基于欧洲数字议程的FTTH/GPON网络规划中的QGIS应用¶

问题的定义¶

在过去的几年里，许多欧盟国家已经启动了实施欧洲数字议程（EAC）的行动计划，该计划由欧洲委员会于2010年制定。根据其指导方针，到2020年，欧盟的每个公民都应能访问30 Mbps的互联网带宽，其中至少一半的公民可以访问不低于100 Mbps的带宽。

波兰是实施该议程的国家之一。多亏了欧盟基金，许多本地运营商可以在高速宽带服务方面与大型电信提供商展开竞争。不幸的是，申请资金需要大量必要的工作来起草适当的文件，其中包括制定计划的FTTH（家庭光纤）网络概念图。

此外，目前还没有基于地理信息系统的IT工具来支持潜在受益人准备文档。问题的复杂性更为复杂，因为这样的软件应该能够根据特定的程序指南（例如连接教育机构的义务）创建文档。

由于我们在电信行业拥有丰富的经验，申请欧盟基金的实体要求我们创建支持FTTH网络概念图开发的软件。开发的软件生成的产品大大加快了应用程序的准备过程。

解决方案说明¶

由于软件的普及性、广泛的可用性、开放性和巨大的功能能力，选择QGIS作为平台作为解决方案的基础是很自然的。

根据FTTH欧洲委员会的指导方针，首先制定一个计划是至关重要的，该计划考虑到基于实际地址点数据的技术方面（电缆布置、接头闭合、分路器）和经济方面（需求）。建筑结构和密度的发展决定了gpon（千兆无源光网络）网络的设计技术。为了能够有效地规划网络拓扑，除其他外，还需要具备：

• 获取地理信息系统数据，

• 地理信息系统数据处理自动化，

• 网络优化算法的应用，

• GPON网络工程规则的应用。

所有这些项目都连接在QGIS平台上。下面简要描述了我们是如何实现项目的，以及在创建一个解决方案时加入了哪些功能项。

为了实现我们的目标，除了标准的GIS平台之外，我们需要很少的功能组件：

• 格拉斯-矢量和网络算法的集合，

• qgis插件-openlayer、quickosm、scipy point clustering、workcontexttracer（我们的插件）

• QGIS Modeler–图形流建模工具，

• 空间-存储输入和输出数据的本地数据库。

整个解决方案基于所谓向导的概念，逐步实现了FTTX网络技术概念的编制过程。我们使用“地理处理”建模器创建的模型只需要来自操作员的必要输入数据。算法复杂性以设计流程的形式封装在模型中，使用现有的QGIS算法并调用专用脚本。

为了防止后续分析的结果混淆，我们提供了一个名为WorkContextTracer的插件，它将我们的工作分组到所谓的工作上下文中。

通过添加远程通信脚本，丰富了基于草地可用图形函数的网络算法。我们引入了需求聚类的概念，它可以使用k-均值和层次方法来聚集需求点。

利用电缆路由层和djikstra算法的地理处理脚本，提出了一种基于光纤节点位置的电缆路由方案。

运营商还需要在创建的网络节点和地址点之间建立关联，以估计每个网络分支的单独成本。为了完成这个任务，我们创建了脚本来执行这个操作，将结果存储在本地的空间数据库中。数据需要导出到电子表格中，因此我们使用免费的软件库来满足这个要求。

用户如何使用工具创建ftth/gpon网络计划¶

用户通过打开新的工作上下文并指定要分析的地址点的输入层来开始工作。使用标准的QGIS接口，用户可以建立一套对地址点的需求，并最终为算法的进一步步骤提供必要的参数。

在没有现有民用基础设施信息的情况下，适当过滤的OpenStreet道路网络被用作路由层。使用输入参数输入的scipy算法，将地址点聚集到需求聚合中，用单独的颜色标记它们，指示其分配给特定的集群。

所有地址点都聚集在一起，用户启动了高级网络规划的步骤，提供了在前面步骤中准备的层和具有gpon网络起点的层。

算法完成后，在QGIS中有几何对象表示计划电缆和接头闭合位置。基于需求数据和网络拓扑结构，在数据库中存储了电缆长度、电缆外形、节点服务区域等信息。

在这个阶段，用户已经拥有了所有的信息来开发一个高层次的FTTX网络技术概念。最后一部分是生成数据报告电子表格，显示从几个不同角度计算的所有数据。

结论¶

由于使用了qgis平台及其扩展功能，我们设法开发了一个免费的开源解决方案，使电信运营商能够准备必要的文件，以便在实施欧洲数字议程的欧盟计划中提交共同融资申请。

通过将灵活的矢量算法与电信工程脚本相结合，使数学算法能够实际应用于解决电信网络规划中的实际问题。用户操作可理解的数据范围（市政、建筑、道路），而将此信息转换为数学模型对用户是隐藏的。

用户获得了许多有用的好处：

• 基于公共数据和GPON技术工程规则的自动GPON网络计划开发。

• 能够根据特定国家的特定欧盟计划指南定制工具。

• 与实际尺寸相对应的结果的高精度。

• 生成申请欧盟基金所需的数据：网络概念图、电缆和接头闭合报告以及服务区域分配。

• 通过计算连接每个地址点的成本，精确确定网络各部分的建设和折旧成本的可能性。

• 解决问题的优先顺序从最有利可图到无利可图的可能性。

• 评估投资回报率、净现值等基本经济指标的可能性。

有用的链接和书目¶

• http://europa.eu/rapid/press-release_MEMO-10-200_en.htm - information on European Digital Agenda

• http://www.ftthcouncil.eu/ - FTTH Council Europe website

• https://www.scipy.org/ - SciPy project website

• https://ksavinetworkinventory.com/en/download-geospatial-network-inventory-free/ - tool download webpage.

作者¶

这个解决方案是一个完全免费的开源工具。它是基于qgis和freecad平台的大型项目的一部分，该项目有意用于电信行业。

The author of this QGIS based solution is Softelnet (https://www.softelnet.com), a company manufacturing and integrating software for the telecommunications industry for over 15 years.