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1、 分 类 号 密 级 U D C 单位代码 10151 远距离传输无源光网络的 拓扑优化研究 董 杰 申请学位级别 工学硕士 学科（专业） 电子与通信工程 论文完成日期 2014 年 5 月 答辩日期 2014 年 6 月 指 导 教 师 林彬 职 称 副教授 学位授予单位 大连海事大学 答辩委员会主席 Topology Optimization for Long-Reach Passive Optical Network A thesis Submitted to Dalian Maritime University In partial fulfillment of the require
2、ments for the degree of Master of Degree by Dong Jie (Electronic and Communication Technology) Thesis Supervisor: Professor Lin Bin June 2014 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博/硕士学位论文 “远距离传输无源光网络的拓扑优化研究” 。除论文中 已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明
3、确注明的其他个人或集体已经公开 发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库（中国学术期刊（光盘版）电子杂志社）、中国学位论 文全文数据库（中国科学技术信息研究所）等数据库中
4、，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于： 保 密 在 年解密后适用本授权书。 不保密 （请在以上方框内打“” ） 论文作者签名： 导师签名： 中 文 摘 要 摘 要 通信网络技术的发展日新月异， 面对目前我国正经历着由第三代通信网络 （3G） 向第四代通信网络(4G)升级的崭新时期，面对“最后一英里”接入瓶颈和光纤到户 （FTTx）需求带来的挑战，以及未来面向云计算的网络平台建设需求，国务院于 2013 年 8 月提出了“宽带中国”战略以加强战略引导和系统部署。现阶段无源光 网络（PON）是主流的光网络接入技术，传统 PON 存在用户载量小
5、，传输距离有 限，网络运维成本高等一系列问题。 下一代 PON（NG-PON）被业界认为是实现“宽带中国”战略促进我国宽带 网络建设的最佳光网络技术之一。本文针对远距离传输 PON（LRPON）这一 NG-PON 最具前景的光网络技术与架构方案，深入研究其网络部署与拓扑优化问 题。主要工作分为如下几方面： 首先， 本文深入研究了 LRPON的树形 （tree-and-branch） 和环星形 （ring-and-spur） 拓扑结构特点，基于 LRPON 两种拓扑部署规划方案的问题描述，建立了 LRPON 树形拓扑部署(LTD-T)模型与 LRPON 环星形拓扑部署(LTD-R)模型。在 LT
6、D-T 建 模中，我们引入“流”的思想来约束路径的完整新和唯一性。在 LTD-R 建模中， 我们通过“双流控”的思想，实现光分差复用器（OADM）选址问题与 OADM 环 形部署问题的联合求解。 其次，我们应用线性优化求解器 Gurobi 分别对 LTD-T 模型与 LTD-R 模型进 行线性规划求解，验证两种模型方案的可实现性，同时通过仿真实验与案例分析 对比两种方案对网络部署成本和网络性能带来的影响。 最后， 为解决 LTD-T 模型复杂度过高的问题， 针对大规模 LRPON 部署规划， 我们提出一种快速启发式逆向搜索（FBS）算法以实现其快速部署求解，并通过仿 真实验与案例分析， 结果显
7、示 FBS 算法相对于 LTD-T 模型求解能够有效降低运算 的复杂度,从而大大提高了工程计算的效率,缩短运算时间， 且 FBS 算法优化结果与 LTD-T 模型获得的最优解相比，成本误差控制在 10%之内。 关键词：关键词：无源光网络；拓扑优化；无源光网络；拓扑优化；流；流；整数整数线性线性规划；启发式算法规划；启发式算法 英 文 摘 要 A ABSTRACTBSTRACT The development of communications networks is making progress with each passing day. At present, China is unde
8、rgoing a new period of advancing transitions from 3G to 4G in the wireless space. While dealing with “last mile” problem and achieving the FTTx progress are also very important problems and should be solved urgently in the fields of broadband access. The construction of cloud computing network must
9、depend on high efficient and stable network infrastructure, too. To meet all challenges above, the State Council of China proposed the “Broadband China” strategy to emphasize the strategic guiding and system deployment in August, 2013. Passive Optical Network (PON) has been reported as a promising s
10、cheme to support the broadband China strategy and to promote the deployment of broadband network. However, PON at this stage still cannot avoid the problems of small user scale, limited transmission distance and high operations and maintenance cost. To deal with the challenges the PONs face at prese
11、nt, the communication industry proposes the concept of Nest Generation PON(NG-PON). In this paper, we do further research into LRPON, who has the characteristics of NG-PON. The main contributions of the paper are summarized as follows: Firstly, we investigate the research situation at home and abrio
12、ad of the existing topology of LRPON, both tree-and-branch and ring-and-spur topology. On the basis of describing the deployment problems of the two LRPON topologies, we conducte two mathematical models, LRPON-Tree-Topology-Deployment(LTD-T) model and LRPON-Ring-Topology-Deployment(LTD-R) model. We
13、propose a idea of flow to insure the integrality and uniqueness of the network pathes in the LTD-T model. In the LTD-R model, we realize the combined optimization of the placement problem of Optical Add-Drop Multiplexer(OADM) and the problem of OADM-ring deployment, by the idea of “double flow contr
14、ol“. Secondly, using Gurobi Optimization Solver, we optimize the LTD-T model and LTD-R model. We demonstrate the feasibility of the two models by numerical scenarios 英 文 摘 要 and analyze the effects of deployment costs and network performances of LTD-T model and LTD-R model. Finally, we propose a heu
15、ristic algorithm called Fast-Backward-Seeking(FBS) to solve the problem of high complexity of the LTD-T model. The FBS algorithm quickly optimizes the tree-and-branch topology deployment of LRPON and performs outstanding with a significant running time reduction comparing to the LTD-T model. And the
16、re is only quite a small gap under 10% between the results of FBS and LTD-T theoretical optimum which is perfectly acceptable to employ for the deployment engineering problems. Key Words：Passive Optical Network；Topology Optimization；Flow;Integer Linear Programming; Heuristic Algorithm 目 录 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 选题背景及研究的意义 1 1.2 LRPON 网络规划研究现状 5 1.2.1 国内外研究现状 . 5 1.2.2 LRPON 拓扑优化研究面临的挑战 . 9 1.3 论文的研究工作及组织结构 . 10 1.3.1 论文的研究工作 . 10 1.3.2 论文
