一種基于快速近非迭代的雙樹形可靠pon規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，所述方法包括下述步驟：獲取PON網(wǎng)絡規(guī)劃信息；構建PON規(guī)劃模型，并初始化所述構建PON規(guī)劃模型中的全部信息；設定實際PON網(wǎng)絡約束條件；根據(jù)所述約束條件，優(yōu)化PON網(wǎng)絡中各節(jié)點的連接；建立已規(guī)劃方案的備份保護連接；逆向補償雙樹形連接方案光功率信息；保存雙樹形連接方案，形成可靠PON規(guī)劃方案。
【專利說明】—種基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種規(guī)劃方法，具體涉及一種基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法。

【背景技術】
[0002]無源光網(wǎng)絡(PON)作為一種光纖接入技術在配電網(wǎng)通信網(wǎng)中得到了廣泛的應用。配電通信網(wǎng)PON網(wǎng)絡由安裝于變電站的光線路終端(OLT)、置于開閉站/環(huán)網(wǎng)柜/配電室的光網(wǎng)絡單元(ONU)和由候選分光器(Splitter)和光纖組成的光分配網(wǎng)絡(ODN)三部分構成。PON拓撲結構分為樹型、星型以及總線型等，在配電網(wǎng)應用中，為保障配電自動化重要業(yè)務運行，如圖2所示，采用“手拉手”組網(wǎng)方式的典型PON拓撲結構。圖2中，選用不同變電站OLT位置的“手拉手”型結構，做到了雙PON 口的雙向保護，提高網(wǎng)絡的安全性，且ONU通過分光器連接到主干光纖上，相互獨立不影響。任何一個ONU失效后不影響其他ONU設備的正常運行；在任何接入點分支光纜出現(xiàn)問題的情況下，不影響整個EPON系統(tǒng)的正常運行，無故障點的配電終端仍和主站系統(tǒng)保持正常通信，網(wǎng)絡的高可靠性體現(xiàn)在抗多點故障失效性上。
[0003]PON規(guī)劃的對象需滿足一組任務，包括拓撲結構的設計，分光器類型的選擇(分支比和光功率分配比)，PON網(wǎng)絡各設備之間的鏈路路由的連接及一些物理約束等，從數(shù)學角度分析，PON規(guī)劃是一個NP-hard問題，在優(yōu)化過程中涉及許多變量。從相關文獻和現(xiàn)有技術中可知，如在面向大規(guī)模用戶接入的遠距離PON布局規(guī)劃方法中，為了提高了 PON傳輸距離，目前大多引入多階光放大器來解決，但未考慮一旦網(wǎng)絡出現(xiàn)故障，對在線業(yè)務造成的終止影響；而一些基于具體實施對象的無源光接入網(wǎng)規(guī)劃方法中，選用與本專利不同的算法，如Floyd算法進行規(guī)劃連接，采用圖的方法解決PON規(guī)劃問題，其規(guī)劃速度和效率均未達到最優(yōu)方案。而目前已有PON規(guī)劃技術中，在規(guī)劃的時間效率、網(wǎng)絡的可靠性和方法的復雜度方面都有待提聞。


【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，該方法針對配電網(wǎng)無源光網(wǎng)絡“手拉手”組網(wǎng)方法，利用約束條件生成可行解，從而優(yōu)化規(guī)劃方案；顯著降低了運算的時間復雜度，簡化工程計算量，大大提高了工作效率。
[0005]本發(fā)明的目的是采用下述技術方案實現(xiàn)的:
[0006]一種基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，所述方法包括下述步驟:
[0007](I)獲取PON網(wǎng)絡規(guī)劃信息；
[0008](2)構建PON規(guī)劃模型，并初始化所述構建PON規(guī)劃模型中的全部信息；
[0009](3)設定實際PON網(wǎng)絡約束條件；
[0010](4)根據(jù)所述約束條件，優(yōu)化PON網(wǎng)絡中各節(jié)點的連接；
[0011](5)建立已規(guī)劃方案的備份保護連接；
[0012](6)逆向補償雙樹形連接方案光功率信息；
[0013](7)保存雙樹形連接方案，形成可靠PON規(guī)劃方案。
[0014]優(yōu)選的，所述PON網(wǎng)絡規(guī)劃信息包括，網(wǎng)絡各節(jié)點位置信息、屬性信息和物理距離信息。
[0015]優(yōu)選的，所述構建PON規(guī)劃模型中的全部信息包括，網(wǎng)絡中節(jié)點分布概貌圖、節(jié)點性質、節(jié)點編號、任意兩節(jié)點之間的物理距離、光纖成本系數(shù)、候選分光器成本系數(shù)、OLTl端口信息、0LT2端口信息和2個存儲節(jié)點信息的空集合。
[0016]進一步地，將所述OLTl設置為起始節(jié)點，網(wǎng)絡中其余節(jié)點按位置順序編號；并將所述候選分光器與光網(wǎng)絡單元安裝于同一地點；其中，所述其余節(jié)點包括除去起始節(jié)點OLTl外，還未開始規(guī)劃的所有節(jié)點；
[0017]優(yōu)選的，所述步驟(3)中，所述約束條件包括:a)根據(jù)實際工況設定起始節(jié)點到各光網(wǎng)絡單元葉子節(jié)點的最大傳輸距離；b)根據(jù)實際需要，設置所述起始節(jié)點到各所述光網(wǎng)絡單元葉子節(jié)點的最長傳輸時延；c)根據(jù)分光器的實際分支，非均勻分配候選分光器的功率分配比；d)預算全網(wǎng)的功率，包括所述PON網(wǎng)絡所有敷設光纖的總衰減光功率和各候選分光器處的功率衰減之和，需滿足起始節(jié)點側發(fā)射功率與光網(wǎng)絡單元處的靈敏度及安全裕度；其中，PON網(wǎng)絡的功率預算=起始節(jié)點發(fā)射機的發(fā)射功率-光網(wǎng)絡單元接收機的靈敏度-安全裕度。
[0018]優(yōu)選的,所述步驟(4)中，從所述起始節(jié)點OLTl開始,連接滿足約束條件a)和b)的所有節(jié)點，并將當前連接到的所有節(jié)點信息存儲在一個空集合中；
[0019]以集合中的所有節(jié)點為起始點，面向其余的節(jié)點，在滿足步驟(3)中a)和b)的約束條件下，生成可行解，直到網(wǎng)絡中所有節(jié)點均存儲在設定的集合中，規(guī)劃連接結束，生成樹連接方案I ;
[0020]其中，所述空集合用于緩存規(guī)劃方案中節(jié)點信息；所述可行解是滿足規(guī)劃約束條件下的雙樹形優(yōu)化連接方案。
[0021]優(yōu)選的，所述步驟(5)中，篩除全圖中已納入規(guī)劃的鏈路，選擇剩余圖作為規(guī)劃目標，設0LT2為起始節(jié)點重復步驟(4)，直到網(wǎng)絡中所有節(jié)點均存儲在設定的集合中，生成樹連接方案2。
[0022]優(yōu)選的，所述步驟(6)中，分別逆向補償樹連接方案I和樹連接方案2的光功率信息，計算鏈路及候選分光器節(jié)點功率衰減值，并保存中間候選分光器的節(jié)點信息；
[0023]若滿足步驟(3)中約束條件c)和d)，則PON規(guī)劃成功，若不滿足，則在適當位置加入光放大器。
[0024]進一步地，所述中間候選分光器的節(jié)點信息包括:節(jié)點位置編號、選中位置的候選分光器分支比和光功率分配比。
[0025]優(yōu)選的，所述步驟(7)包括，將存儲的雙樹形連接方案作為該PON網(wǎng)絡的布局規(guī)劃方案；其中，所述雙樹形連接方案包括候選分光器的位置節(jié)點信息和規(guī)劃連接方案中的光纖長度。
[0026]與現(xiàn)有技術比，本發(fā)明達到的有益效果是:
[0027]I)本發(fā)明提供的基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，直接利用物理約束生成可行解，快速搜索到最優(yōu)方案，降低了運算的時間復雜度，簡化了工程計算。
[0028]2)建立PON規(guī)劃的保護備份連接方案，以最小化網(wǎng)絡建設成本為目標，對整個規(guī)劃進行聯(lián)合目標優(yōu)化，節(jié)約了經濟成本，且大大提高了 PON網(wǎng)絡的可靠性和工程計算的效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明提供的基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法的流程圖；
[0030]圖2是【背景技術】提供的配電網(wǎng)無源光網(wǎng)絡“手拉手”網(wǎng)絡拓撲結構示意圖；

【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0032]如圖1所示，一種基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，所述方法包括下述步驟:
[0033](I)獲取PON網(wǎng)絡規(guī)劃信息；所述PON網(wǎng)絡規(guī)劃信息包括，網(wǎng)絡各節(jié)點位置信息、屬性信息和物理距離信息。
[0034](2)構建PON規(guī)劃模型，并初始化所述構建PON規(guī)劃模型中的全部信息；根據(jù)權利要求I所述的基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，其特征在于，所述構建PON規(guī)劃模型中的全部信息包括，網(wǎng)絡中節(jié)點分布概貌圖、節(jié)點性質、節(jié)點編號、任意兩節(jié)點之間的物理距離、光纖成本系數(shù)、候選分光器成本系數(shù)、OLTl端口信息、OLT2端口信息和2個存儲節(jié)點信息的空集合。
[0035]將所述OLTl設置為起始節(jié)點，網(wǎng)絡中其余節(jié)點按2-18的位置順序編號(本實驗使用特定的拓撲節(jié)點數(shù)目為18個)；并將所述候選分光器與光網(wǎng)絡單元安裝于同一地點，所述候選分光器的位置即為所有光網(wǎng)絡單元節(jié)點位置；其中，所述其余節(jié)點包括除去起始節(jié)點OLTl外，還未開始規(guī)劃的所有節(jié)點；
[0036](3)設定實際PON網(wǎng)絡約束條件；
[0037]所述步驟(3)中，所述約束條件包括:a)根據(jù)實際工況設定起始節(jié)點到各光網(wǎng)絡單元葉子節(jié)點的最大傳輸距離(本實驗中將最大傳輸距離設定為20m) ；b)根據(jù)實際需要，設置所述起始節(jié)點到各光網(wǎng)絡單元葉子節(jié)點的最長傳輸時延(本實驗中將最長傳輸時延設定為66.67 μ m) ；c)根據(jù)分光器的實際分支,非均勻分配候選分光器的功率分配比,例如{5:95，25:75，40:60，50:50} ；d)預算全網(wǎng)的功率，包括所述PON網(wǎng)絡所有敷設光纖的總衰減光功率和各候選分光器處的功率衰減之和，滿足起始節(jié)點側發(fā)射功率與光網(wǎng)絡單元處的靈敏度及安全裕度；其中，PON網(wǎng)絡的功率預算=起始節(jié)點發(fā)射機的發(fā)射功率-光網(wǎng)絡單元接收機的靈敏度-安全裕度；所述安全裕度通常為3dB。
[0038](4)根據(jù)所述約束條件，優(yōu)化PON網(wǎng)絡中各節(jié)點的連接；所述步驟(4)中，從所述起始節(jié)點OLTl開始，連接滿足約束條件a)和b)的所有節(jié)點，并將當前連接到的所有節(jié)點信息存儲在一個空集合中；
[0039]以集合中的所有節(jié)點為起始點，面向其余的節(jié)點，在滿足步驟(3)中a)和b)的約束條件下，生成可行解；
[0040]其中，所述空集合用于緩存規(guī)劃方案中節(jié)點信息；所述可行解是滿足規(guī)劃約束條件下的雙樹形優(yōu)化連接方案；
[0041]之后的每次選擇均利用約束條件生成可行解的方法，直到網(wǎng)絡中所有節(jié)點均存儲在設定的集合中，規(guī)劃連接結束，生成樹連接方案I。
[0042](5)建立已規(guī)劃方案的備份保護連接；所述步驟(5)中，篩除全圖中已納入規(guī)劃的鏈路，選擇剩余圖作為規(guī)劃目標，設0LT2為起始節(jié)點重復步驟(4)，直到網(wǎng)絡中所有節(jié)點均存儲在設定的集合中，生成樹連接方案2 ；
[0043](6)逆向補償雙樹形連接方案光功率信息；所述步驟(6)中，分別逆向補償樹連接方案I和樹連接方案2的光功率信息，計算鏈路及候選分光器節(jié)點功率衰減值，并保存中間候選分光器的節(jié)點信息；
[0044]若滿足步驟(3)中約束條件c)和d)，則PON規(guī)劃成功，若不滿足，則在適當位置加入光放大器。
[0045]所述中間候選分光器的節(jié)點信息包括:節(jié)點位置編號、選中位置的候選分光器分支比和光功率分配比。
[0046]其中，逆向補償雙樹形連接方案的光功率信息是指PON網(wǎng)絡需要滿足的功率預算；
[0047]PON網(wǎng)絡的功率預算包括:光鏈路損耗、無源光器件的功率損耗、安全裕度；
[0048]逆向補償:從各ONU葉節(jié)點開始，經特定路徑鏈路進行的光功率逆向補償，逐一判斷是否在功率預算范圍內滿足光功率約束條件，即PON網(wǎng)絡的功率預算等于OLT發(fā)射機的發(fā)射功率與ONU接收機的靈敏度之差。
[0049](7)保存雙樹形連接方案，形成可靠PON規(guī)劃方案。
[0050]所述步驟(7)包括，將存儲的雙樹形連接方案作為該PON網(wǎng)絡的布局規(guī)劃方案；其中，所述雙樹形連接方案包括候選分光器的位置節(jié)點信息和規(guī)劃連接方案中的光纖長度。
[0051]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟: (1)獲取PON網(wǎng)絡規(guī)劃信息； (2)構建PON規(guī)劃模型，并初始化所述構建PON規(guī)劃模型中的全部信息； (3)設定實際PON網(wǎng)絡約束條件； (4)根據(jù)所述約束條件，優(yōu)化PON網(wǎng)絡中各節(jié)點的連接； (5)建立已規(guī)劃方案的備份保護連接； (6)逆向補償雙樹形連接方案光功率信息； (7)保存雙樹形連接方案，形成可靠PON規(guī)劃方案。
2.根據(jù)權利要求1所述的規(guī)劃方法，其特征在于，所述PON網(wǎng)絡規(guī)劃信息包括，網(wǎng)絡各節(jié)點位置信息、屬性信息和物理距離信息。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，其特征在于，所述構建PON規(guī)劃模型中的全部信息包括，網(wǎng)絡中節(jié)點分布概貌圖、節(jié)點性質、節(jié)點編號、任意兩節(jié)點之間的物理距離、光纖成本系數(shù)、候選分光器成本系數(shù)、OLTl端口信息、0LT2端口信息和2個存儲節(jié)點信息的空集合。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，其特征在于，將所述OLTl設置為起始節(jié)點，網(wǎng)絡中其余節(jié)點按位置順序編號；并將所述候選分光器與光信息單元安裝于同一地點；其中，所述其余節(jié)點包括除去起始節(jié)點OLTl外,還未開始規(guī)劃的所有節(jié)點。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟(3)中，所述約束條件包括:a)根據(jù)實際工況設定起始節(jié)點到各光網(wǎng)絡單元葉子節(jié)點的最大傳輸距離山)根據(jù)實際需要，設置所述起始節(jié)點到各所述光網(wǎng)絡單元葉子節(jié)點的最長傳輸時延；c)根據(jù)分光器的實際分支，非均勻分配候選分光器的功率分配比；d)預算全網(wǎng)的功率，包括所述PON網(wǎng)絡所有敷設光纖的總衰減光功率和各候選分光器處的功率衰減之和，且滿足起始節(jié)點側發(fā)射功率與光網(wǎng)絡單元的靈敏度及安全裕度；其中，PON網(wǎng)絡的功率預算=起始節(jié)點發(fā)射機的發(fā)射功率-光網(wǎng)絡單元接收機的靈敏度-安全裕度。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟(4)中，從所述起始節(jié)點OLTl開始，連接滿足約束條件a)和b)的所有節(jié)點，并將當前連接到的所有節(jié)點信息存儲在一個空集合中；以集合中的所有節(jié)點為起始點，面向其余的節(jié)點，在滿足步驟⑶中a)和b)的約束條件下，生成可行解； 其中，所述空集合用于緩存規(guī)劃方案中節(jié)點信息；所述可行解是滿足規(guī)劃約束條件下的雙樹形優(yōu)化連接方案； 之后的每次選擇均利用約束條件生成可行解的方法，直到網(wǎng)絡中所有節(jié)點均存儲在設定的集合中，規(guī)劃連接結束，生成樹連接方案I。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟(5)中，篩除全圖中已納入規(guī)劃的鏈路，選擇剩余圖作為規(guī)劃目標，設0LT2為起始節(jié)點重復步驟(4)，直到網(wǎng)絡中所有節(jié)點均存儲在設定的集合中，生成樹連接方案2。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟(6)中，分別逆向補償樹連接方案I和樹連接方案2的光功率信息，計算鏈路及候選分光器節(jié)點功率衰減值，并保存中間候選分光器的節(jié)點信息； 若滿足步驟⑶中約束條件c)和d)，則PON規(guī)劃成功，若不滿足，則在適當位置加入光放大器。
9.根據(jù)權利要求8所述的基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，其特征在于，所述中間候選分光器的節(jié)點信息包括:節(jié)點位置編號、選中位置的候選分光器分支比和光功率分配比。
10.根據(jù)權利要求1所述的基于快速近非迭代的雙樹形可靠PON規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟(7)包括，將存儲的雙樹形連接方案作為該PON網(wǎng)絡的布局規(guī)劃方案；其中，所述雙樹形連接方案包括候選分光器的位置節(jié)點信息和規(guī)劃連接方案中的光纖長度。
【文檔編號】H04Q11/00GK104348668SQ201410693540
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權日:2014年11月26日
【發(fā)明者】劉國軍, 王鑫, 汪洋, 顧仁濤, 李家岐, 周靜, 盧利鋒, 黃畢堯, 王楠, 胡紫巍, 張庚 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院, 北京郵電大學