[发明专利]一种基于大数据分析的4G城域网网络规划方法

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1.一种基于大数据分析的4G城域网网络规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将4G城域网网络业务层划分为接入层、汇聚层、核心层，它们分别处于业务划分层的第一层、第二层、第三层，对每一层均设置规划功能模块；

步骤2，建立规划数据库；

步骤3：规划接入层，计算单个接入环结构增量，得到新的接入层配置、流量和投资；

步骤4：规划汇聚层，得到新的汇聚层配置、流量和投资；

步骤5：规划核心层，得到新的核心层配置、流量和投资；

步骤6：优化网络的结构规划与投资；

步骤1中，业务层的每一层的规划功能模块均包括设备配置模块、设备流量参数模块、参数调节模块、设备规划需求模块和规划策略库模块；

所述设备配置模块用于业务层组成环及节点设备配置；

所述设备流量参数模块用于设备的流量参数配置；

所述参数调节模块用于规划时的参数调整；

所述设备规划需求模块用于设置规划时的流量、业务和投资需求；

所述规划策略库模块包括做规划时运用的实施方法；

步骤2中，规划数据库包括历年规划数据、当前规划需求、新增规模需求、升级需求、改造需求、规划策略和具体数据项目，具体数据项目包括数据带宽、容量、节点、4G站点、3G站点、2G站点、集中客户、光线路终端OLT，地理位置和时间；

步骤3包括如下步骤：

步骤3-1，通过如下公式计算城域网接入层单个接入环流量：

Flow_单环＝[Config_单环]×([Flow_单环参数]*[Param_单环调节])(1)

其中，Flow_单环为单个接入环流量，单个接入环简称单环，[Config_单环]为单环结构组成矩阵，矩阵的每行为单环上设备节点的数量组成的向量，向量中的元素值对应于4G、3G、2G、集客、OLT等的设备节点数量，矩阵的行数对应于单环的数量，[Config_单环]单环结构组成矩阵的参数来源于设备配置模块；[Flow_单环参数]为流量参数矩阵，流量参数矩阵向量中的元素值对应于4G、3G、2G、集客、OLT等的设备流量参数，和结构组成矩阵对应，[Flow_单环参数]的每列为设备流量参数向量，向量中的元素值对应每个设备的流量，矩阵的列数对应于单环的数量，[Flow_单环参数]流量参数矩阵的数据来源于设备流量参数模块；[Param_单环调节]为流量参数调节矩阵，对应于流量参数矩阵，[Param_单环调节]的每列为设备流量参数调节向量，向量中的元素对应每个设备的流量调节，矩阵的列数对应于单环的数量，[Param_单环调节]为流量参数调节矩阵的数据来源于参数调节模块；

步骤3-2，通过公式(1)得到如下单环流量增量ΔFlow_单环的计算公式：

ΔFlow_单环＝[ΔConfig_单环]×([Flow_单环参数]*[Param_单环调节])(2)

其中，ΔFlow_单环为单环流量增量，用于计算设备数量变化后的流量变化，[ΔConfig_单环]为结构组成矩阵的变化；

步骤3-3，通过公式(1)得到如下单环结构增量的计算公式：

[Config_单环]_new＝[Config_单环]_old+[ΔConfig_单环](3)

其中，[ΔConfig_单环]为单环结构增量，[ΔConfig_单环]用于新增设备后的新的单环的结构组成计算，[Config_单环]_old为已有结构组成矩阵，[Config_单环]_new为规划后的结构组成矩阵；

步骤3-4，对整个接入层流量Flow_接入层建立如下数学模型：

Flow_接入层＝[Config_接入层]×([Flow_接入参数]*[Para_接入调节])，

其中，Flow_接入层为接入层的流量；[Config_接入层]为接入层的结构组成矩阵，参数来源于设备配置模块；[Flow_接入参数]为对应于结构组成矩阵的流量参数组成矩阵，参数来源于设备流量参数模块；[Para_接入调节]为对应于结构组成矩阵的流量参数调节矩阵，数据来源于参数调节模块；

或者建立如下数学模型：

其中，r为整个接入层中现有单个接入环的数量，Flow_接入层为整个接入层的流量，Flow_接入环j为第j接入环的流量；

步骤3-5，每个模块的具体组成，[Config_接入层]为接入层环网结构类型模型，形式如下：

Config_{接入环网j}为第j接入环结构类型，并且与接入环结构组成相对应的环网类型，包括GE环、叠加GE环和10GE环，

[Flow_接入参数]为流量参数组成矩阵，具体形式如下：

Flow_{单环参数j}为接入层中第j单环的流量参数；

[Para_接入调节]为流量参数调节矩阵，具体形式如下：

Para_{单环调节j}为接入层中第j单环的流量参数调节；

步骤3-6，根据设备规划需求模块中的规划需求，从规划策略库模块中选择规划策略，接入层有不同的规划策略，在不同的策略中，应用对应的方法更改相应的接入环网配置Config_接入环网，最终得到统一接入层配置变化ΔConfig_接入层]：

[ΔConfig_接入层]为整个接入层结构变化矩阵，为第j接入环网结构变化；

接入层的规划完成后，新的接入层结构配置为：

[Config_接入层new]＝[Config_接入层]+[ΔConfig_接入层]，

其中，[Config_接入层new]为新的接入层结构矩阵，[Config_接入层]为规划前接入层结构矩阵，[ΔConfig_接入层]为整个接入层结构变化矩阵；

新的接入层流量为：

Flow_接入层new＝[Config_接入层new]×([Flow_接入参数]*[Para_接入调节])，

新的接入层投资为：

Invest_接入层new＝[ΔConfig_接入层]×([Price_接入参数]*[Tradoff_接入调节])，

Invest_接入层new为规划需要的投资，[ΔConfig_接入层]为整个接入层结构变化矩阵，[Price_接入参数]为对应于结构的价格矩阵，[Tradoff_接入调节]为对应于价格矩阵的调节矩阵；

接入层的规划完成后，如果满足流量、投资需求，则输出、存储配置及相关矩阵参数，用于下次规划使用；

步骤4包括如下步骤：

步骤4-1，对单个汇聚环流量Flow_汇聚环建立如下数学模型：

Flow_汇聚环＝[Config_汇聚节点]×([Flow_汇聚参数]*[Param_汇聚调节])，

其中，Flow_汇聚环为单个汇聚环流量；[Config_汇聚节点]为单个汇聚环的结构组成矩阵，参数来源于设备配置模块；[Flow_汇聚参数]为对应于结构组成矩阵的流量参数组成矩阵，参数来源于设备流量参数模块；[Param_汇聚调节]为对应于结构组成矩阵的为流量参数调节矩阵，数据来源于参数调节模块；

或者建立如下数学模型：

其中，Flow_接入j为第j接入环的流量，n为接入环的数量；

步骤4-2，在业务层层配置关系中汇聚层设备配置包含环网配置、节点配置；第二层汇聚层配置对于第一层接入层配置，具有嵌套关系，通过这种嵌套关系上下层的配置形成配置链，每个模块的具体嵌套组成如下：

[Config_汇聚节点]单个汇聚环上节点结构模型为：

Config_接入j为汇聚环上第j接入层单环的接入配置；

[Flow_汇聚参数]为流量参数组成矩阵：

Flow_{单环参数j}为汇聚环上第j接入层单环的流量参数；

[Param_汇聚调节]为流量参数调节矩阵：

Param_{单环调节j}为汇聚环上第j接入层单环的流量参数调节；

对整个汇聚层流量建立如下数学模型：

其中，m为整个汇聚层中现有单个汇聚环的数量，Flow_汇聚层为整个汇聚层的流量，Flow_汇聚环j为第j汇聚环的流量；

[Config_汇聚层]为汇聚层环网结构模型：

Config_{汇聚环网j}为第j汇聚环结构类型，并且与汇聚环结构组成相对应的环网类型，包括10GE环、叠加双10GE环和100GE环；

步骤4-3，根据设备规划需求模块中的规划需求，从规划策略库模块中选择规划策略，汇聚层有不同的规划策略，在不同的策略中，应用对应的方法更改相应的汇聚环网配置Config_汇聚环网，最终得到统一的规划后汇聚层配置变化[ΔConfig_汇聚层]，具体如下：

ΔConfig_{汇聚环网j}为第j汇聚环结构类型的改变；

汇聚层规划完成后，新的汇聚层配置[Config_汇聚层new]为：

[Config_汇聚层new]＝[Config_汇聚层]+[ΔConfig_汇聚层]，

其中，[Config_汇聚层new]为新的汇聚层结构矩阵，[Config_汇聚层]为规划前汇聚层结构矩阵，[ΔConfig_汇聚层]为整个汇聚层结构变化矩阵；

汇聚层规划完成后，新的汇聚层流量Flow_汇聚层new为：

Flow_汇聚层new＝[Config_汇聚层new]×([Flow_汇聚参数]*[Param_汇聚调节])，

汇聚层规划完成后，新的汇聚层投资Invest_汇聚层new为：

Invest_汇聚层new＝[ΔConfig_汇聚层]×([Price_汇聚参数]*[Tradoff_汇聚调节])，[Price_汇聚参数]为对应于结构的价格矩阵，[Tradoff_汇聚调节]为对应于价格矩阵的调节矩阵；

汇聚层规划完成后，如果满足流量、投资需求，则输出、存储配置及相关矩阵参数，用于下次规划使用；

步骤5包括如下步骤：

步骤5-1，通过如下公式计算单个核心环流量：

Flow_核心环＝[Config_核心节点]×([Flow_核心参数]*[Param_核心调节])

其中，Flow_核心环为单个核心环流量；[Config_核心节点]为单个核心环的结构组成矩阵，参数来源于设备配置模块；[Flow_核心参数]为对应于结构组成矩阵的流量参数组成矩阵，参数来源于设备流量参数模块；[Param_核心调节]为对应于结构组成矩阵的为流量参数调节矩阵，数据来源于参数调节模块；

或者通过如下公式计算单个核心环流量：

其中，Flow_汇聚j为第j汇聚环的流量，p为单个核心环中单个汇聚环的数量；

步骤5-2，在业务层层配置关系中核心层设备配置包含环网配置、节点配置；第三层核心层配置对于第二层接入层配置，具有嵌套关系，通过这种嵌套关系上下层的配置形成配置链，因此每个模块的具体嵌套组成如下；

[Config_核心节点]单个核心环的节点结构模型为：

Config_{汇聚环网j}为核心环上第j汇聚环的接入配置；

Flow_{汇聚参数j}为核心环上第j汇聚环的流量参数

Param_{汇聚调节j}为核心环上第j汇聚环的流量参数调节

对整个核心层流量数学模型：

其中，q为整个核心层中单个核心环网的数量；Flow_核心环j为第j核心环的流量；

[Config_核心层]为核心层环网数学模型：

Config_{核心环网j}为第j核心环的结构，并且与核心环结构组成相对应的核心环结构类型；

步骤5-3，根据设备规划需求模块中的规划需求，从规划策略库模块中选择规划策略，核心层有不同的规划策略，在不同的策略中，应用对应的方法更改相应核心环网配置Config_核心环网，最终得到统一的核心层配置变化ΔConfig_核心层]，

核心层规划完成后，新的核心层配置[Config_核心层new]为：

Config_核心层new]＝[Config_核心层]+[ΔConfig_核心层]；

新的核心层流量Flow_核心层new为：

Flow_核心层new＝[Config_核心层new]×([Flow_核心参数]*[Param_核心调节])；

新的核心层投资Invest_核心层new为：

Invest_核心层new＝[ΔConfig_核心层]×([Price_核心参数]*[Tradoff_核心调节])，

Invest_核心层new为规划需要的投资，[Price_核心参数]为对应于结构的价格矩阵，[Tradoff_核心调节]为对应于价格矩阵的调节矩阵；

核心层规划完成后，如果满足流量、投资需求，则输出、存储配置及相关矩阵参数，用于下次规划使用；

步骤6包括：

通过如下最优化模型优化城域网的结构与投资规划：

其中，Invest(Flow)为城域网的流量Flow与投资Invest的关系，max_Flow∈RInvest(Flow)，(minInvest(Flow))表示优化目标为最大流量max_Flow∈R情况下取得最小的投资(minInvest(Flow))；s.t.表示约束条件；g(Flow)为规划得到的流量；Flow_req为需要的流量；

该最优化模型中的第一条max_Flow∈RInvest(Flow)，(minInvest(Flow))要求以最小的投资规模得到最大化的系统流量，并且满足第二条s.t.g(Flow)≥Flow_req约束条件规划的流量必须大于要求的流量要求；

优化公式：Flow_old＝[Config_old]×([Flow_参数]*[Param_调节])，

其中，Flow_old为优化前的流量，[Config_old]为优化前的结构矩阵，[Flow_参数]为流量参数矩阵，[Param_调节]为流量参数调节矩阵；

优化公式：[ΔConfig_j]＝[Config_jnew]-[Config_jold]，

其中，[ΔConfig_j]为第j业务环网优化后结构变化，[Config_jnew]为第j业务环网优化后结构，[Config_jold]为第j业务环网优化前结构，业务环网包括接入环网、汇聚环网、核心环网，j的取值包含所有业务环网可能的取值结构范围；

优化公式：[Config_new]＝[Config_old]+[ΔConfig_变化组合]，

其中，[Config_new]为业务层优化后结构，[ΔConfig_变化组合]为业务层在多种组合优化后结构变化，[Config_old]为业务层优化前结构；

优化公式：ΔFlow＝[ΔConfig_变化组合]×([Flow_参数]*[Param_调节])，

其中，ΔFlow为业务层优化后流量变化，[ΔConfig_变化组合]为业务层环网在多种组合优化后结构变化，[Flow_参数]为对应流量参数矩阵，[Param_调节]为对应流量参数调节矩阵；

优化公式：Flow_new＝[Config_new]×([Flow_参数]*[Param_调节])，

其中，Flow_new为业务层优化后的流量，[Config_new]为业务层优化后的结构，[Flow_参数]为对应流量参数矩阵，[Param_调节]为对应流量参数调节矩阵；

优化公式：Invest_new＝[ΔConfig_变化组合]×([Price_参数]*[Tradoff_调节])，

其中，Invest_new为优化后的投资[ΔConfig_变化组合]为业务层在多种组合优化后结构变化，[Price_参数]为对应于结构的价格矩阵，[Tradoff_调节]为对应于价格矩阵的调节矩阵；

Config、Flow、和Invest是单个接入层、汇聚层、核心层，或者是接入层、汇聚层、核心层组合，通过上述公式，对业务层其中一层或多层规划组合结构做遍历迭代，在多个结构组合中找到满足以最小的投资规模得到最大化的系统流量，并且满足约束条件的结构组合。