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摘要：針對(duì)在保障用戶帶寬需求的前提下，如何提前評(píng)估擴(kuò)容升級(jí)并主動(dòng)規(guī)劃光接入網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，提出了一種基于樹(shù)模型的接入網(wǎng)擴(kuò)容規(guī)劃算法，即通過(guò)決策樹(shù)ID3算法定量分析影響 PON 口峰值速率的關(guān)鍵因素，根據(jù)決策樹(shù)的結(jié)果使用回歸樹(shù)CART算法預(yù)測(cè)PON口峰值速率區(qū)間。實(shí)驗(yàn)表明，基于該方案構(gòu)建的2個(gè)模型準(zhǔn)確率均達(dá) 80% 以上，可為 F5G 時(shí)代光接入網(wǎng)精準(zhǔn)評(píng)估并規(guī)劃擴(kuò)容提供借鑒。
關(guān)鍵詞：人工智能；F5G網(wǎng)絡(luò)；光接入網(wǎng)；擴(kuò)容評(píng)估
doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2023.02.013
概述
2021年的《政府工作報(bào)告》中明確指出，要加大5G網(wǎng)絡(luò)和千兆光網(wǎng)建設(shè)力度，豐富應(yīng)用場(chǎng)景。這是“千兆光網(wǎng)”首次被寫(xiě)入政府工作報(bào)告，F(xiàn)5G作為千兆光網(wǎng)建設(shè)的第 5 代固定網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，成為我國(guó)重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施。隨著我國(guó)加快推進(jìn)千兆光網(wǎng)建設(shè)，千兆光網(wǎng)的發(fā)展勢(shì)如破竹，固定網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)進(jìn)入F5G時(shí)代。
截至2021年底，三大運(yùn)營(yíng)商的固定互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入用戶總數(shù)達(dá) 5.36 億戶，其中 1 千兆及以上接入速率的用戶數(shù)達(dá)到3 456萬(wàn)戶，根據(jù)工信部發(fā)布的《“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》以及國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議要求，預(yù)計(jì)到 2023 年底，千兆光纖網(wǎng)絡(luò)具備覆蓋 4 億戶家庭的能力。
為配合千兆寬帶上線，運(yùn)營(yíng)商需將原有的1G PON擴(kuò)容到 10G PON。然而，評(píng)估規(guī)劃接入設(shè)備升級(jí)擴(kuò)容不是一蹴而就的，而且在運(yùn)營(yíng)商投資成本受限時(shí)，擴(kuò)容工作也需要分階段持續(xù)進(jìn)行。當(dāng)前主要通過(guò)判斷PON口下是否具有千兆用戶，或者根據(jù)PON端口單位時(shí)間峰值流量（即峰值速率）擁塞后上報(bào)的工單作為評(píng)估擴(kuò)容的依據(jù)。當(dāng)前方式主要依賴(lài)人工經(jīng)驗(yàn)判斷，無(wú)法量化PON口峰值速率影響因子，特別是在運(yùn)營(yíng)商成本受限的情況下，依靠經(jīng)驗(yàn)難以更精準(zhǔn)地找到有升級(jí)需求的節(jié)點(diǎn)。另外，收到工單后由人工重新評(píng)估規(guī)劃，會(huì)導(dǎo)致處理時(shí)間變長(zhǎng)，擴(kuò)容不及時(shí)，影響用戶體驗(yàn)。如何量化PON口峰值速率影響因子，預(yù)測(cè)PON口峰值速率區(qū)間，更合理地提前評(píng)估規(guī)劃設(shè)備升級(jí)擴(kuò)容是當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題之一。因此需要引入智能化的手段來(lái)解決上述問(wèn)題。
隨著AI的蓬勃發(fā)展，AI技術(shù)與F5G的深度融合將助力解決 F5G 網(wǎng)絡(luò)新問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)智慧光網(wǎng)絡(luò)不斷升級(jí)。目前擴(kuò)容規(guī)劃領(lǐng)域的擴(kuò)容規(guī)劃算法主要有：基于相似度分析的擴(kuò)容規(guī)劃算法、基于網(wǎng)格化的擴(kuò)容規(guī)劃算法、基于用戶特征分析的擴(kuò)容規(guī)劃算法、基于最小生成樹(shù)的規(guī)劃算法等，但尚未有針對(duì) PON口峰值速率影響因子量化，構(gòu)建PON口全參量模型的研究。而監(jiān)控PON口流量（OLT PON口利用率），可以避免端口出現(xiàn)擁塞，影響端口下掛用戶體驗(yàn)；提前預(yù)判擁塞跡象，為PON口下用戶的發(fā)展和遷移及PON口擴(kuò)容（1G PON到10G PON）提供指導(dǎo)；通過(guò)流量異常的PON口挖掘出流量異常的用戶，輔助市場(chǎng)部的用戶營(yíng)銷(xiāo)工作。
針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出了一種面向 F5G 光接入網(wǎng)的基于決策樹(shù)和回歸樹(shù)算法的擴(kuò)容規(guī)劃算法，可實(shí)現(xiàn)全面綜合的量化 PON 口峰值速率影響因子，預(yù)測(cè)PON 口峰值速率區(qū)間，精確指導(dǎo)擴(kuò)容升級(jí)，克服人工方案的局限性。該算法采用決策樹(shù)（ID3）算法對(duì)PON口峰值速率影響因子進(jìn)行量化分析，可有效量化擴(kuò)容指標(biāo)；使用回歸樹(shù)（CART）算法預(yù)測(cè) PON 口峰值速率區(qū)間，為精準(zhǔn)規(guī)劃擴(kuò)容提供科學(xué)依據(jù)。為進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果，本文采用SMOTE均衡化函數(shù)解決樣本類(lèi)數(shù)量不均衡導(dǎo)致的算法結(jié)果具有傾向性的問(wèn)題，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了本算法的效果。
