一种配电通信网多级分光无源光网络优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种优化方法，具体涉及一种配电通信网多级分光无源光网络优化方 法。
【背景技术】
[0002] 随着智能配用电的大力推进与建设，EPON(Ethernet Passive Optical Network， EPON)技术已成为配电通信网的主要趋势，其前覆盖半径已经达到20km?60km，非常适 合大规模配电网络架构，因此广泛运用于配用电网中。无源光网络（Passive Optical Network)作为配电网中主要的通信技术之一，其技术特点更适合一次线路和未来的配电网 业务的需求，是实现承载配电业务的通信系统的最佳技术。
[0003] 在当前在电力通信中，多节点、多级分光的无源光网络应用越来越广泛。在满足长 距离、大规模网络的同时，采用多级分光器级联的多级网络；然而当前的公网光网络一般都 是一到两级分光，配电网的无源光网络则多是三到四级分光，到目前为止尚未出现为多层 分光器设计的规划算法。
[0004] 在面对当前配电网通信多节点，多层分光器级联时，一般采用遗传算法来实现多 层分光器设计的规划。如图2所示，这种传统的遗传算法由于不能循环继承，因此无法实现 多层优化，不能解决多层级分光中外层网络中的基因编码问题以及目标函数及适应度函数 的表示问题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种配电通信网多级分光无源光网络优化方 法，采用层叠式遗传算法，让本层级网络继承上一层级网络的基因优化结果，用于本层级网 络适应度函数的确定，突破了传统遗传算法不能循环继承从而实现多层优化的缺点，使得 优化后的多级分光网络选择网络中最佳分光器和较好的网络星形拓扑，节约了网络通信建 设成本；本算法将网络规划建立成数学模型，具有很好的拓展性，降低了计算复杂度。
[0006] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
[0007] -种配电通信网多级分光无源光网络优化方法，所述方法包括，采用层叠式遗传 算法，使得本层级网络继承上一层级网络的基因优化结果，所述方法包括下述步骤：
[0008] (1)设计基因编码；
[0009] (2)建立所述基因编码的约束条件，并选择适应度函数；
[0010] (3)在满足基因编码约束条件基础上，对所述基因编码的执行交叉、变异操作，经 过多代的迭代交叉和变异操作，得到本层PON网络最优的基因编码；
[0011] (4)当多级分光无源光网络的网络层数小于η时，跳转至步骤（1)，继承上一层基 因编码，并更新适应度函数，大于等于η时，优化完成。
[0012] 优选的，所述步骤（1)中，所述多级分光无源光网络包括一个中心0LT，多个分光 器和光网络单元；将第一层级分光网络与所述中心OLT连接，采用十进制方式对第2至η层 级分光网络逐一编码，其中η为大于等于2的自然数。
[0013] 优选的，所述步骤（2)的约束条件包括：
[0014] 每一个下一级分光网络只能连接一个上一级分光网络：
【主权项】
1. 一种配电通信网多级分光无源光网络优化方法，其特征在于，所述方法包括，采用层 叠式遗传算法，使得本层级网络继承上一层级网络的基因优化结果，所述方法包括下述步 骤： (1) 设计基因编码； (2) 建立所述基因编码的约束条件，并选择适应度函数； (3) 在满足基因编码约束条件基础上，对所述基因编码的执行交叉、变异操作，经过多 代的迭代交叉和变异操作，得到本层PON网络最优的基因编码； (4) 当多级分光无源光网络的网络层数小于n时，跳转至步骤（1)，继承上一层基因编 码，并更新适应度函数，大于等于n时，优化完成。
2. 如权利要求1所述的一种配电通信网多级分光无源光网络优化方法，其特征在于， 所述步骤（1)中，所述多级分光无源光网络包括一个中心OLT，多个分光器和光网络单元； 将第一层级分光网络与所述中心OLT连接，采用十进制方式对第2至n层级分光网络逐一 编码，其中n为大于等于2的自然数。
3. 如权利要求1所述的一种配电通信网多级分光无源光网络优化方法，其特征在于， 所述步骤（2)的约束条件包括： 每一个下一级分光网络只能连接一个上一级分光网络： j
， j=l、2、……M (1) 其中，M为一级分光器数，\」为取值是0或1的子集；每个上一级分光器最多连接k个 下一级分光器。 1=1 ，
丄-丄、乙、......N (2) 其中，N为二级分光器数；为取值是0或1的子集，k为分光器最大分光数；根据上 述约束条件建立各级分光器的最大连接数控制表OBD Limit。
4. 如权利要求3所述的一种配电通信网多级分光无源光网络优化方法，其特征在于， 所述适应度函数与网络的建设成本密切相关，且下一级分光网络将继承上一层网络进化后 的基因序列，用于本层网络的适应度函数的选择；第n层级分光网络的建设成本用下式（3) 表不. (3) 」_i
式中，将xu= 0定义为取值是0或1的子集，当第n层级分光器通过第n-1层级分光 器连接到中心OLT时，Xij= 1 ;当未连接时，X ij= 0 ;设第n层级分光器到第n-1层级分光 器的距离为&，第n-1层级分光器到中心OLT的距离为Lj，LjP d u中i的取值从1到N， j的取值从1到M，单位公里长的光缆建设费为CyZjt，!!）和分别为第n、n-l级 分光网络的建设成本； 故第n层级分光网络的适应度函数为Zn(t，n)的倒数：t为分光网络的代数； ⑷。 b.卯仪利安豕1所还的一种配电通信网多级分光无源光网络优化方法，其特征在于， 所述步骤（3)中的所述交叉操作是指按交叉概率Pe从第一代基因群体G(t)中随机选 择两个个体，采用单体交叉的方式，选定一对染色体Parent A和Parent B，并随机设置 一个交叉点，将Parent A和Parent B交叉点后的基因全部互换；所述Pe的取值范围为 0? 4 彡 Pe 彡 0? 8 ; 在基因交叉的过程中参照所述OBD Limit的值来选择交叉后的基因， 当max{OBDLimit} > n，则Parent A和Parent B将进行重新交叉，直到满足 max{OBDLimit} < n，所述n为分光器的个数。
6. 如权利要求1所述的一种配电通信网多级分光无源光网络优化方法，其特征在于， 通过所述变异概率Pv随机从Parent A中取一位基因进行变异操作；所述变异概率Pv的取 值范围为0.04彡Pv彡0.08。 所述基因变异的过程包括：参照OBD Limit的值，选择变异后的基因是否加入到新一 代的群体中；如果max {OBD Limit} >n，则Parent A重新变异，直到满足max {OBD Limit} < n为止，所述n为分光器的个数。
7. 如权利要求1所述的一种配电通信网多级分光无源光网络优化方法，其特征在于， 所述步骤（4)中，根据继承上一层基因编码，得到下一代适应度函数的具体过程包括： 第一代：G(t) = S 第二代：G(t+l) = SX (l-Pe_Pv)U(SXPv)+U(SXPe) 第三代：G(t+2) = G(t+1) X (l-Pe-Pv)U G(t+1) XPv U G(t+1) XPe (5) 公式（5)中，群体G(t)的第t代的群体规模为S，U表示并集；采用最优保存策略，在 第二代G(t+1)中SX(l-Pe-Pv)中，保留较大个体？^^)，以及保留SXPv个交叉后代， SXPe个变异后代。
【专利摘要】本发明涉及一种配电通信网多级分光无源光网络优化方法，采用层叠式遗传算法，使得本层级网络继承上一层级网络的基因优化结果，具体为：设计基因编码；建立所述基因编码的约束条件，并选择适应度函数；在满足基因编码约束条件基础上，对所述基因编码的执行交叉、变异操作，经过多代的迭代交叉和变异操作，得到本层PON网络最优的基因编码；当多级分光无源光网络的网络层数小于n时，跳转至步骤(1)，继承上一层基因编码，并更新适应度函数，大于等于n时，优化完成；使得优化后的多级分光网络选择网络中最佳分光器和较好的网络星形拓扑，节约了网络通信建设成本；本算法将网络规划建立成数学模型，具有很好的拓展性，降低了计算复杂度。
【IPC分类】H04Q11-00, H04L12-24
【公开号】CN104618134
【申请号】CN201410823144
【发明人】赵国庆, 刘国军, 汪洋, 周静, 卢利锋, 黄毕尧, 王楠, 胡紫巍, 张庚, 李建岐, 丁慧霞, 王智慧
【申请人】国家电网公司, 中国电力科学研究院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月25日