寬帶接入網(wǎng)規(guī)劃與網(wǎng)絡(luò)管理關(guān)鍵技術(shù)

羅興宇

摘 要 隨著人們生活水平的不斷提高和人們生活內(nèi)容的不斷改變，現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)電視直播、可視電話等寬帶應(yīng)用業(yè)務(wù)開始出現(xiàn)在人們的日程生活中。同時(shí)，社會(huì)大眾對于寬帶接入網(wǎng)提出了更高的要求。現(xiàn)如今，電信業(yè)的發(fā)展方向已經(jīng)集中在了網(wǎng)絡(luò)融合這一關(guān)鍵技術(shù)上。EPON系統(tǒng)正是由于其高寬帶、低成本的優(yōu)勢，已經(jīng)占據(jù)了有線接入市場一大部分比例，WiMAX系統(tǒng)的接入便捷性，已經(jīng)成為無線接入市場的最佳選擇。文章針對已有的PON網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行研究，同時(shí)對PON與WiMAX融合接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃也進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；PON；WiMAX

中圖分類號：TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0036-02

隨著信息化時(shí)代的到來，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)融入人類生活的各個(gè)角落，各種移動(dòng)通訊設(shè)備、移動(dòng)數(shù)據(jù)接收設(shè)備正悄無聲息的改變著人們的生活方式。未來世界將是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)世界，可以預(yù)見網(wǎng)絡(luò)視頻點(diǎn)播、移動(dòng)可視電話等業(yè)務(wù)，將成為未來寬帶業(yè)務(wù)的主要內(nèi)容。PON網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的成本主要是有兩方面組成，一方面是人力成本，另一方面是資源成本。其中人力成本主要是有光纖放置成本，也就是在光纖管道建設(shè)過程中，開挖管道或者說光纖架空明線而出現(xiàn)的成本。但隨著部署技術(shù)的不斷完善和設(shè)備的不斷升級，無源網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大大提高了光纖部署安裝的效率，同時(shí)也降低了對安裝公認(rèn)技術(shù)技能的要求；資源成本的組成部分包括OLT、ONU、光分路器等等，但在實(shí)際實(shí)施過程中管道成本所占比重較大，且標(biāo)準(zhǔn)較為統(tǒng)一，所以這幾項(xiàng)內(nèi)容作為一般性考慮因素。PON與WiMAX融合接入網(wǎng)的規(guī)劃要比兩者其中任何一個(gè)單獨(dú)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃難度系數(shù)更高，究其原因是需要對兩種不同接入網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性研究，而且要保證兩種規(guī)劃方式維持在資源成本最高限額以內(nèi)。當(dāng)前PON網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究的主要內(nèi)容就兩點(diǎn)，一是研究設(shè)備安裝的具體位置，ONU和光分路器的安裝位置，這些位置的確定需要涉及到K均值算法等；二是研究光纖連接路徑，就是要對光纖路徑的復(fù)用進(jìn)行充分考慮，并研究在約束條件下的光纖部署規(guī)劃。本文針對已有的PON網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究，同時(shí)對PON與WiMAX融合接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃也予以了系統(tǒng)分析。

1 寬帶接入網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 融合接入網(wǎng)方案

當(dāng)前WiMAX和EPON融合方案是把EPON作為WiMAX網(wǎng)絡(luò)中BS與骨干網(wǎng)之間的Backhaul網(wǎng)絡(luò)方案，同時(shí)在該融合方案研發(fā)的基礎(chǔ)之上，提出MAC協(xié)議OLT集中處理PHY層拉遠(yuǎn)至ONU方案。

1）EPON作為WiMAX網(wǎng)絡(luò)中BS與骨干網(wǎng)之間的Backhaul網(wǎng)絡(luò)方案。WiMAX與PON網(wǎng)絡(luò)的連接是通過ONU所提供的以太網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)的，而且在經(jīng)PON網(wǎng)絡(luò)接入WiMAX接入服務(wù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)。這種網(wǎng)絡(luò)方案是把EPON用來作為WiMAX基站的接入傳輸方式，并根據(jù)目前主要的商用WiMAX與EPON設(shè)備進(jìn)行具體網(wǎng)絡(luò)實(shí)施，進(jìn)而全面降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商在基站和寬帶接入上投入過多成本。Backhaul網(wǎng)絡(luò)方案的出現(xiàn)為WiMAX和EPON的融合提供了新的方式，該網(wǎng)絡(luò)方案最大的不足之處就是OLT與BS之間的溝通問題，兩者直接無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上的有效調(diào)度，所以無法實(shí)現(xiàn)兩系統(tǒng)帶寬的充分利用和QoS的最優(yōu)化。

2）基于副載波調(diào)制的RoF方案。RoF方案的核心內(nèi)容就是將基站的MAC層處理和物理層的基帶信號處理全部融合在OLT處，并通過射頻副載波調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)EPON數(shù)據(jù)和WiMAX多個(gè)BS射頻信號的光纖快速傳輸。我們在ONU處設(shè)置WiMAX天線設(shè)備，是為了將光解調(diào)解為射頻信號，然后直接傳輸至天線處，這樣就可以實(shí)現(xiàn)多種BS信號的WiMAX天線傳播。之所以RoF方案現(xiàn)在應(yīng)用范圍較為廣泛，主要是因?yàn)檫@種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中遠(yuǎn)端設(shè)備ONU較為簡單，但這種方案同樣也有一些不足之處，單獨(dú)的ONU所占中的射頻信號較為固定，每次發(fā)送均需要一個(gè)波長傳輸WiMAX射頻信號，這樣肯定會(huì)在一定程度上增加系統(tǒng)運(yùn)行成本，而且降低帶寬利用率，無法對WDM PON和WiMAX融合后帶寬進(jìn)行全面有效調(diào)度。隨著傳輸距離的不斷增長和PON網(wǎng)絡(luò)分支比的增加，光纖色散效應(yīng)和非線性效應(yīng)越發(fā)嚴(yán)重，直接影響著射頻信號質(zhì)量的急劇下降，極大制約著傳輸距離和應(yīng)用場景的

完善。

3）MAC協(xié)議OLT集中處理PHY層拉遠(yuǎn)至ONU方案?，F(xiàn)在OLT方案融合了WiMAX網(wǎng)絡(luò)MAC層處理技術(shù)，WiMAX數(shù)據(jù)在EPON網(wǎng)絡(luò)中的傳輸時(shí)按照MAC PDU為單位進(jìn)行傳輸?shù)?，而且OLT需要根據(jù)MAC PDU連接服務(wù)流QoS參數(shù)要求進(jìn)行可靠合理設(shè)計(jì)，并完全按照ONU上行EPON業(yè)務(wù)帶寬和WiMAX連接帶寬兩方面的要求，因此OLT可以根據(jù)EPON網(wǎng)絡(luò)和WiMAX網(wǎng)絡(luò)要求進(jìn)行系統(tǒng)融合帶寬分配，這種方式將極大提高帶寬分配率。多點(diǎn)接入到邊緣節(jié)點(diǎn)集中式管理不僅可以有效提高無線頻率資源，同時(shí)還能夠?qū)㈩l譜利用率和系統(tǒng)容量的提高加以實(shí)現(xiàn)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

EPON和WiMAX融合接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)一定要全面考慮無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃小區(qū)覆蓋面及相應(yīng)的覆蓋率，此外還要對周邊載噪比和信道分配等WiMAX網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行細(xì)節(jié)分析。在完成了規(guī)劃設(shè)計(jì)之后，我們就可以對ONU和光分路器的安裝位置和PON個(gè)數(shù)進(jìn)行研究。用戶需求得到滿足之后，網(wǎng)絡(luò)部署方案成本就能夠?qū)崿F(xiàn)最佳化，這對于融入接入網(wǎng)的部署與改革有著非常大的幫助。

2 PON網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究

2.1 MHMP算法

該算法目前在學(xué)術(shù)界中的定義還沒有統(tǒng)一結(jié)論，而且對算法的具體內(nèi)容進(jìn)行分別設(shè)計(jì)。其一，OBD級數(shù)。對于多級分光的PON網(wǎng)絡(luò)，其中一個(gè)OBD級數(shù)指的是此OBD中距離OLT最近的ONU層級數(shù)，換句話說根據(jù)距離ONU的遠(yuǎn)近將OBD分為，一級、二級等；其二，PON組。在PON網(wǎng)絡(luò)中，任何一個(gè)OLT PON 所配置的ONU和OBD共同組成統(tǒng)一的PON組，進(jìn)而不斷對整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。endprint

2.2 MFR算法

遺傳算法是20世紀(jì)80年代興起的一種人工智能算法，該算法經(jīng)過將近三十年的發(fā)展在實(shí)際應(yīng)用中積累了大量經(jīng)驗(yàn)，目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的各個(gè)領(lǐng)域。遺傳算法最根本的思想就是達(dá)爾文進(jìn)化論，通過自然條件的選擇，優(yōu)勝劣汰。該算法能夠適用于很多系統(tǒng)中，具有極其強(qiáng)大的適應(yīng)生存能力，在較大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)光纖選路優(yōu)化問題中有著非常重要的應(yīng)用。

通過該算法將系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在實(shí)際的工業(yè)控制中確保其穩(wěn)定性。所以，當(dāng)前很多學(xué)科在運(yùn)用算法進(jìn)行一系列問題研究時(shí)，首先考慮使用的算法就是遺傳算法。將遺傳算法應(yīng)用到實(shí)際的數(shù)學(xué)模型中，便可以獲得該數(shù)學(xué)模型所對應(yīng)的更為優(yōu)化的各種參數(shù)。

3 基于啟發(fā)式算法的PON和WiMAX融合網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

OLT的結(jié)構(gòu)形式有很多種，我們這里主要研究的是融合型OLT。同時(shí)它又包含了兩種ONU方式，其中一種是固定接入式ONU，另外一種是基站式ONU。兩者最大的區(qū)別就在于傳輸形式和傳輸基礎(chǔ)不同。融合型ONU最重要用途就是提供商務(wù)接入點(diǎn)SAP，用于用戶與用戶之間的連接。這里所使用的連接方式為PMP點(diǎn)對多點(diǎn)，這樣能夠方便一個(gè)用戶向多個(gè)用戶的同一時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)寬帶分配就是用戶接入核心網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。融合網(wǎng)絡(luò)方法有2種網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方式和特性，一種是帶有限制條件的帶寬接入式，能夠?qū)崿F(xiàn)PON網(wǎng)絡(luò)連接；另一種是無線網(wǎng)絡(luò)接入方式，能夠?qū)崿F(xiàn)WiMAX網(wǎng)絡(luò)連接。現(xiàn)在寬帶接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)管理研究領(lǐng)域中的重點(diǎn)研究方向就是這兩種融合方式的結(jié)合，以使得網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃特點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)或結(jié)構(gòu)互補(bǔ)，盡量完善系統(tǒng)總體效果，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃應(yīng)用最佳形式。

就目前的研究成果分析可以得到，啟發(fā)式算法是實(shí)現(xiàn)融合網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)的最佳方式之一。啟發(fā)式算法最大的優(yōu)點(diǎn)就在于能夠從一定范圍內(nèi)選擇一個(gè)最佳的解決方案，其不足之處是所選擇的最佳解決方案并能絕對保證驗(yàn)證的準(zhǔn)確性。通常情況下，啟發(fā)式算法主要應(yīng)用于實(shí)際問題的解決過程中，在一定程度上是能夠幫助獲得較好的解決方案。但PON和WiMAX這兩種網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃結(jié)合過程，需要我們重點(diǎn)研究有線和無線的連接方法，進(jìn)而將兩組資源實(shí)現(xiàn)共享，保證成本在最佳控制范圍以內(nèi)。WiMAX小區(qū)劃分需要考慮多方面因素，要根據(jù)用戶需求估算出用戶帶寬，并計(jì)算出最小信道容量。之后再根據(jù)計(jì)算得出的最小信道容量值、信道容量與小區(qū)面積的比例，設(shè)計(jì)最佳小區(qū)半徑。融合性O(shè)NU初始設(shè)計(jì)位置就是一個(gè)小區(qū)的中心，實(shí)際上并不是任何一個(gè)地方都能夠或者都適合設(shè)計(jì)基站，只有ONU初始設(shè)計(jì)文職確定之后，我們才可以進(jìn)行現(xiàn)場勘查，然后得到適合安裝融合性O(shè)NU位置的信息。用戶在選取基站位置時(shí)，要對潛在基站位置進(jìn)行總結(jié)歸納，選取離ONU距離最近的初始位置作為基站位置，之后逐步驗(yàn)證調(diào)整后的小區(qū)劃分，不符合覆蓋要求的，可以進(jìn)一步增加小區(qū)來驗(yàn)證調(diào)整盡可能的充分覆蓋。

4 結(jié)束語

目前，寬帶已經(jīng)成為國內(nèi)各大移動(dòng)運(yùn)營商的主營業(yè)務(wù)之一。而且在未來可預(yù)知的時(shí)間內(nèi)，寬帶技術(shù)必然成為各個(gè)運(yùn)營商的主要競爭環(huán)節(jié)，這對于我國寬帶接入網(wǎng)規(guī)劃與網(wǎng)絡(luò)管理關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展有著非常大的影響。從某種意義上來說，這些技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展既關(guān)系著我國國防建設(shè)，同時(shí)又與人們的生活息息相關(guān)。本文從一些基本理論出發(fā)，簡要的對這兩點(diǎn)進(jìn)行了分析，在今后的工作中，筆者將繼續(xù)立足于我國國情進(jìn)行該領(lǐng)域的深入研究，以期能夠提出更多有價(jià)值的成果。

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