GIS技術在FTTx網絡接入規(guī)劃中的應用

張海飛，曲豫賓，劉 全

（1.南通紡織職業(yè)技術學院信息系，江蘇南通，226007；2.蘇州大學計算機科學與技術學院，江蘇蘇州，215006）

FTTx［1］網絡作為一種較好的寬帶接入網解決方案在國內外已得到廣泛的應用。對于日益發(fā)展起來的FTTx網絡，國內外有關部門投入了大量人力、物力進行維護，但普遍感到不足的是管理成本高、效率低下，大規(guī)模FTTx網絡建設與維護模式不相適應。因此，大規(guī)模FTTx網絡建設下的網絡穩(wěn)定性、可靠性問題凸顯，開發(fā)適應FTTx網絡發(fā)展需求的“FTTx接入規(guī)劃決策支撐系統(tǒng)”迫在眉睫。

本文提出了FTTx接入規(guī)劃決策支撐系統(tǒng)的總體設計方案。在分析當前維護模式與大規(guī)模FTTx網絡建設不相適應的基礎上，利用GIS技術設計實現FTTx接入規(guī)劃決策支撐系統(tǒng)。

1 現狀分析

1.1 現有支撐系統(tǒng)

1.1.1 管線資源管理系統(tǒng)

管線資源管理系統(tǒng)負責其中光分配網（Optical Distribution Network，簡稱ODN［2］）的物理資源和邏輯資料管理，含光分路器［3］（Optical Branching Device，簡稱OBD）地理分布、端口占用列表、光纖光路連接等。

1.1.2 業(yè)務支撐系統(tǒng)

業(yè)務支撐系統(tǒng)負責光線路終端（Optical Line Terminal［4］，簡稱OLT）、光網絡單元（Optical Network Unit［5］，簡稱ONU）的邏輯資料管理，含OLT與ONU對應關系、ONU端口占用等。

1.1.3 設備資源管理系統(tǒng)

設備資源管理系統(tǒng)主要負責OLT、ONU的物理資源管理，含機房平面、設備機架面板圖等。

1.2 存在的主要問題

（1）FTTx網絡規(guī)劃所依賴的網絡現狀為信息分散保存，規(guī)劃人員難以快速、準確、直觀地獲得網絡的全貌（如各局點覆蓋范圍、OLT部署、ODN地理分布、OLT和OBD空閑端口情況等）。

（2）缺乏各地理區(qū)域下網絡與用戶分布及二者的結合匹配方面的規(guī)劃輔助決策方法，不便于信息的整合和高效利用。

2 研究方法和目標

2.1 主要方法

2.1.1 信息整合

整合現有支撐系統(tǒng)的網絡資源數據，進行綜合分析，作為建設與規(guī)劃的基礎信息，提供較全面準確的網絡設施現狀數據。

2.1.2 圖形展現

利用GIS技術，將網絡設施、用戶分布等全面直觀在地圖上進行展示，對相關數據進行綜合分析，給網絡規(guī)劃提供有力的決策支持。

2.1.3 數據挖掘

挖掘特定用戶群的業(yè)務發(fā)展數據，預測類似情形時的業(yè)務需求總量和增長速度。

2.2 主要目標

2.2.1 規(guī)劃指導

分析現有支撐系統(tǒng)的網絡關鍵數據，與城市功能區(qū)規(guī)劃、用戶位置分布等情況相結合，指導網絡建設規(guī)劃，確定建設啟動時機。

2.2.2 業(yè)務預測

挖掘特定用戶群的業(yè)務發(fā)展數據，預測類似情形時的業(yè)務需求總量和增長速度，為網絡建設提供指導（確定設備擴容規(guī)模、最佳啟動時機等）。

2.2.3 設計輔助

根據局點覆蓋區(qū)域和設備富余情況，幫助設計人員選擇最佳光纖接入點、確定設備新建需求。

3 系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)功能模塊

基于以上分析，所設計的系統(tǒng)功能模塊如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能模塊圖Fig.1 System function module diagram

3.2 主要功能設計

3.2.1 網絡現狀分析

（1）設備分布及拓撲關系展示。在地圖上顯示各空間實體（局站、光交接箱、光分纖箱、綜合信息箱）和網絡設備（OLT、OBD、ONU）的地理分布，并顯示連接關系。

（2）設備利用率分析及預警。按照指定條件查詢相關設備，對設備利用率達到預警值的高亮顯示。

（3）住戶分布及設備情況分析。通過選擇地圖上某一區(qū)域，來查看到該區(qū)域的設備分布以及住戶分布信息。

3.2.2 服務區(qū)域規(guī)劃管理

（1）服務區(qū)查詢。查詢交接箱的服務區(qū)域范圍。

（2）添加服務區(qū)。增加光交接箱后，與地圖的指定方格區(qū)建立對應關系。

（3）調整服務區(qū)。在不同的交接箱之間調整方格區(qū)對應關系，其中服務區(qū)域定義：一個光交接箱提供接入服務的區(qū)域范圍。將地圖劃分為若干方格區(qū)，將其與交接箱建立起對應關系。

3.2.3 城市規(guī)劃信息管理

（1）城市建筑規(guī)劃信息管理。對城市建筑規(guī)劃信息進行錄入和編輯。

（2）網絡設備規(guī)劃信息管理。對網絡規(guī)劃信息進行錄入和編輯。

（3）規(guī)劃住戶與設備匹配關系。了解區(qū)域規(guī)劃設備及現有設備容量，預計用戶總量匹配情況。

3.2.4 業(yè)務需求預測分析

（1）分析住戶業(yè)務增長規(guī)律。把綜合信息箱視為小的接入局點，每月從業(yè)務支撐系統(tǒng)（Business Support System，簡稱BSS）中取出用戶增長數。通過數據挖掘，確定不同區(qū)域下的電信業(yè)務滲透率、用戶增長規(guī)律曲線。

（2）業(yè)務需求預測。對于某區(qū)域下的新建住宅區(qū)，參考同類型區(qū)域下已有住宅的情況，預測業(yè)務需求和增長速度。

3.2.5 工程輔助設計

對于新建的住宅區(qū)，在選定設備廠商、指定地理位置后，系統(tǒng)依據服務區(qū)規(guī)劃，給出可供接入的光交接箱，同時對相應的OBD及OBD上行的OLT可用端口情況進行分析，以提供工程輔助設計。

3.3 軟件體系結構設計

系統(tǒng)軟件體系結構采用3層C／S結構，其體系結構圖如圖2所示。

圖2 軟件體系結構圖Fig.2 Software architecture diagram

3.4 數據庫設計

3.4.1 系統(tǒng)對象

3.4.1.1 FTTx網絡空間實體

（1）基礎網絡設施。①局站：在通信管線網的拓撲結構中，局站是作為光纜和管道的源或目的點而設計的。②BAN箱［6］：BAN箱是一種多功能的多媒體網絡接入設備，一般安裝在小區(qū)樓道內。③光交接箱：光纜交接箱是一種為主干層光纜、配線層光纜提供光纜成端、跳接的交接設備。光纜引入光纜交接箱后，經固定、端接、配纖后，使用跳纖將主干層光纜和配線層光纜連通。④光分纖箱：光分纖箱是用于室外、樓道內或室內連接主干光纜與配線光纜的接口設備（可包含光分路器）。

（2）其他設施。①服務區(qū)域：指各局站、光交接點提供電信接入服務的用戶分布區(qū)域范圍，一般以道路、河流等自然分界物為界。一個光交接點只從屬于單個局站，局站下所有光交接箱的服務區(qū)域構成局站服務區(qū)域，位于某個光交接箱服務區(qū)域內的用戶一般由其提供接入服務。②規(guī)劃建筑物：指規(guī)劃人員錄入或者編輯的城市建筑規(guī)劃信息。③服務區(qū)域劃分網格：將服務區(qū)域按網格劃分，建立每個網格和交接箱之間的對應關系。3.4.1.2 系統(tǒng)對象識別

系統(tǒng)對象識別可以通過尋找系統(tǒng)域描述和需求描述中的名詞來進行。從前面的描述中可以找到的名詞有局站、BAN箱、光交接箱、光分纖箱等對象。它們有與該對象相關的身份和行為，可作為候選系統(tǒng)對象。同時，根據系統(tǒng)設計需要，將局站、BAN箱、光交接箱、光分纖箱、規(guī)劃建筑物、服務區(qū)域劃分網格等6個實體作為系統(tǒng)空間對象。

3.4.2 實體數據存儲

3.4.2.1 空間數據組織

光纖網絡資源實體一般包括兩大類型的數據，即空間數據和屬性數據?？臻g數據表征實體的空間位置信息，如該系統(tǒng)中局點的位置分布情況；而屬性數據則表示實體的其它屬性特征信息，如系統(tǒng)中局點的類型、名稱、地址、類別等。

3.4.2.2 實體數據關聯

在目前工作中，對現有設施的屬性信息管理有比較完善的管理系統(tǒng)和完備的命名規(guī)范；同時，不同的業(yè)務需求對屬性或空間數據側重點不一，有些主要關注屬性信息，而有些則相反。因此為方便與其它管理信息系統(tǒng)進行接口，并為適應業(yè)務需要而保證系統(tǒng)性能，將屬性信息與空間信息存儲在同一數據庫的不同的數據表內，通過每個地物的唯一標識碼，在兩個表內進行相互檢索。

3.4.3 屬性數據表

3.4.3.1 空間對象的屬性數據

系統(tǒng)關于局站、BAN箱、光交接箱、光分纖箱、規(guī)劃建筑物信息、服務區(qū)劃分網格等空間對象的屬性數據表結構如圖3所示?？臻g對象的屬性數據表中除了規(guī)劃建筑物信息和服務區(qū)劃分網格數據外，其余數據均從管線資源管理系統(tǒng)數據庫服務器中導出。為了使系統(tǒng)批量導入數據不出錯，在設計需要導入數據的屬性數據表時未設置外鍵。

圖3 空間對象的屬性數據表結構Fig.3 Attribute data table structure of spatial objects

3.4.3.2 網絡設備的屬性數據

網絡設備不屬于空間實體，它們是包含于空間實體的網絡設備，在系統(tǒng)中沒有地理坐標。系統(tǒng)用OLT、OBD、ONU屬性數據來表示網絡設備的信息（網絡設備的屬性數據來自于EPON［7］），作為支撐系統(tǒng)數據庫。

3.4.3.3 網絡設備連接關系的屬性數據

網絡設備連接關系的屬性數據用以表示網絡設備OLT、OBD、ONU間的拓撲關系。例如：表Rela＿OLTTo OBD表示OLT端口所連接的OBD設備；表Rela＿ONUtoOBD表示ONU設備所連接的OBD端口。網絡設備連接關系表結構如圖4所示。

圖4 網絡設備連接關系表結構Fig.4 Connection relation table structure of network equipments

3.4.3.4 網絡設備歸屬的屬性數據

網絡設備連接關系表結構中，表Rela＿ONUToBan表示ONU設備所歸屬的BAN箱；表Rela＿IADToOnu表示IAD［8］板卡所歸屬的ONU設備。

3.4.3.5 其它屬性數據

為了對端口使用情況進行統(tǒng)計，還需要定義反映端口當前實際占用以及歷史變化情況的表PotsStatistics。表PotsStatistics數據來自于業(yè)務支撐系統(tǒng)，導入時加日期以示區(qū)別。端口使用統(tǒng)計表結構如圖5所示。

圖5 端口使用統(tǒng)計表結構Fig.5 Ports usage statistics table structure

3.4.4 圖層的劃分

圖形數據包括市區(qū)地圖和網絡實體圖。其中基礎地理要素為橋梁、單位、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、城市綠化、道路中線、主干道路、城市建筑、河流和規(guī)劃建筑物；網絡資源要素為局站點位、光交接箱點位、光分纖箱點位、BAN箱點位和BAN箱規(guī)劃信息點位分布，其空間數據的分層顯示如圖6所示。

圖6 空間數據的分層顯示Fig.6 Hierarchical display of spatial data

4 關鍵技術設計

4.1 空間實體和網絡實體拓撲顯示

實現空間實體拓撲關系顯示的基本步驟是：從表示網絡設備連接關系的屬性數據表Rela＿OLTTo OBD中找出與OLT連接的OBD；從空間對象的屬性數據表Board Details、JJX＿Optical－Details中查詢所屬局站和交接箱的位置信息。實現網絡實體拓撲關系顯示的基本步驟是：從數據表Rela＿OLTToOBD找出與OLT連接的OBD；從屬性數據表OBD、OLT中查詢網絡設備的詳細信息；從Rela＿ONUtoOBD找出連接到OBD的ONU，統(tǒng)計出ONU數量。如南通城港中興OLT0001網絡實體拓撲顯示圖如圖7所示。

圖7 網絡實體拓撲顯示圖Fig.7 Topological diagram of network entities

4.2 設備利用率分析及預警

設備利用率分析及預警是指用戶選擇某個區(qū)域或按照查詢條件查詢某空間實體或網絡實體的端口利用率情況。主要方法：查詢所選的空間實體或者網絡實體；在對應的空間對象的屬性數據表中查詢該空間實體或者網絡實體的已用端口數和容量，利用率為（已用端口數／容量）×100%，并與設置的預警值對比，如果超過該值，則以紅色標注。

4.3 區(qū)域住戶數和設備端口統(tǒng)計

區(qū)域住戶數統(tǒng)計是指用戶在地圖上拉框選擇區(qū)域后，統(tǒng)計出總的住戶數。主要方法：查詢該區(qū)域內的所有BAN箱，根據空間對象的屬性數據表BanDetails中占用的端口數，統(tǒng)計出BAN箱覆蓋用戶數，在表PlanningBuilding中查詢規(guī)劃用戶數，將BAN箱覆蓋用戶數與規(guī)劃建筑物中的規(guī)劃用戶數求和得到區(qū)域用戶總數。

設備端口統(tǒng)計是指用戶在地圖上拉框選擇區(qū)域后，統(tǒng)計出BAN箱的寬帶和窄帶的端口數。主要方法：查詢該區(qū)域內所有BAN箱，查詢表BanDetails中占用的寬帶／窄帶的總端口數和已用端口數，分別將每個BAN箱寬帶／窄帶的總端口數和已用端口數求和，得到該區(qū)域內已有端口總數和已用端口總數，并從表PlanningBAN中查詢規(guī)劃端口數。

4.4 業(yè)務需求預測

業(yè)務需求預測的基本思想：選擇同類型的參照小區(qū)，輸入預測對象信息（包含預計住戶數和未來滿足月數）；從歷史數據記錄中統(tǒng)計出某段時間內該小區(qū)寬帶和窄帶的總實裝率（（已用端口數／容量）×100%）；查詢未來滿足月數對應的寬帶和窄帶的實裝率；計算未來滿足月數內的寬帶和窄帶端口占用數；將以上寬帶／窄帶端口占用數與寬帶／窄帶已用端口數相減得到未來該月數內所需寬帶／窄帶端口總數。

4.5 最佳光纖接入點選擇

最佳光纖接入點選擇框圖如圖8所示。

圖8 最佳光纖接入點選擇框圖Fig.8 The best fiber access point block diagram

5 系統(tǒng)應用效果

本系統(tǒng)采用北京超圖Super Map Objects 2008作為開發(fā)工具，SQL Server 2005作為數據庫平臺，開發(fā)環(huán)境采用Visual C＃.NET。系統(tǒng)實現如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)實現圖Fig.9 Realization diagram of the system

經對南通市蘇源生產基地網絡分布作出調整，將該小區(qū)的ONU由原上聯至易家橋OLT改聯至曹公祠局OLT，調整后的OLT分布更為合理，各局OLT下屬用戶趨于平衡。調整上行OLT后的拓撲圖如圖10所示。

圖10 調整上行OLT后的拓撲圖Fig.10 Upward OLT analysis situs chart after adjusting

6 結論

（1）通過整合現有支撐系統(tǒng)的網絡資源數據，可提供較為全面準確的網絡設施現狀數據。

（2）利用GIS技術，可將網絡設施、用戶分布等信息全面直觀地展示于地圖上。

（3）可挖掘特定用戶群的業(yè)務發(fā)展數據，預測類似情形時的業(yè)務需求總量和增長速度。

（4）可根據局點覆蓋區(qū)域和設備富余情況，幫助設計人員選擇最佳光纖接入點和確定設備新建需求。

（5）系統(tǒng)提高了FTTx網絡建設的針對性，提升了FTTx接入規(guī)劃工作的效率和質量，節(jié)省了管理成本和建設資金的投入。

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