摘 要：隨著光纖入戶政策的持續(xù)推進(jìn)，海量光纖使用在接入網(wǎng)中，它們被用來連接端局光配線架和ODN光交接箱上的光纖端口。由于施工標(biāo)識的混亂和模糊，光纖端口的連接關(guān)系難以知曉，造成大量光纖廢棄，， 無法實(shí)現(xiàn)精確的線纜資源管理，通過加入一種 基于ODN并行的優(yōu)化算法，模擬出ODN中的ODF之間光纖對應(yīng)關(guān)系，設(shè)置并行度并行進(jìn)行多線程的計(jì)算，來達(dá)到時(shí)間復(fù)雜度的減少，算法的目的卻在于能夠有效的減少ODN中端口配對的時(shí)間復(fù)雜度。借助 c#語言進(jìn)行編程仿真分析，仿真結(jié)果表明所提算法可以有效提高端口對應(yīng)的效率。

關(guān)鍵詞：ODN 并行計(jì)算;c#

0引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，近年來，我國眾多企業(yè)為提升自身的市場核心競爭力，紛紛開展了機(jī)房資源的整合工作，致力于構(gòu)建安全可靠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量的提升以及成本的控制管理[1]統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，通常運(yùn)營商超過30%的光纖由于標(biāo)識混亂、無法辨識造成資源沉淀無法使用，只能重新投資鋪設(shè)，造成大量資源浪費(fèi)。除了資源沉淀外，運(yùn)營商還面臨著光纖網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)開通和管理的難題，比如，運(yùn)維部門接到訂單，派出施工人員到遠(yuǎn)端進(jìn)行施工，但到現(xiàn)場才發(fā)現(xiàn)光纖已經(jīng)分配完畢;對于局端是否需要擴(kuò)容，運(yùn)營商也只能采取定期巡查的模式，耗費(fèi)大量人力物力。[2]

ODN（光分配網(wǎng) 絡(luò)）是 基于 xPON（無 源 光 網(wǎng)絡(luò)）設(shè)備的 FTTH（光纖到戶）光纜網(wǎng)絡(luò)，其作用是在 OLT（光線路終端）和 ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）之間提供傳輸通道。根據(jù)國內(nèi)FTTH 建設(shè)技術(shù)方案，OLT一般放 在 局 端，而 ONU 放 在 用 戶 端，因 此 OLT、ODN 和 ONU 這3部分組成了 FTTH 系統(tǒng)。從功能上分，ODN 由饋線光纜、配線光纜、入戶線光纜和光纖終端4個(gè)子系統(tǒng)組成。從產(chǎn)品形態(tài)上分，ODN可分為線纜類、光分配架（箱）類和分光與連接器類。由于 ODN 產(chǎn)品進(jìn)入門檻較低，生產(chǎn) ODN 產(chǎn)品的廠家達(dá)到數(shù)百家。同時(shí) ODN 產(chǎn)品種類繁多，生產(chǎn)工藝與技術(shù)難易程度不同，造成市場上充斥著大量不合格產(chǎn)品，因此 ODN 產(chǎn)品質(zhì)量控制尤為重要[3]FFTH投資和建設(shè)規(guī)模越來越大，也由此帶來了很多問題。其中最重要的一個(gè)問題是接入網(wǎng)光配線網(wǎng)絡(luò)（ODN）布線管理問題。具體問題概括為以下幾個(gè)方面：（1）隨著市場的需求不斷擴(kuò)大，運(yùn)營商在普及FFTH期間鋪設(shè)了海量的光纖光纜和設(shè)備，但由于缺乏規(guī)范統(tǒng)一的規(guī)劃，人工操作資源準(zhǔn)確率低，盲目擴(kuò)容，導(dǎo)致大量資源被閑置，很多有效資源難以發(fā)揮作用，建網(wǎng)的成本一直居高不下。（2）業(yè)務(wù)發(fā)放流程復(fù)雜，缺乏競爭力，開通慢，自行連接無校驗(yàn)，返工率高，客戶滿意度難提升，難以有效支撐市場拓展。（3）資源數(shù)據(jù)人工維護(hù)，信息不匹配，刷新慢，錯(cuò)誤率高;故障定位耗時(shí)長、效率低，難以支持精確化拓展。傳統(tǒng)光纖、網(wǎng)元設(shè)備管理主要通過給每個(gè)連接點(diǎn)貼紙質(zhì)標(biāo)簽來實(shí)現(xiàn)端口識別和路由管理。但FFTH網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，大量的節(jié)點(diǎn)端口標(biāo)簽依靠人工錄入、查找、標(biāo)記、抄錄和盤點(diǎn)。運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過人工錄入、修改。這些資源信息不僅錯(cuò)誤率高，而且效率低下;工單派發(fā)、站點(diǎn)定位、資源歸檔等管理工作很難管控，統(tǒng)一高效;運(yùn)維依賴客戶投訴，被動運(yùn)維。這些問題導(dǎo)致了每年各大運(yùn)營企業(yè)將近10%的投資用于ODN維護(hù)管理，花了大量人力物力卻帶來了數(shù)量龐大的錯(cuò)誤光纖連接記錄和很低的光纖利用率。綜上所述，ODN網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)開通流程復(fù)雜，端口利用率低，管理難度大，在如今大發(fā)展FFTH的時(shí)期，運(yùn)營商對高效穩(wěn)定、方便管理維護(hù)的ODN網(wǎng)絡(luò)需求十分迫切，ODN的變革變成了當(dāng)務(wù)之急，智能ODN也是未來必然的發(fā)展趨勢。[4]

因此本文基于智能ODN下，提出一種odf之間光纖對應(yīng)關(guān)系的并行優(yōu)化算法，能夠有效的減少端口之間對應(yīng)的計(jì)算復(fù)雜度。

1算法思想和設(shè)計(jì)

圖1是電信局內(nèi)機(jī)房光分配架（箱）類ODN的光纖連接方式，光分配架（箱）類ODN（光分配網(wǎng) 絡(luò)）在 OLT（光線路終端）和 ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）之間提供傳輸通道，通過代碼模擬出它們之間端口對應(yīng)關(guān)系。1和2的端口相連。ODF11，ODF12和ODF21，ODF22的端口采用光纖相連。端口的連接情況未知，1和2的端口外連交換機(jī)。交換機(jī)上行端口連到PC端，PC端通過軟件找出1和2中端口連接情況。ODF11某號端口與和ODF21某號端口用某條線相連，ODF12某號端口與和ODF22某號端口用某條線相連。

ODF11∈ODF21? ? ? ?ODF12∈ODF22

時(shí)間復(fù)雜度是衡量算法執(zhí)行效率的一種標(biāo)準(zhǔn)。但是，時(shí)間復(fù)雜度不等于性能。即便在不降低時(shí)間復(fù)雜度的情況下，也可以通過一些優(yōu)化手段，提升代碼的執(zhí)行效率。即便是像10%、20%這樣微小的性能提升，也是非?？捎^的。算法的目的就是為了提高代碼執(zhí)行效率。當(dāng)算法無法再繼續(xù)優(yōu)化的情況下，我們可以通過并行計(jì)算來進(jìn)行優(yōu)化進(jìn)一步提高執(zhí)行效率。

為了利用并行計(jì)算求解一個(gè)計(jì)算問題，通?；谝韵驴紤]：1.將計(jì)算任務(wù)分解成多個(gè)子任務(wù)，有助于同時(shí)解決;2.在同一時(shí)間，由不同的執(zhí)行部件可同時(shí)執(zhí)行多個(gè)子任務(wù);3.多計(jì)算資源下解決問題的耗時(shí)要少于單個(gè)計(jì)算資源下的耗時(shí)。

從概念上來說，進(jìn)程是操作系統(tǒng)資源分配的基本單位，而線程是任務(wù)調(diào)度和執(zhí)行的基本單位，在操作系統(tǒng)中能同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程（程序）;而在同一個(gè)進(jìn)程（程序）中有多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行（通過CPU調(diào)度，在每個(gè)時(shí)間片中只有一個(gè)線程執(zhí)行）自然我們也能理解一個(gè)進(jìn)程至少包含一個(gè)線程。但是也不是可以隨便的開線程，每一個(gè)線程默認(rèn)情況下都會占用1M的棧空間（對于普通應(yīng)用程序來說），在32位的Windows平臺下可以給一個(gè)用戶進(jìn)程使用的程序最大在2G，那么也就是說在程序中使用的線程不能超過2000個(gè)，在實(shí)際測試中可以發(fā)現(xiàn)一般來說開1930左右個(gè)線程就會收到內(nèi)存不足的異常，其實(shí)這個(gè)數(shù)量是絕對夠用的，即使復(fù)雜的visual studio2013程序一般也只用了50個(gè)不到的線程。在一個(gè)進(jìn)程中開啟多個(gè)線程以后，我們就可以讓一個(gè)程序能夠同一間隙能夠相對多個(gè)事情，比如可以一邊接受用戶響應(yīng)一邊進(jìn)行一些基本的計(jì)算。在以前處理器還處于單核的時(shí)期，也就是說在同一時(shí)間內(nèi)，處理器只能單獨(dú)做一件事情。那么怎么實(shí)現(xiàn)之前說的多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行呢。其實(shí)這個(gè)同時(shí)只是表面上的同時(shí)，實(shí)際上多個(gè)線程依次占用的是處理器的若干個(gè)時(shí)間片，線程輪流使用處理器資源，由于這個(gè)時(shí)間間隙非常短暫，在一個(gè)長的時(shí)間看來這個(gè)這個(gè)間隙幾乎可以忽視似乎是幾個(gè)線程同時(shí)得到了執(zhí)行。并行計(jì)算不是一個(gè)很新的概念，其實(shí)它就是通過多線程把同一個(gè)任務(wù)分割成多個(gè)子任務(wù)進(jìn)行并行計(jì)算的過程。我們需要手動分割單任務(wù)所依賴的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，放到不同的線程中去，然后通過線程同步的方法來統(tǒng)一匯總和處理這些線程的執(zhí)行結(jié)果。之所以會需要并行計(jì)算是因?yàn)殡S著我們電腦的CPU不緊緊是升級頻率而是更加側(cè)重于核心橫向擴(kuò)展，我們的程序也就達(dá)不到隨著CPU Scale-out而Scale-up的能力，因此，需要調(diào)整程序的邏輯使得一段原本完整的任務(wù)也分割成多個(gè)片段同時(shí)執(zhí)行，這樣就可以充分利用到多核心的優(yōu)勢從而提供程序的性能。

但是線程之間切換需要時(shí)間，我們開兩個(gè)線程執(zhí)行兩個(gè)任務(wù)有可能會比一個(gè)單線程執(zhí)行還要慢，其實(shí)即使對于單核的處理器都不一定，因?yàn)樵趯?shí)際的應(yīng)用中我們的任務(wù)往往不可能從完完全全一直占用處理器資源，有很多時(shí)候我們需要等待IO響應(yīng)或用戶的響應(yīng)，如果只是一個(gè)線程做事情的話處理器就會空閑。對于現(xiàn)在多核處理器來說，在同一時(shí)刻理論上可以在每一個(gè)處理器上都并行執(zhí)行指令，多線程來提高運(yùn)算速度就是我們可以利用的一個(gè)好方法。當(dāng)然也不是說一個(gè)任務(wù)要執(zhí)行20秒，我們在雙核的機(jī)器上并行執(zhí)行這個(gè)任務(wù)只需要10秒了，那是因?yàn)楹芏鄷r(shí)候這個(gè)任務(wù)很難劃分成兩個(gè)分支來并行執(zhí)行，如果每個(gè)指令都要依靠上個(gè)指令的執(zhí)行結(jié)果，那么這樣的操作很難在多個(gè)處理器上并行執(zhí)行。但是，我們可以這樣想，至少如果有兩個(gè)這樣任務(wù)的話，我們就可以完全利用多個(gè)處理器的優(yōu)勢來并行執(zhí)行了。

根據(jù)上述的模型約束和理論基礎(chǔ)，本文提出一種并行計(jì)算的算法，目的是有效的調(diào)高端口之間查找到的效率，偽代碼如下：

查詢相同端口的連接

1、初始化一個(gè)rst集合，用于存儲連接信息

2、創(chuàng)建兩個(gè)連接集合odf1Conn odf2Conn

3、For 一個(gè)以以最大線程數(shù)為5的進(jìn)行多線程對odf1Conn的集合中每一個(gè)端口進(jìn)行查找

4、End For

5、定義一個(gè)i∈odf1集合

6、讓指定的odf1[i] 滿足 odf1[1] 的端口屬于打開狀態(tài)，即odf1[i] 不等于-1

7、For 一個(gè)以以最大線程數(shù)為5的進(jìn)行多線程對odf2Conn的集合中每一個(gè)端口進(jìn)行查找

8、End For

9、定義一個(gè)j∈odf2集合

10、讓指定的odf2[j] 滿足 odf2[j] 的端口屬于打開狀態(tài)，即odf2[j] 不等于-1

11、在計(jì)算過程中如果odf1[i] 等于odf2[j]，則滿足條件

12、將滿足條件的結(jié)果以i，j，odf2[j] 的字符串形式添加到rst集合中

13、計(jì)算完成后，返回rst集合

算法1-3 行進(jìn)行初始化，對返回集合rst和連接集合odf1Conn，odf2Conn進(jìn)行初始化

算法4-5 行進(jìn)行多線程計(jì)算循環(huán)，并判斷odf1Conn的端口是否打開

算法6-7 行進(jìn)行多線程計(jì)算循環(huán)，并判斷odf2Conn的端口是否打開

算法8-9 行進(jìn)行在判斷如果odf1[i] 等于odf2[j]，則滿足條件，并將計(jì)算結(jié)果添加到rst集合中去

算法10行 返回rst計(jì)算結(jié)果

2算法驗(yàn)證

這個(gè)是任意生產(chǎn)的的一次結(jié)果，圖表示兩組od11，odf21 中odf11 的第一號端口和odf21 的第46 號端口通過第80號線相連，odf11 的第3號端口和odf21 的第138 號端口通過第137號線相連。正常是計(jì)算是N*N，并行計(jì)算之后， 變成了N*N/m*n，mn 就是并行度，指令或數(shù)據(jù)并行執(zhí)行的最大數(shù)目，提高并行度的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是可以最大限度地利用計(jì)算資源或存儲資源。設(shè)置每個(gè)設(shè)備有144個(gè)端口，能連接成功的最大端口數(shù)是程序里面的變量，我們可以通過改變能連接成功的最大端口數(shù)來來對比并行計(jì)算前后時(shí)間復(fù)雜度之間的變化，因而體現(xiàn)并行計(jì)算是否能夠有效的減少端口之間對應(yīng)的計(jì)算復(fù)雜度，是否能加入實(shí)踐的可行性。

從圖看出優(yōu)化后所用的時(shí)間復(fù)雜度的優(yōu)越性隨著最大端口數(shù)的增加而增加，優(yōu)化前后所花費(fèi)的時(shí)間差也隨著端口數(shù)量的增加而增加，在最大端口數(shù)為4的情況下優(yōu)化的效果并不是很明顯，但是隨著最大端口是的逐漸提高，并行計(jì)算的優(yōu)越性逐漸體現(xiàn)出來，理論上不考慮到進(jìn)程間的相互影響運(yùn)行環(huán)境等影響下，并行計(jì)算后的運(yùn)行速度可以達(dá)到之前的5倍。

3結(jié)束語

本文研究了基于ODN的配線架中端口對應(yīng)效率過低難以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)， 無法實(shí)現(xiàn)精確的線纜資源管理的問題，提出一種基于并行計(jì)算的優(yōu)化算法，通過模擬仿真能得到優(yōu)化前后配對指定端口數(shù)所花費(fèi)的時(shí)間進(jìn)行比較。結(jié)果表明基于ODN的并行優(yōu)化算法能夠有效的減少ODN中端口配對的時(shí)間復(fù)雜度。本文提出的算法對未來機(jī)房改善的研究具有一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 穆樂. 構(gòu)建節(jié)能高效的通信機(jī)房管理模式[J]. 中國新通信， 2019， 21（04）：18.

[2] 呂劍鋒. Sman ODN基于RFID推動光網(wǎng)智能化[J]. 通信世界， 2012（24）：34-34.

[3] 魏忠誠， 張希， 陳璽，等. ODN產(chǎn)品質(zhì)量控制探討[J]. 光通信研究， 2013（06）：28-31.

[4] 張衛(wèi)斌， 關(guān)映雪. 智慧融入管道 中興通訊eODN成功破解無源光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展困局[J]. 通信世界， 2012（17）：55.

作者簡介：

王宇飛（1996-）男，漢，江蘇省南京市，學(xué)歷：在讀碩士，研究方向：光通信.