塔楼时，根据塔楼的配电结构生成电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案，如图3a所示。
具体的，先从塔楼的配电室OLT局端到楼宇配电间，沿强电竖井敷设至楼层配电箱的光缆分配点，再经过用户电表至用户家庭配电箱这一路径敷设 OPLC；塔楼建筑在配电室、楼层配电箱、用户家庭配电箱等位置进行光缆接续,按照用户需求安装配线架及分光器,完成光纤入户；此外，如果楼宇配电采用母线排接线方式,则敷设普通光缆完成网络覆盖。
实施例2，当待规划的用户住宅建筑物为别墅时，根据别墅的配电结构生成的电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案，如图3b 所示。
具体的，由别墅小区配电室OLT开始，经配线柜分线至各户家庭配电箱处, 再经过用户电表至用户家庭配电箱敷设OPLC；在配电室、用户家庭配电箱等位置进行光缆接续,按照用户安装配线架及分光器,完成光纤入户。
实施例3，待规划的用户住宅建筑物为农村，根据农村配电结构生成的电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案，如图3c所示。
具体的，沿村落配电箱分线架空敷设OPLC至各村落集中居民区落地点；在村落配电箱处将OPLC中光纤与电缆分离，接入配线架，按用户需求配置分光器进行分光；自配线架敷设光缆至各村落或居住密集区，选择适合位置安放配线箱，光缆成端接入配线架，在配线箱处加装公共ONU；由公共ONU至用户终端可按用户需求或视当地环境，选择光纤、五类线双绞线、无线覆盖或PLC宽带技术等不同方式接入。
S203，根据所述路径规划方案中的分光器OBD的数量和位置，计算获得每个OBD与OLT之间的距离；
S204，采用预设的遗传算法，根据约束条件参数对预设的光网络单元ONU 分组连接分光器OBD的成本目标函数进行求解；其中，成本目标函数表示：成本与网络中ONU的数量、OBD的数量、各个ONU与连接的OBD之间的距离以及每个OBD与OLT之间的距离之间的函数关系；所述约束条件参数包括：多业务可靠性约束条件、网络总时延约束条件和接入容量约束条件的参数；
需要说明的是，电力光纤到户网络规划中，OBD在连接ONU的时候，由于 ONU连接距离的增长，OBD的功率会逐渐减少，无法满足ONU基本功率的供应，但目前OBD的分光功率都是平均分配的。因此，光网络单元ONU(ONU 或ONU集群)和分光器OBD的分组连接问题是最重要的优化问题。
在本发明的实施例中，依据多业务可靠性、网络总时延的不同要求进行业务分级加权，以通信线路成本最优为成本目标函数，其中，成本目标函数的公式如下：
Figure BDA0001724666720000101
其中，C为成本目标函数值，M为OBD的个数，N为能接入所有OBD的ONU 的个数，其值必须大于实际ONU数量N′，K0为每个OBD最多可连接的ONU的个数，dij为ONUi到OBDj的距离，Dj为OBDj到OLT之间的距离，Xij表示ONUi是否已经通过OBDj连到OLT；当Dj的值为1时，表示ONUi已通过OBDj连接到OLT；当Dj的值为0时，表示ONUi与OLT尚未连接。
具体的，约束条件参数分别为：
1)多业务可靠性约束条件：
需要说明的是，电力光纤到户网络用户的多业务可靠性分为三个等级，高优先服务等级Ser0、中等优先服务等级Ser1和低优先服务等级Ser2。
具体的，网络可靠性通过两方面来体现，一是业务集群率，其值为群落中相同业务的ONU数量和群落内总ONU的比值；二是成集群的业务等级加权值。在实际网络中，业务等级高的ONU终端汇聚为一个群落的概率越高，对提高整个网络的服务质量作用越大。
那么单个群落的可靠性为：
Figure BDA0001724666720000111
其中，a0，a1，a2分别为三种业务等级的加权值，且a0+a1+a2＝1；对单个群落的可靠性做归一化处理的，当群落内用户业务全为最高等级时，可靠性取最大值0.5，如下公式所示：
Figure BDA0001724666720000112
得到的整个网络的可靠性为：
Figure BDA0001724666720000113
其中，M为OBD的个数，
Figure BDA0001724666720000114
是当群落里用户业务全为最高等级时，所述网络的最大可靠性约束指标，R0是多业务网络可靠性阈值。
为了描述更加清楚，下面列举一个具体计算实例得到单个群落的可靠性，如图4。
具体的，以群落1为例，由图4可知，群落1中业务等级最高的用户数为6个，业务等级中等的用户数为2个，所以，群落1的可靠性为
Figure BDA0001724666720000115
2)网络总时延约束条件：
需要说明的是，数据包从OLT局端到ONU终端的总时延，主要考虑链路中的传输时延以及ONU汇聚节点OBD的排队处理时延，所以第i个终端的时延ti为：
Figure BDA0001724666720000121
其中，ttra为链路中的传输时延，其值相对较小，计算时可以忽略不计；tpro为处理时延，lp为等待处理的队列长度。队列主要考虑对时延要求较高的最高优先服务等级，最高优先服务级的业务在同一OBD节点等待排队处理时，存在传输竞争，进而相互影响传输时延，影响高优先服务等级业务的服务质量。
所以，网络的平均时延为：
Figure BDA0001724666720000122
其中，N为能接入所有OBD的ONU的个数，ti是数据包从OLT局端到第i个终端的时延，t0是网络总时延阈值。
3)接入容量约束条件：
具体的，接入容量约束条件是用来限制每个分光器OBD可连接的ONU的个数的约束条件，公式如下所示。
Figure BDA0001724666720000123
其中，M为OBD的个数，Xij表示ONUi是否已经通过OBDj连到OLT，K0是每个OBD最多可连接的ONU的个数。
S205，获得所述成本目标函数的求解结果；所述求解结果中包括：网络中 ONU数量以及各个ONU与OBD之间的距离；
S206，根据所述成本目标函数的求解结果计算从OLT到ONU的光通道链路衰减值；
需要说明的是，获得待规划建筑物的电力光纤到户网络规划方案之后，采用最坏值方法进行光分配网络ODN的光通道衰减核算，即若网络中最远光网络单元ONU终端的光通道衰减值满足预设光通道衰减要求，则认为其他ONU都满足预设光通道衰减要求。其中，ODN光通道衰减包括光纤、分光器OBD(光分路器)、光活动连接器和光纤熔接接头所引入的衰减总和，具体如图5所示。
所述根据所述成本目标函数的求解结果计算从OLT到ONU的光通道链路衰减值，可以包括：
首先，根据获得的每个OBD与OLT之间的距离，以及所述成本目标函数的求解结果，获得离OLT最远的ONU之间的距离；
然后，计算离OLT最远的ONU与OLT之间的衰减值，作为光通道链路的衰减值，其中，采用如下公式计算衰减值：
P＝L×a+n1×b+n2×c+n3×d+e+f (dB)
其中，L为光纤总长度(km)，a为光纤每公里衰减值(dB)，n1为熔接点的数目，b为熔接点的损耗(dB)，n2为机械接续点数目，c为机械接续点的损耗(dB)，n3为连接器数目，d为连接器损耗(dB)，e为光路器损耗(dB)，f 为工程余量(dB)。
S207，判断所述规划网络的光通道链路衰减值是否符合预设光通道衰减要求；
具体的，判断所述规划网络的光通道链路衰减值是否小于预设光通道衰减阈值；如果小于，则符合预设光通道衰减要求，否则不符合预设光通道衰减要求。
S208，当所述光通道链路衰减值不符合光衰减要求时，调整所述约束条件参数，返回所述采用预设的遗传算法，根据约束条件参数对预设的ONU分组连接OBD的成本目标函数进行求解的步骤；
需要说明的是，调整所述约束条件是指调整多业务网络可靠性阈值R0、网络总时延阈值t0和每个OBD最多可连接的ONU的个数K0。
具体的，根据实际经验，适当的放大(或缩小)所述三个约束条件，若放大(或缩小)约束条件导致所述网络规划方案不如调整前的网络规划方案，则缩小(或放大)约束条件。
S209，当所述光通道衰减值符合光衰减要求时，将所述路径规划方案和求解结果中的网络中ONU数量以及各个ONU与OBD之间的距离，确定为所述待规划场景的电力光纤到户网络规划方案。
本发明实施例中，结合多种场景下不同建筑物的配电结构信息进行针对性的光分配网络ODN线路路径设计；采用遗传算法，根据约束条件参数对光网络单元ONU分组连接分光器OBD的成本目标函数进行求解；在通过分析所述规划网络的光通道链路衰减值，检验网络实用性，从而得到不同建筑物的电力光纤到户网络规划是符合实际应用需求的方案，即满足了不同地域与环境的规划要求，也保证了用户业务的可靠性并尽量降低网络线路的敷设成本。
图6为本发明实施例中使用的一种遗传算法的流程示意图，包括如下步骤：
S601：对预设初始染色体进行编码；
首先，给出一种待规划建筑物的网络规划方案，将所述方案中的每个分光器OBD与光网络单元ONU的连接方式，称为一个染色体；
然后，通过对染色体进行编码，将所述网络规划方案进入遗传算法；
具体的，一个染色体编码是长度为N的整数编码，依次表示ONU终端接入到的OBD的编号，即确定连接方式，同时确定ONU汇聚节点OBD的位置和数量；考虑到光纤长度限制，每个ONU仅选择距离其最近的三个OBD节点连接。
需要说明的是，每个染色体的编码长度N与光网络单元ONU的个数N相同，
S602：计算所述每个染色体的适应度函数值，其中，所述遗传算法的适应度函数为：
Figure BDA0001724666720000141
其中，f(Sv)表示染色体的适应度函数值，C(Sv)是一个染色体Sv对应的成本目标函数值，A为预设的固定值，其保证染色体的经济成本值始终为正，例如：可以是30万元；N′为所规划网络实际接入的光网络单元ONU的个数，N为能接入所有分光器OBD的ONU的个数。
S603：根据正比染色体亲和度方法，从所述预设染色体中选择两个染色体进行交叉操作；
具体的，正比染色体亲和度方法为：通过确定和比较每个染色体的选择算子函数值，将选择算子函数值最大的两个染色体进行交叉操作。
选择算子函数的公式如下：
Figure BDA0001724666720000151
其中，Q(Sv)是染色体Sv的选择概率函数值，v为每个OBD对应的编号，其取值可以为1，2，….，Ns。
S604：计算所述交叉操作得到的新的染色体的适应度函数值；
S605：如果新的染色体的适应度函数值大于预设适应度函数值阈值，将新的染色体替换所述初始染色体中适应度函数值最小的两个染色体，并返回步骤 S601；
S606：如果新的染色体的适应度函数值小于预设适应度函数值阈值，则停止变异。
应用本发明实施例提供的一种基于多种场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法。结合多种场景下不同建筑物的配电结构信息进行针对性的光分配网络ODN线路路径设计；采用遗传算法，根据约束条件参数对光网络单元ONU 分组连接分光器OBD的成本目标函数进行求解；在通过分析所述规划网络的光通道链路衰减值，检验网络实用性，从而得到不同建筑物的电力光纤到户网络规划是符合实际应用需求的方案，即满足了不同地域与环境的规划要求，也保证了用户业务的可靠性并尽量降低网络线路的敷设成本。
以下，以典型塔楼住宅为实例，对本发明实施例进行详细说明。
参见图7，图7为应用本发明实施例的一种典型塔楼电力光纤到户ODN线缆路径规划实例的结构示意图。
其中，经典塔楼的配电结构为：网络中OLT局端一般设置在小区10kV配电室或110kV变电站，光缆分配点通常设置在楼宇配电室，用户接入点通常设置在楼层配电室，光网络单元ONU终端一般设置在家庭配电箱。
根据上述经典塔楼的配电结构信息生成电力光纤到户中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案。
具体的，由经典塔楼住宅小区10kV配电间沿电缆沟、槽敷设至楼宇配电间的馈线光缆敷设三相光纤复合低压电缆；由楼宇配电间沿楼宇强电井垂直布放 OPLC至各用户接入点的配线光缆敷设三相光纤复合低压电缆；主要用于三网融合业务，迁入用户家里的入户光缆选用2芯皮线光缆。
需要说明的是，参见图7中，光网络单元ODN的位置就是分光器OBD的位置。
完成了图7所示的网络线缆规划后，再根据实际用户数及本发明提出的根据约束条件参数对预设的光网络单元ONU分组连接分光器OBD的成本目标函数进行求解。
具体的，下面分别单独考虑多业务可靠性约束条件和网络总时延约束条件对成本目标函数的影响。
首先，只考虑网络可靠性对成本目标函数的影响。如图8所示，通过调整多业务可靠性阈值R0，网络建设成本随着网络可靠性的提高而提高。以图中所取点为例，当多业务可靠性R0从0.81增加到0.89时，成本目标函数值也相应的从11.76万元增加到15.77万元。
其次，单独考虑网络总时延对成本目标函数的作用，如图9所示，调整网络时延阈值t0的值，随着网络总时延的增大，成本目标函数值逐渐减小。以图中所取两点为例，当网络总时延从275ms增加到367ms时，成本目标函数值对应从12.18万元减少到10.37万元，但网络总时延属于较重要的网络Qos参数，不可无限度以成本目标函数最优降低时延标准。
为了探究多业务可靠性参数和网络总时延参数对成本目标函数的综合作用效果，下面列举了四个不同的约束条件参数实验值，对成本目标函数的影响，具体如实验参数表1和实验结果表2。
表1实验参数
Figure BDA0001724666720000161
Figure BDA0001724666720000171
表2实验结果
Figure BDA0001724666720000172
具体的，综合规划网络的多业务可靠性约束参数、网络总时延约束参数和成本目标函数三个参数来看实验结果。
首先，由实验1和实验2的结果对比可知，实验2所规划的网络成本目标函数值比实验1有小幅提高，但实验2的网络总时延明显优于实验1，该结果显示实验2能为多业务运行保障稳定的环境。因此，加入业务传输时延的约束明显有益于提高ONU集群规划的可靠性。
其次，对比所设计的实验2、3、4，表2结果表明，本发明所提的方法能在满足所有要求的不同约束下，提供有效的ONU集群规划方案。其中，实验2在网络多业务可靠性参数阈值达到0.8056时，还能保证业务的传输时延小于 300ms，并且网络成本相对实验3、4较低，更具实际应用指导性。同时也说明，实际网络具体规划中，在成本目标函数值最优目标下，控制好网络多业务可靠性和网络总时延约束比重，可以获得兼顾经济性和可靠性的网络规划方案。
应用本发明实施例提供的一种基于多种场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法。结合多种场景下不同建筑物的配电结构信息进行针对性的光分配网络ODN线路路径设计；采用遗传算法，根据约束条件参数对光网络单元ONU 分组连接分光器OBD的成本目标函数进行求解；在通过分析所述规划网络的光通道链路衰减值，检验网络实用性，从而得到不同建筑物的电力光纤到户网络规划是符合实际应用需求的方案，即满足了不同地域与环境的规划要求，也保证了用户业务的可靠性并尽量降低网络线路的敷设成本。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图10所示，包括处理器1001、通信接口1002、存储器1003和通信总线1004，其中，处理器1001，通信接口1002，存储器1003通过通信总线1004完成相互间的通信，
存储器1003，用于存放计算机程序；
处理器1001，用于执行存储器1003上所存放的程序时，实现如下方法步骤：
获取待规划场景的配电结构信息；
获取根据所述配电结构信息生成的电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案；所述路径规划方案中包括：OBD的数量和位置；
根据所述路径规划方案中的分光器OBD的数量和位置，计算获得每个OBD 与OLT之间的距离；
采用预设的遗传算法，根据约束条件参数对预设的光网络单元ONU分组连接分光器OBD的成本目标函数进行求解；其中，成本目标函数表示：成本与网络中ONU的数量、OBD的数量、各个ONU与连接的OBD之间的距离以及每个 OBD与OLT之间的距离之间的函数关系；所述约束条件参数包括：多业务可靠性约束条件、网络总时延约束条件和接入容量约束条件的参数；
获得所述成本目标函数的求解结果；所述求解结果中包括：网络中ONU数量以及各个ONU与OBD之间的距离；
根据所述成本目标函数的求解结果计算从OLT到ONU的光通道链路衰减值；
判断所述规划网络的光通道链路衰减值是否符合预设光通道衰减要求；
当所述光通道链路衰减值不符合光衰减要求时，调整所述约束条件参数，返回所述采用预设的遗传算法，根据约束条件参数对预设的ONU分组连接OBD 的成本目标函数进行求解的步骤；
当所述光通道衰减值符合光衰减要求时，将所述路径规划方案和求解结果中的网络中ONU数量以及各个ONU与OBD之间的距离，确定为所述待规划场景的电力光纤到户网络规划方案。
关于该方法各个步骤的具体实现以及相关解释内容可以参见上述图2和6 所示的方法实施例，在此不做赘述。
应用本发明实施例提供的一种基于多种场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法。结合多种场景下不同建筑物的配电结构信息进行针对性的光分配网络ODN线路路径设计；采用遗传算法，根据约束条件参数对光网络单元ONU 分组连接分光器OBD的成本目标函数进行求解；在通过分析所述规划网络的光通道链路衰减值，检验网络实用性，从而得到不同建筑物的电力光纤到户网络规划是符合实际应用需求的方案，即满足了不同地域与环境的规划要求，也保证了用户业务的可靠性并尽量降低网络线路的敷设成本。
另外，处理器1001执行存储器1003上所存放的程序而实现的基于多种场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法的其他实现方式，与前述方法实施例部分所提及的实现方式相同，这里也不再赘述。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器 (DigitalSignal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于电子设备以及计算机可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于多种场景的电力光纤到户网络规划方案确定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待规划场景的配电结构信息；
获取根据所述配电结构信息生成的电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案；所述路径规划方案中包括：OBD的数量和位置；
根据所述路径规划方案中的分光器OBD的数量和位置，计算获得每个OBD与OLT之间的距离；
采用预设的遗传算法，根据约束条件参数对预设的光网络单元ONU分组连接分光器OBD的成本目标函数进行求解；其中，成本目标函数表示：成本与网络中ONU的数量、OBD的数量、各个ONU与连接的OBD之间的距离以及每个OBD与OLT之间的距离之间的函数关系；所述约束条件参数包括：多业务可靠性约束条件、网络总时延约束条件和接入容量约束条件的参数；
获得所述成本目标函数的求解结果；所述求解结果中包括：网络中ONU数量以及各个ONU与OBD之间的距离；
根据所述成本目标函数的求解结果计算从OLT到ONU的光通道链路衰减值；
判断所述规划网络的光通道链路衰减值是否符合预设光通道衰减要求；
当所述光通道链路衰减值不符合光衰减要求时，调整所述约束条件参数，返回所述采用预设的遗传算法，根据约束条件参数对预设的ONU分组连接OBD的成本目标函数进行求解的步骤；
当所述光通道衰减值符合光衰减要求时，将所述路径规划方案和求解结果中的网络中ONU数量以及各个ONU与OBD之间的距离，确定为所述待规划场景的电力光纤到户网络规划方案；
其中，所述预设的光网络单元ONU分组连接分光器OBD的成本目标函数为：
Figure FDA0002412935320000011
其中，M为OBD的个数，N为能接入所有OBD的ONU的个数，其值必须大于实际ONU数量N′，K0为每个OBD最多可连接的ONU的个数，dij为ONUi到OBDj的距离，Dj为OBDj到OLT之间的距离，Xij表示ONUi是否已经通过OBDj连到OLT；当Dj的值为1时，表示ONUi已通过OBDj连接到OLT；当Dj的值为0时，表示ONUi与OLT尚未连接；
所述多业务可靠性约束条件、网络总时延约束条件和接入容量约束条件为：
所述多业务可靠性约束条件为：
Figure FDA0002412935320000021
其中，M为OBD的个数，
Figure FDA0002412935320000022
是当群落里用户业务全为最高等级时，所述网络的最大可靠性约束指标，R0是多业务网络可靠性阈值；
所述网络总时延约束条件为：
Figure FDA0002412935320000023
其中，N为能接入所有OBD的ONU的个数，ti是数据包从OLT局端到第i个终端的时延，t0是网络总时延阈值；
所述接入容量约束条件为：
Figure FDA0002412935320000024
其中，M为OBD的个数，Xij表示ONUi是否已经通过OBDj连到OLT，K0是每个OBD最多可连接的ONU的个数；
所述预设的遗传算法的染色体为：
每个分光器OBD与光网络单元ONU的连接方式；
所述遗传算法的适应度函数为：
Figure FDA0002412935320000025
其中，f(Sv)表示染色体的适应度函数值，A为预设的固定值，其保证染色体的经济成本值始终为正，C(Sv)是一个染色体Sv对应的成本目标函数值；
采用预设的遗传算法，根据约束条件参数对预设的光网络单元ONU分组连接分光器OBD的成本目标函数进行求解的步骤，包括：
对预设初始染色体进行编码；
计算所述每个染色体的适应度函数；
根据正比染色体亲和度方法，从所述预设染色体中选择两个染色体进行交叉操作；
计算所述交叉操作得到的新的染色体的适应度函数；
如果新的染色体的适应度函数值大于预设适应度函数值阈值，将新的染色体替换所述初始染色体中适应度函数值最小的两个染色体；
返回对预设初始染色体进行编码的步骤；
如果新的染色体的适应度函数值小于预设适应度函数值阈值，则停止变异。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述根据所述成本目标函数的求解结果计算从OLT到ONU的光通道链路衰减值的步骤，包括：
根据获得的每个OBD与OLT之间的距离，以及所述成本目标函数的求解结果，获得离OLT最远的ONU之间的距离；
计算离OLT最远的ONU的衰减值，作为光通道链路的衰减值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述计算离OLT最远的ONU的衰减值，作为光通道链路的衰减值的步骤，包括：
采用如下公式计算衰减值：
P＝L×a+n1×b+n2×c+n3×d+e+f(dB)
其中，L为光纤总长度(km)，a为光纤每公里衰减值(dB)，n1为熔接点的数目，b为熔接点的损耗(dB)，n2为机械接续点数目，c为机械接续点的损耗(dB)，n3为连接器数目，d为连接器损耗(dB)，e为光路器损耗(dB)，f为工程余量(dB)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述当所述光通道链路衰减值不符合光衰减要求时，调整所述约束条件参数的步骤，包括：
调整多业务网络可靠性阈值R0、网络总时延阈值t0和每个OBD最多可连接的ONU的个数K0。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
若所述待规划场景为塔楼，则根据塔楼的配电结构信息生成的电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案的步骤，包括：
从所述塔楼的配电室OLT局端到楼宇配电间，将沿强电竖井敷设至楼层配电箱的光缆分配点；
根据所述楼层配电箱的光缆分配点的位置，确定分光器OBD的位置；
从楼层配电箱的光缆分配点再经过用户电表至用户家庭配电箱这一路径敷设光纤复合低压电缆OPLC。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
若所述待规划场景为别墅，则根据所述配电结构信息生成的电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案的步骤，包括：
从所述别墅小区内配线柜分线至各户配电箱；
根据所述小区内配线柜的位置,确定分光器OBD的位置；
从所述各户配电箱再经过用户电表至用户家庭配电箱敷设OPLC。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
若所述待规划场景为农村，则根据所述配电结构信息生成的电力光纤到户网络中局端OLT到每个分光器OBD的路径规划方案的步骤，包括：
沿村落配电箱分线架空敷设OPLC到各村落集中居民区落地点；
根据村落配电箱的位置，确定分光器OBD的位置。
8.一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-7任一所述的方法步骤。
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