说明书一种光缆自动化路由选择的方法和装置
技术领域
本发明涉及传输外线的数据业务技术领域，尤其涉及一种光缆自动化路由选择的方法和装置。
背景技术
随着中国移动传输网络规模的日趋庞大，传输外线资源的精细化管理越发显得尤为重要。传输外线资源具有数量大、种类多、变化快等自有特性，因此，对传输外线资源的智能化、全面化、准确化、精细化的管理是十分重要的。
对于传输资源的管理很多厂家推出了自己的传输外线管理系统，已基本实现对传输外线资源基础管理。但在关键资源光缆的管理上还不够智能化，如目前需要手工去维护光缆与其敷设的每个架空段、管道段等资源的关系来实现光缆路由的完整性和准确性，比如确定了光缆始末端后，光缆的跳数由手工指定；并且，光缆的跳数与光路的长度没有数学相关性，以至于指定的路由不一定为最佳路由，或者没有实现光缆自动路由选择功能等，不仅耗时、耗力，且如果中间出现错误造成光缆路由的不通，会给后续光缆的割接、维护等工作带来很大影响。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种光缆自动化路由选择的方法和装置，能够通过系统完成光缆自动化路由选择，降低人工操作的复杂度和错误率，有效提高工作效率降低时间成本。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种光缆自动化路由选择的方法，在地理信息系统GIS图中确定光缆的起点和终点后，所述方法还包括：
创建第一节点集合和第二节点集合，其中，第一节点集合初始仅包含起点，第二节点集合初始包含GIS图中除起点外的其余所有节点；
分别计算起点到第二节点集合中每个节点之间的距离，选择距离最短的节点，加入到第一节点集合，并将所述距离最短的节点从第二节点集合中删除；
分别计算起点到第二节点集合中每个节点之间的最短路径长度；所述起点到第二节点集合中节点之间的最短路径长度包括：起点不经过第一节点集合中的节点、起点经过第一节点集合中的任意一个或多个节点到第二节点集合中节点的所有路径长度中的最小值；
选择具有最短路径的节点，记录起点到所述具有最短路径的节点之间的最短路径，将所述具有最短路径的节点加入到第一节点集合，并从第二节点集合中删除，重复上述计算、选择和转移节点的过程，直至第二节点集合为空；
确定计算出的起点和终点之间的最短路径，通过所述最短路径建立光缆路由连接。
上述方案中，所述节点包括但不限于人井、光交箱、电杆。
上述方案中，所述计算路径长度为：根据两个节点之间路径中距离和限制变量综合作用计算。
上述方案中，所述距离为两个节点之间的实际距离；所述限制变量为平衡路径中节点的数量的变量，所述限制变量随着路径的节点的增加呈指数形式增长。
上述方案中，当两个节点之间不可达时，两个节点之间的实际距离为无穷大。
本发明实施例还提供了一种光缆自动化路由选择的装置，所述装置包括：集合创建单元、计算单元、路径建立单元；其中，
所述集合创建单元，用于在GIS图中确定光缆的起点和终点后创建第一节点集合和第二节点集合；其中，第一节点集合初始仅中包含起点，第二节点集合初始中包含GIS图中除起点外的其余所有节点；
所述计算单元，用于分别计算起点到第二节点集合中每个节点之间的距离， 选择距离最短的节点，加入到第一节点集合，并将所述距离最短的节点从第二节点集合中删除；
分别计算起点到第二节点集合中每个节点之间的最短路径长度；所述起点到第二节点集合中节点之间的路径长度包括：起点不经过第一节点集合中的节点、起点经过第一节点集合中的任意一个或多个节点到第二节点集合中节点的所有路径长度中的最小值；
选择具有最短路径的节点，记录起点到所述具有最短路径的节点之间的最短路径，将所述具有最短路径的节点加入到第一节点集合，并从第二节点集合中删除，重复上述计算、选择和转移节点的过程，直至第二节点集合为空；
所述路径建立单元，用于确定计算出的起点和终点之间的最短路径，通过所述最短路径建立光缆路由连接。
上述方案中，所述计算单元计算路径长度为：根据两个节点之间路径中距离和限制变量综合作用计算。
上述方案中，所述计算单元计算距离为：计算两个节点之间的实际距离；所述计算单元计算限制变量为：计算平衡路径中节点的数量的变量，所述限制变量随着路径的节点的增加呈指数形式增长。
上述方案中，当两个节点之间不可达时，所述计算单元计算结果为两个节点之间的实际距离为无穷大。
本发明实施例所提供的光缆自动化路由选择的方法和装置，在确定光缆两端后，创建第一节点集合和第二节点结合，逐一计算起点到第二集合中的每个节点的最短路径，并将已计算完毕选出的与起点之间具有最短路径的节点加入到第一节点集合，从第二节点集合中删除，重复上述计算、选择和转移节点的过程，直至第二节点集合为空，从而确定出起点和终点之间的最短路径，通过所述最短路径建立光缆路由连接。因此，只需正确确定光缆的两端，便可以计算经过两端节点的路由并进行存储，改变人工维护大数据量光缆耗时、耗力、易出错的现状，大大降低了人工操作的复杂度和错误率，有效提高工作效率，降低时间成本。
附图说明
图1为本发明实施例光缆自动化路由选择的方法流程示意图；
图2为本发明实施例GIS连通图简化示意图；
图3为本发明实施例不同α取值下路径限制变量f(x)的走势图；
图4为本发明实施例光缆自动化路由选择路径选择示意图；
图5为本发明实施例光缆自动化路由选择的装置结构示意图；
具体实施方式
在本发明实施例中，在地理信息系统（GIS，Geographic Information System）图中确定光缆的起点和终点后，创建第一节点集合和第二节点集合，其中，第一节点集合初始仅包含起点，第二节点集合初始包含GIS图中除起点外的其余所有节点；分别计算起点到第二节点集合中每个节点之间的最短路径长度；所述起点到第二节点集合中节点之间的路径长度包括：起点不经过第一节点集合中的节点、起点经过第一节点集合中的任意一个或多个节点到第二节点集合中节点的所有路径长度中的最小值；选择具有最短路径的节点，记录起点到所述具有最短路径的节点之间的最短路径，将所述具有最短路径的节点加入到第一节点集合，并从第二节点集合中删除，直至第二节点集合为空；确定计算出的起点和终点之间的最短路径，通过所述最短路径建立光缆路由连接。
在路径计算过程中，GIS图上的外线资源可以看作为有权重的连通图，实际应用中的人井、光交箱、电杆为连通图的节点，管道及电杆间的路径为连通图的边，距离为权重；这样，GIS图上的外线资源就可以看作一张基于GIS的有权重的简化连通图，光缆自动化路由选择问题涉及两个节点之间求解最短路径的问题。
在实际的电信工程中，光路成端即光缆分歧或接续处会通过无源设备跳纤，光路成端经过的无源跳纤会影响传输的信号质量，衰耗达到一定阈值，信号丢包告警会显著增加，并且信号衰减与跳纤次数不是线性相关，而是指数相关。因此，本发明实施例中所述最短路径不仅仅指一般地理意义上的距离最短，还 应该综合考虑其它因素，如跳纤次数、节点数量、线路容量等。光终端盒、分光器这些无源设备为光缆分歧、接续时通过无源设备，实际的电信工程中会放置在人井、电杆、电杆等连通图顶点位置。基于此，在实际路由选择的过程中，不能单纯考虑按照节点之间的路径长度而不考虑跳纤数量；在电信工程中的最短路径计算涉及如何将类似于光终端盒、分光器这些无源节点的数量与实际距离进行综合计算。
因此，本发明实施例通过增加限制变量来平衡路径中节点的数量，限制变量的初始值较低，但是会随着路径的节点的增加成指数形式增长。因此，当通路中节点数较少时，限制变量作用较小，节点之间的路径长度对路径选择起决定性作用；当通路中的节点数较多时，也就是光缆跳纤较多时，限制变量的影响会变大，如果两条通路的实际距离长度相同时，可自动选择节点数量较少的一条路径。
在本发明实施例执行过程中，有了限制变量的存在，使得在光路路由选择中，不单纯考虑光缆距离的长度，而是充分考虑到光纤通信过程中，跳纤多少对信号衰耗影响的问题，以便系统能够生成更接近与实际生产需要的光路路径。
下面结合附图及具体实施例，对本发明实施例技术方案的实施作进一步的详细描述。图1为本发明实施例光缆自动化路由选择的方法流程示意图，如图1所示，本发明实施例中，光缆自动化路由选择的方法包括以下步骤：
步骤101：在GIS图中确定光缆的起点和终点后，创建第一节点集合和第二节点集合，其中，第一节点集合初始仅包含起点，第二节点集合初始包含GIS图中除起点外的其余所有节点；
图2为本发明实施例GIS连通图简化示意图，其中，人井、光交箱、电杆为连通图的节点，管道及电杆间的路径为连通图的边，距离为权重。GIS连通图中各节点的连接关系如图2所示，A、B、C、D、E、F分别为GIS连通图的节点，其中连通图中的节点数量和各节点之间的连接关系复杂度根据GIS图中的实际连接关系确定，并不限于图2所示连接关系。当确定光缆铺设的起点为节点A、终点为节点F的情况下，创建第一节点集合和第二节点集合，其中， 第一节点集合初始只包含节点A，第二节点集合包含节点B、C、D、E、F。
步骤102：分别计算起点到第二节点集合中每个节点之间的距离，选择距离最短的节点，加入到第一节点集合，并将所述距离最短的节点从第二节点集合中删除；
以图2为例，分别计算第二节点集合中的各节点到节点A的距离，所述距离为两个节点之间的实际距离，当两个节点之间不可达时，两个节点之间的实际距离为无穷大；这里，所述实际距离可以根据实际GIS图中的实际连接关系确定。计算得到节点A与节点B之间的实际距离为100m，节点A与节点C之间因为存在障碍物，使得节点A到节点C之间的实际距离为150m，而节点A和节点D、E、F之间没有直接连接，因此，节点A和节点D、E、F之间的距离为无穷大。
通过上述计算得到，节点B与节点A之间的距离最短，将节点B加入到第一节点集合中，并将节点B从第二节点集合中删除；此时，第一节点集合中包含节点A、B，第二节点集合中包含节点C、D、E、F；
步骤103：分别计算起点到第二节点集合中每个节点之间的最短路径长度；所述起点到第二节点集合中节点之间的路径长度包括：起点不经过第一节点集合中的节点、起点经过第一节点集合中的任意一个或多个节点到第二节点集合中节点的所有路径长度中的最小值；
其中，所述计算路径长度为：根据两个节点之间路径中距离和限制变量综合作用计算；所述距离为两个节点之间的实际距离，当两个节点之间不可达时，两个节点之间的实际距离为无穷大；所述限制变量为平衡路径中节点的数量的变量，所述限制变量随着路径的节点的增加呈指数形式增长。
具体的，分别计算起点到第二节点集合中每个节点之间的路径长度，以节点C为例，节点A到节点C之间的路径包括：路径A-C和路径A-B-C；分别计算节点A经过节点B到达节点C的路径长度和节点A到节点C之间的路径长度。
以D[i]表示节点A到节点i之间的最短路径长度，Len[i，j]表示节点i与节 点j的实际距离，当i与j不可达时，Len[i，j]=∞，f(x)为限制变量；其中，节点A直接到节点C之间的路径长度为：Len[A,C]+f(A,C)；节点A经过节点B到达节点C的路径长度为：Len[A,B]+Len[B,C]+f(A,B,C)；则节点A到节点C之间的最短路径长度D[C]为：
D[C]=min(Len[A,C]+f(A,C)，Len[A,B]+Len[B,C]+f(A,B,C))
其中，f(x)为平衡路径中节点的数量的变量，其随着路径的节点的增加呈指数形式增长，f(x)定义如下：
f=e-αx+ω
其中，α为调节系数，用来控制边的累计加权强度，也就是路径限制变量的增长速率，x为路径中所经过的节点的个数，ω是线性偏移量，是用来调节限制变量f和权值的作用范围。
这里，α的选取是非常重要的，直接关系到路径惩罚因子能否起到正确的作用。下面结合表1阐述限制变量f(x)在计算过程中所起的作用。当路径中所经过的节点数分别为1至10时，在线性偏移量ω为零的情况下，f(x)的取值如表1所示：
表1
图3为根据表1数据画出的不同α值下路径限制变量f(x)的走势图，横坐标为节点数x，纵坐标为f(x)的值；其中，带菱形曲线表示α=-0.1时，f(x)随x取值不同变化的曲线；带正方形曲线表示α=-0.2时，f(x)随x取值不同变化的曲线；带三角形曲线表示α=-0.3时，f(x)随x取值不同变化的曲线；带叉号曲 线表示α=-0.4时，f(x)随x取值不同变化的曲线；带星号曲线表示α=-0.5时，f(x)随x取值不同变化的曲线；可以明显看出，f(x)的值是随x的增加呈指数增长的，并且，只要正确调节α，f(x)的值都可以在一定的权值的作用域内和顶点所在的范围内按照路径中节点个数的增加呈现指数增长。
其中，ω是线性偏移量，用来调节限制变量f和权值的作用范围。例如，对于一个连通图，节点数量为10个，相邻两个节点之间的最大距离为200，最小距离为50，距离长度作用范围为50至200，只需要改变α的值，使得x在取值1至10的范围内，限制变量在0至150的范围内指数形式增长，设置偏移量ω=50，相应f(x)的最终结果就匹配到了50至200的作用范围了。
以图2为例，当α取值-0.5，ω取值50时，Len[A,C]为150，f(A,C)对应经过两个节点，x的值为2，f(2)的值为52.718，则：
Len[A,C]+f(A,C)=202.718；
Len[A,B]为89，Len[B,C]为60，f(A,B,C)对应经过三个节点，x的值为3，f(3)的值为54.482，则：
Len[A,B]+Len[B,C]+f(A,B,C)=203.482；
上述过程可以得出，作为起点的节点A到达节点C的所有路径中，虽然路径A-B-C的实际距离较短，但是因为该路径经过节点较多，导致限制变量增大，最终导致路径A-B-C距离和限制变量综合作用大于路径A-C距离和限制变量综合作用。因此，作为起点的节点A到节点C之间的路径长度为起点不经过节点B到达节点C的路径程度，即：
D[C]=min(Len[A,C]+f(A,C)，Len[A,B]+Len[B,C]+f(A,B,C))=202.718
同理，计算节点A不经过第一节点集合中的节点B、经过第一节点集合中的节点B到第二节点集合中节点D的路径长度的最小值；由于节点A与节点D之间无直接连接，因此Len[A,D]为无穷大，则：
D[D]=min(Len[A,D]+f(A,D)，Len[A,B]+Len[B,D]+f(A,B,D))
=Len[A,B]+Len[B,D]+f(A,B,D)=233.482
同理，分别计算节点A到第二节点集合中的节点E、F的最短路径长度； 本步骤中，节点A在通过节点B和不经过节点B的情况下，与节点E均没有连接路径，在节点A与节点E之间不可达的情况下D[E]=∞；经计算得到，D[F]=263.482。
步骤104：选择具有最短路径的节点，记录起点到所述具有最短路径的节点之间的最短路径，将所述具有最短路径的节点加入到第一节点集合，并从第二节点集合中删除；重复执行步骤103和104的计算、选择及转移节点的处理步骤，直至第二节点集合为空；
通过上述计算，D[C]=202.718，D[D]=233.482，D[E]=∞；D[F]=263.482，选择具有最短路径的节点为节点C，将节点C加入到第一节点集合，并从第二节点集合中删除。此时，第一节点集合中的节点为节点A、B、C，第二节点集合中的节点为节点D、E、F；
重复执行步骤103、104的计算、选择及转移节点的处理步骤，直至第二节点集合为空。
随着第一节点集合中节点数量的增加，起点经过第一节点集合中的任意一个或多个节点到达第二节点集合中的节点的路径数量也会增加，分别计算相应路径，选取所有路径中距离和限制变量综合作用最小的路径作为起点到相应节点的最短路径。
步骤105：确定计算出的起点和终点之间的最短路径，通过所述最短路径建立光缆路由连接。
确定节点A到终点F之间的最短路径为A-B-F，如图4所示中加粗线所示，通过所述路径建立光缆自动化路由连接。
上述过程中，第一节点集合为已经求解出最短路径的集合，第二节点集合为剩余节点集合；按照有连通图中起点到第二节点集合中的节点的路径长度递增的顺序对第一节点集合进行追加，直到从起点可到达的任意定点都追加到第一节点集合中。
运算开始时，第一节点集合中仅包括起点，第二节点集合中包含剩余其他节点，节点之间如果存在连接关系，则两个节点之间的距离为节点之间的实际 连接距离，否则认为两个节点之间的距离为无穷大；接下来，每次从第二节点集合中筛选一个最小距离的节点i，将筛选出的节点追加到第一节点集合中，每追加一次，就需要对第二节点结合的每一个点重新计算距离；如果将新增的节点i加入到第一节点集合后，从起点经过节点i到第二节点集合中的节点j的距离比原来不经过节点i到达节点j的距离短，那么，需要修改节点j的最短路径长度值为起点经过节点i到第二节点集合中的节点j的距离；修改后，将节点j加入到第一节点集合，并将节点j从第二节点集合中删除，并对第二节点结合的每一个点重新计算距离；反复迭代上述的操作，直到图中所有与起点连通的定点都追加第一节点集合中。
以上仅仅是本发明实施例为了将计算过程表述完整提出的示例，在实际的应用过程中，GIS连通图中的节点数量和连接关系由实际情况确定，并不限于图2所示的连接关系，相应计算过程和计算复杂度依据GIS连通图中的节点数量和连接关系确定。
本发明实施例还提供了一种光缆自动化路由选择的装置，如图5所示，所述装置包括：集合创建单元51、计算单元52、路径建立单元53，其中：
所述集合创建单元51，用于GIS图中确定光缆的起点和终点后创建第一节点集合和第二节点集合；其中，第一节点集合初始仅中包含起点，第二节点集合初始中包含GIS图中除起点外的其余所有节点；
如图2所示，GIS图中确定光缆的起点和终点分别为节点A和节点F后，第一节点集合初始只包含节点A，第二节点集合包含节点B、C、D、E、F。
所述计算单元52，用于分别计算起点到第二节点集合中每个节点之间的距离，选择距离最短的节点，加入到第一节点集合，并将所述距离最短的节点从第二节点集合中删除；
所述距离为两个节点之间实际距离，当两个节点之间不可达时，两个节点之间的实际距离为无穷大。所述实际距离可以根据实际GIS图中的实际连接关系确定。以图2为例，通过计算得到，节点B与节点A之间的距离最短，将节点B加入到第一节点集合中，并将节点B从第二节点集合中删除；此时，第一 节点集合中包含节点A、B，第二节点集合中包含节点C、D、E、F；
所述计算单元52，还用于分别计算起点到第二节点集合中每个节点之间的最短路径长度；所述起点到第二节点集合中节点之间的路径长度包括：起点不经过第一节点集合中的节点、起点经过第一节点集合中的任意一个或多个节点到第二节点集合中节点的所有路径长度中的最小值；
其中所述计算路径长度为：根据两个节点之间路径中距离和限制变量综合作用计算。所述距离为两个节点之间实际距离，当两个节点之间不可达时，两个节点之间的实际距离为无穷大。所述限制变量为平衡路径中节点的数量的变量，所述限制变量随着路径的节点的增加呈指数形式增长。
以图2为例，分别计算起点到第二节点集合中每个节点之间的路径长度，以节点C为例，节点A到节点C之间的路径包括路径A-C和路径A-B-C；分别计算节点A经过节点B到达节点C的路径长度和节点A到节点C之间的路径长度。选取所有路径中路径长度最短的路径作为节点A到第二节点集合中节点C的最短路径。同理计算节点A到第二节点集合中其余每个节点的最短路径。
所述计算单元52还用于选择具有最短路径的节点，记录起点到所述具有最短路径的节点之间的最短路径，将所述具有最短路径的节点加入到第一节点集合，并从第二节点集合中删除，重复上述计算、选择和转移节点的过程，直至第二节点集合为空；
以图2为例，所述计算单元52通过上述计算，D[C]=202.718，D[D]=233.482，D[E]=∞；D[F]=263.482，选择具有最短路径的节点为节点C，将节点C加入到第一节点集合，并从第二节点集合中删除。此时，第一节点集合中的节点为节点A、B、C，第二节点集合中的节点为节点D、E、F。
所述计算单元52重复上述过程，直至第二节点集合为空。随着第一节点集合中节点数量的增加，起点经过第一节点集合中的任意一个或多个节点到达第二节点集合中的节点的路径也会增加，分别计算相应路径，选取所有路径中距离和限制变量综合作用最小的路径作为起点到相应节点的最短路径。
所述路径建立单元53，用于确定计算出的起点和终点之间的最短路径，通 过所述最短路径建立光缆路由连接。
图5中所示的光缆自动化路由选择的装置中的各处理单元的实现功能，可参照前述光缆自动化路由选择的方法的相关描述而理解。本领域技术人员应当理解，图5所示的光缆自动化路由选择的装置中各处理单元的功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现，比如：可由位于桥接节点的中央处理器（CPU）、微处理器（MPU）、数字信号处理器（DSP）、或现场可编程门阵列（FPGA）实现。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的通信连接可以是通过一些接口，设备或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其他形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络模块上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明实施例上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例中记载的光缆自动化路由选择的方法和装置只以图2所示GIS连通图为例，但不仅限于此，只要涉及到该光缆自动化路由选择的方法和装置均在本发明的保护范围。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。