一種動態(tài)的滾動式傳送網(wǎng)規(guī)劃方法

夏蕓，宋繼恩，李杰

（華信咨詢設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

一種動態(tài)的滾動式傳送網(wǎng)規(guī)劃方法

夏蕓，宋繼恩，李杰

（華信咨詢設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

運(yùn)營商面臨網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展和“降價提速”的雙重壓力，傳送網(wǎng)的建設(shè)需要考慮長遠(yuǎn)發(fā)展，建設(shè)方案不僅需要滿足近期業(yè)務(wù)，也要符合未來業(yè)務(wù)發(fā)展方向。通過分析傳統(tǒng)滾動規(guī)劃方法的不足，以規(guī)劃期發(fā)展目標(biāo)為導(dǎo)向，提出了一種動態(tài)的滾動式傳送網(wǎng)規(guī)劃方法，將業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢對網(wǎng)絡(luò)的影響從模糊的人工思考轉(zhuǎn)變?yōu)槎靠茖W(xué)的計算方法，避免了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)因無法適應(yīng)業(yè)務(wù)變化而引起投資的浪費(fèi)。

傳送網(wǎng)；動態(tài)；滾動式規(guī)劃方法；智能規(guī)劃工具

1 引言

傳送網(wǎng)作為戰(zhàn)略基礎(chǔ)資源，覆蓋面廣、建設(shè)周期長、協(xié)調(diào)專業(yè)資源多，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)資源的建設(shè)往往要考慮長遠(yuǎn)的發(fā)展，建設(shè)方案不僅能滿足近期業(yè)務(wù)，也能符合未來業(yè)務(wù)發(fā)展方向。為兼顧近期和遠(yuǎn)期業(yè)務(wù)需求，把控網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向，各大運(yùn)營商每年都會啟動傳送網(wǎng)的3年滾動規(guī)劃項目，配合國家發(fā)展戰(zhàn)略，并且還會啟動5年滾動規(guī)劃項目。

為了提高市場競爭力，中長期規(guī)劃成果既要符合高度的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展思路，又要細(xì)致周全，具有一定的深度。具體來說，每個年度的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方式和建設(shè)方案必須要滿足本年度的業(yè)務(wù)需求，同時也要符合未來的業(yè)務(wù)需求走勢和網(wǎng)絡(luò)演變思路，避免造成潛在的投資浪費(fèi)。不同年度的規(guī)劃相互獨(dú)立而又有所關(guān)聯(lián)，如何處理好統(tǒng)籌關(guān)系，滿足規(guī)劃成果的高度和深度要求是難題所在[1-4]。

傳統(tǒng)的滾動規(guī)劃方法屬于靜態(tài)規(guī)劃方法，缺乏業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢對網(wǎng)絡(luò)影響因素的定量考量，極有可能會造成因已建網(wǎng)絡(luò)無法很好地適應(yīng)業(yè)務(wù)變化而引起投資的浪費(fèi)。本文提出了一種動態(tài)的滾動式傳送網(wǎng)規(guī)劃方法，以目標(biāo)為導(dǎo)向，通過循環(huán)迭代的計算和分析，得到精細(xì)的規(guī)劃期年度建設(shè)方案，規(guī)劃結(jié)果更加科學(xué)、客觀。

2 原有滾動規(guī)劃方法的不足

傳送網(wǎng)中長期滾動規(guī)劃項目的技術(shù)成果包含宏觀和微觀兩大部分，宏觀上根據(jù)內(nèi)外環(huán)境分析以及專業(yè)技術(shù)路線提出傳送網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)和方向指引，微觀上在網(wǎng)絡(luò)資源現(xiàn)狀分析和市場業(yè)務(wù)需求預(yù)測的基礎(chǔ)上確定規(guī)劃期內(nèi)每個年度的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案。本文重點探討“微觀”建設(shè)方案的規(guī)劃方法。

在傳統(tǒng)的滾動規(guī)劃項目中，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案一般采用逐年規(guī)劃法進(jìn)行計算分析。這種傳統(tǒng)的規(guī)劃方法基于對網(wǎng)絡(luò)資源使用現(xiàn)狀、存在問題的綜合調(diào)研和分析，依次以每年的業(yè)務(wù)需求為依據(jù)，計算滿足本年度業(yè)務(wù)需求的建設(shè)內(nèi)容和方案。逐年規(guī)劃法的思路示意如圖1所示（以3年滾動規(guī)劃為例）。

逐年規(guī)劃法在實際操作中也會考慮規(guī)劃期內(nèi)的重大轉(zhuǎn)折節(jié)點，比如新型傳輸技術(shù)的引入時間點、新業(yè)務(wù)發(fā)展計劃、業(yè)務(wù)特殊承載要求等，從而對建設(shè)方案的計算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)籌分析。但這種考慮是一種模糊的人工思考，依賴于規(guī)劃人員的經(jīng)驗和專業(yè)水平，規(guī)劃結(jié)果因人而異，具有相當(dāng)?shù)牟淮_定性。例如，在40 Gbit/s業(yè)務(wù)向100 Gbit/s業(yè)務(wù)升級的銜接期，若規(guī)劃人員經(jīng)驗豐富，就會主動考慮業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同規(guī)劃，在 100 Gbit/s業(yè)務(wù)規(guī)模出現(xiàn)前，就綜合考慮新技術(shù)成本因素提前建設(shè)100 Gbit/s傳輸系統(tǒng)。若規(guī)劃人員經(jīng)驗不夠豐富，純粹利用逐年規(guī)劃法，則極可能會出現(xiàn)前期建設(shè)的40 Gbit/s系統(tǒng)還沒有用完就迎來了業(yè)務(wù)顆粒的全面升級，造成系統(tǒng)帶寬的浪費(fèi)。

總結(jié)來說，逐年規(guī)劃法實施起來較為簡單，但年度建設(shè)方案的計算主要依賴于當(dāng)前業(yè)務(wù)需求，屬于靜態(tài)的規(guī)劃方法，缺乏業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢對網(wǎng)絡(luò)影響因素的定量考量，極有可能會造成因已建網(wǎng)絡(luò)無法很好地適應(yīng)業(yè)務(wù)變化而引起投資的浪費(fèi)。同時，逐年規(guī)劃法的規(guī)劃結(jié)果受規(guī)劃人員主觀思維的影響，規(guī)劃成果因人而異，缺乏一定的科學(xué)性。

圖1 逐年規(guī)劃法的思路示意

3 滾動式規(guī)劃方法的思路及實現(xiàn)步驟

3.1 滾動式規(guī)劃方法的思路

本文提出的動態(tài)的滾動式傳送網(wǎng)規(guī)劃方法，以規(guī)劃期發(fā)展目標(biāo)為導(dǎo)向，把未來業(yè)務(wù)發(fā)展方向?qū)ㄔO(shè)方案的影響從模糊的人工思考轉(zhuǎn)變?yōu)槎靠茖W(xué)的計算方法，不依賴于規(guī)劃人員的專業(yè)水平。滾動式傳送網(wǎng)規(guī)劃方法首先根據(jù)規(guī)劃期內(nèi)所有業(yè)務(wù)需求得到規(guī)劃期末的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，再由近及遠(yuǎn)逐年推演，以每年的業(yè)務(wù)需求為規(guī)劃對象，以某一年份之前的網(wǎng)絡(luò)資源滿足某一年份的業(yè)務(wù)需求為原則，如2017年的業(yè)務(wù)需求只能在2017年及2017年之前建設(shè)的系統(tǒng)上承載，循環(huán)迭代地進(jìn)行業(yè)務(wù)路由規(guī)劃和計算分析，將建設(shè)方案分到每個年度，對規(guī)劃期內(nèi)年度建設(shè)方案有著超前的指導(dǎo)作用。具體思路如圖2所示（以3年滾動規(guī)劃為例）。

步驟1 以規(guī)劃期3年的業(yè)務(wù)需求為對象，在現(xiàn)網(wǎng)資源基礎(chǔ)上得到滿足規(guī)劃期所有業(yè)務(wù)需求的建設(shè)方案，方案中各系統(tǒng)具體的建設(shè)年份未定。下一步工作就是要由近及遠(yuǎn)確定方案中各系統(tǒng)的建設(shè)年份，把目標(biāo)建設(shè)方案劃分到規(guī)劃期每一年里。

步驟2 將目標(biāo)建設(shè)方案都先假設(shè)為規(guī)劃期第1年建設(shè)。首先以規(guī)劃期第1年的業(yè)務(wù)需求為規(guī)劃對象，以規(guī)劃期第1年建設(shè)及已有網(wǎng)絡(luò)資源承載規(guī)劃期第1年業(yè)務(wù)需求為原則，進(jìn)行業(yè)務(wù)路由規(guī)劃，將利用率為0或最低的鏈路推遲建設(shè)，將其建設(shè)年份設(shè)置為規(guī)劃期第2年，清空前次規(guī)劃路由及所占資源后，再次循環(huán)規(guī)劃，將利用率最低的鏈路推遲建設(shè)，直至發(fā)生業(yè)務(wù)阻塞。通過多次的迭代規(guī)劃和分析，最終得到第1年的建設(shè)方案。

步驟3 再以規(guī)劃期前2年業(yè)務(wù)需求為規(guī)劃對象，以規(guī)劃期前2年建設(shè)及已有網(wǎng)絡(luò)資源承載規(guī)劃期前2年業(yè)務(wù)需求為原則，進(jìn)行業(yè)務(wù)路由規(guī)劃，對建設(shè)年份為規(guī)劃期第2年的鏈路進(jìn)行分析，將其中利用率為0或最低的鏈路推遲到規(guī)劃期第3年建設(shè)，清空前次規(guī)劃路由及所占資源后，再次循環(huán)規(guī)劃，將利用率最低的鏈路推遲建設(shè)，直至發(fā)生業(yè)務(wù)阻塞。通過多次迭代規(guī)劃和分析，得到規(guī)劃期第2年的建設(shè)方案。

圖2 滾動式傳送網(wǎng)規(guī)劃方法的具體思路

步驟4 步驟1得到的建設(shè)方案減去步驟2和步驟3得到的建設(shè)方案，即為規(guī)劃期第3年的建設(shè)方案。

3.2 滾動式規(guī)劃方法的實施手段和步驟

網(wǎng)絡(luò)滾動規(guī)劃是一個不斷反復(fù)、調(diào)整、優(yōu)化的過程，每個中間過程都需要多個方案的綜合比選提供決策，同時，由于業(yè)務(wù)頻繁調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜度提升帶來的大幅增長的工作量和工作難度，都迫切地要求引入智能規(guī)劃工具輔助網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作，這是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃發(fā)展進(jìn)程中的一大趨勢。

滾動式傳送網(wǎng)規(guī)劃方法在分析每個年度建設(shè)方案的過程中，會涉及多次迭代的業(yè)務(wù)路由規(guī)劃，通過反復(fù)調(diào)整，才能確定最佳的建設(shè)方案。為應(yīng)對業(yè)務(wù)的快速調(diào)整，保證規(guī)劃工作的效率以及規(guī)劃結(jié)果的準(zhǔn)確性，節(jié)約規(guī)劃人員的體力和腦力，本方法推薦通過智能規(guī)劃工具實現(xiàn)智能迭代計算。為闡述清晰，下面從軟件算法的角度詳細(xì)列出滾動式傳送網(wǎng)規(guī)劃方法的詳細(xì)步驟。

步驟1 設(shè)定N年滾動規(guī)劃，將當(dāng)前年份參數(shù)設(shè)定為 Y，將待規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀設(shè)定為G( V0, L0)，其中V為節(jié)點參數(shù)集合，L為鏈路參數(shù)集合， V0為建設(shè)年份為Y已建設(shè)的節(jié)點， L0為建設(shè)年份為Y已建設(shè)的鏈路，規(guī)劃期N年的業(yè)務(wù)需求矩陣被設(shè)定為Qn(n=1,2,…,N)，同時初始化變量i，變量i的初始值為1。

步驟3 清空步驟2規(guī)劃的業(yè)務(wù)路由信息，并釋放相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)資源。

步驟6 將利用率為0和利用率除0外最低的新增鏈路的建設(shè)年份標(biāo)記為 Y+i+1，清空網(wǎng)絡(luò)中的新增業(yè)務(wù)路由，并釋放相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)資源。若出現(xiàn)兩條或兩條以上利用率非0的利用率最低鏈路，則只將長度最長的鏈路推遲建設(shè)，將其建設(shè)年份標(biāo)記為Y+i+1。

步驟8 判斷是否有業(yè)務(wù)發(fā)生阻塞，若沒有，則返回步驟5，重復(fù)進(jìn)行上述操作；若有，則將最后一條修改標(biāo)記的鏈路重新標(biāo)記為Y+i年建設(shè)。

步驟9 令i=i+1，將N與i進(jìn)行比較，若N-i＞0，則返回步驟3，重復(fù)進(jìn)行上述操作；若N-i=0，則得出規(guī)劃期N年內(nèi)每個年份的建設(shè)方案，整個網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計過程結(jié)束。

滾動式傳送網(wǎng)規(guī)劃方法是不斷地通過業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)資源的迭代匹配，判斷和制定年度建設(shè)方案。在上述步驟的匹配過程中，必須遵守如下原則：Qi的業(yè)務(wù)只能利用建設(shè)年份為Y+i及之前的網(wǎng)絡(luò)資源來承載，這也是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程中業(yè)務(wù)路由和資源安排必須遵守的一個前提條件。

3.3 滾動式規(guī)劃方法的優(yōu)勢

滾動規(guī)劃普遍具有鮮明的滾動性特點，這體現(xiàn)在年度計劃執(zhí)行中，每年保持一個在年度之間前后銜接的N年規(guī)劃，使N年規(guī)劃帶有滾動性。本文提出的動態(tài)滾動式傳送網(wǎng)規(guī)劃方法進(jìn)一步加深了“滾動式”特點，利用循環(huán)、迭代的規(guī)劃設(shè)計方式，“滾動式”計算、分析、驗證規(guī)劃期內(nèi)年度建設(shè)方案，將未來業(yè)務(wù)發(fā)展對方案的影響定量化，得到的建設(shè)方案更具精細(xì)化、科學(xué)性和客觀性，從最大程度上避免了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資造成的浪費(fèi)。而且，動態(tài)滾動式規(guī)劃方法利用計算機(jī)軟件實現(xiàn)，規(guī)劃過程省時省力，還能快速應(yīng)對頻繁的業(yè)務(wù)需求變更和多方案比選。該算法沉淀于智能規(guī)劃工具中，能有效提升規(guī)劃成果，助力規(guī)劃工作從傳統(tǒng)人工模式向智能化工具模式轉(zhuǎn)變。

下面以某運(yùn)營商某一特殊時期的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃項目為例，通過簡單定性分析，對比逐年規(guī)劃法和動態(tài)的滾動式規(guī)劃方法。

背景介紹：2015—2017年3年滾動規(guī)劃，以 2015年和 2016年建設(shè)方案為例進(jìn)行對比分析。傳送網(wǎng)資源現(xiàn)狀示意如圖 3所示，現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)格局和流向如圖 4所示，各匯聚節(jié)點向核心節(jié)點匯聚。2016年業(yè)務(wù)格局發(fā)生變化，如圖 5所示，匯聚節(jié)點E、F以及核心節(jié)點A同時提升為IDC節(jié)點。

圖3 傳送網(wǎng)資源現(xiàn)狀示意

圖4 現(xiàn)業(yè)務(wù)格局和流向

圖5 2016年IDC節(jié)點間業(yè)務(wù)需求

方案介紹如下。

（1）逐年規(guī)劃法

2015年，根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)流量和流向?qū)θ萘烤o張段落進(jìn)行擴(kuò)容，即擴(kuò)容新建A-C和B-E兩個段落。2016年，根據(jù)新業(yè)務(wù)格局的鏈路需求，新建A-E和E-F兩個段落。2015年和2016年的建設(shè)方案如圖6所示。

圖6 利用逐年規(guī)劃法得到的建設(shè)方案

（2）滾動式規(guī)劃方法

提前考慮規(guī)劃期（即2015年和2016年兩年）業(yè)務(wù)格局的變化，2015年新建A-E和E-F兩個段落，2016年沒有段落新建，如圖7所示。

圖7 利用動態(tài)滾動式規(guī)劃法得到的建設(shè)方案

兩種方法的對比見表1。利用逐年規(guī)劃法通常不會對網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有拓?fù)渲鲃舆M(jìn)行改動優(yōu)化，得到的建設(shè)方案僅能滿足當(dāng)年的業(yè)務(wù)需求。當(dāng)2016年出現(xiàn)E-F新的業(yè)務(wù)方向和更多的E-A業(yè)務(wù)需求時，2016年還需要建設(shè)E-F和E-A方向的鏈路；利用動態(tài)滾動式規(guī)劃方法得到的建設(shè)方案，既分流了2015年E-A、D-B、E-B匯聚—核心的業(yè)務(wù)需求，又提前契合2016年業(yè)務(wù)流向的變化，同時豐富了原有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌绕鋵τ?015年E-A的業(yè)務(wù)，可通過E-A直達(dá)鏈路疏導(dǎo)，大幅減少對E-D、D-C和A-C鏈路的占用，大大降低瓶頸段落 A-C鏈路因容量不足進(jìn)行新建的必要性，提高整個網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)承載效率，有效降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

表1 兩種方法的對比

4 結(jié)束語

在通信網(wǎng)全新的發(fā)展期，一方面，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入超高速發(fā)展時代；另一方面，為提升全民上網(wǎng)普及率，通信資費(fèi)一降再降，因此，運(yùn)營商面臨著網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展和“降價提速”的雙重壓力。為增強(qiáng)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營能力，本文通過分析滾動規(guī)劃項目的現(xiàn)狀和傳統(tǒng)滾動規(guī)劃方法的不足，充分考慮網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、當(dāng)前的業(yè)務(wù)需求以及將來的業(yè)務(wù)發(fā)展，提出了一種動態(tài)的滾動式傳送網(wǎng)規(guī)劃方法，從最大程度上避免了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資造成的浪費(fèi)。該方法在國家重點新產(chǎn)品計劃與杭州市重大創(chuàng)新項目研發(fā)的智能傳送網(wǎng)規(guī)劃軟件工具中得以轉(zhuǎn)換實現(xiàn)，在傳送網(wǎng)滾動規(guī)劃項目中取得了良好的效果。

本文提出的滾動式規(guī)劃方法，以現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)資源情況以及業(yè)務(wù)發(fā)展預(yù)測為基礎(chǔ)，適用于規(guī)劃期內(nèi)業(yè)務(wù)需求可預(yù)測的通常情況。在實際規(guī)劃中對于有些突發(fā)性強(qiáng)、不可預(yù)測類的業(yè)務(wù)等特殊情況，則需要更多的人工思考。今后網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃將向精細(xì)化、智能化方向發(fā)展，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法需要不斷創(chuàng)新，本文所述方法作為一種探索，今后將進(jìn)一步地優(yōu)化與完善，以適應(yīng)未來動態(tài)、柔性、智能的傳送網(wǎng)絡(luò)。

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A dynamic method for rolling transport network planning

XIA Yun, SONG Ji’en, LI Jie
Huaxin Consulting Co., Ltd., Hangzhou 310014, China

Operators are facing double pressure of the rapid development of network and the drop of telecom charges. The construction of the transport network needs to consider the long-term development. The construction plan can not only meet the business needs of the near future, but also meet the future direction of business development. By analyzing the shortage of traditional rolling planning method, oriented by planning development goals, a dynamic rolling planning method of transport network was presented. The effect of the business developing trend to the network was transformed from the artificial fuzzy thinking into quantitative calculation method, to avoid investment waste caused by inconformity of network construction and business changes.

transport network, dynamic, rolling planning method, intelligent planning tool

s: Hangzhou Special Fund for Scientific and Technological Innovation (No.20112311A27), National Key New Product Project (No.2013GRC20023)

TN913

：A

10.11959/j.issn.1000-0801.2017230

夏蕓（1983-），女，華信咨詢設(shè)計研究院有限公司高級工程師，主要從事省際干線傳送網(wǎng)的咨詢、規(guī)劃、設(shè)計以及傳送網(wǎng)規(guī)劃軟件開發(fā)研究工作。

宋繼恩（1976-），男，博士，華信咨詢設(shè)計研究院有限公司教授級高級工程師，主要從事傳送網(wǎng)、全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)等相關(guān)的咨詢、規(guī)劃和研究工作。

李杰（1984-），男，華信咨詢設(shè)計研究院有限公司工程師，主要從事傳送網(wǎng)傳輸網(wǎng)咨詢、規(guī)劃、設(shè)計和規(guī)劃軟件開發(fā)研究工作。

2017-05-12；

：2017-07-25

宋繼恩，songje@hxdi.com

杭州市重大科技創(chuàng)新專項基金資助項目（No.20112311A27）；國家重點新產(chǎn)品資助項目（No.2013GRC20023）