Automatic network design

Abstract

With the increasing demand for high-quality internet services, deploying Gigabit Passive Optical Network/Fiberto- the-Home networks is one of the biggest challenges internet providers have due to the significant investments involved. Automated network design usage becomes more critical to aid with planning the network by minimizing the costs of planning and deployment. In today’s inventory environment, a designer typically takes around 1.5 days to create a network design for a map with approximately 128 homes (a distribution cell). The challenges include: positioning the installation equipment such as cabinets, poles, or ducts; determining the number of apartments and houses; planning cable pathways; defining the primary and secondary networks; establishing the influence area (which houses are served by each Optical Distribution Point); routing the cables; and setting up the connections. The design must be validated at the end to ensure it complies with the optical budget, coverage areas, splitting, and necessary adjustments. The algorithms need to address several criteria to develop a feasible solution. Specific rules and local-related variations, such as the maximum distance between the optical line terminal and the optical network unit or the permissible number of splits in a cable, must be considered, as well as preferences and constraints related to the network design. This dissertation presents an AI-based solution that relies on a genetic algorithm using a two-level representation to design the networks automatically. The business rationale behind implementing the supported features (focused on the distribution cell) and the associated flexibility will be detailed, allowing for easy adaptation and configuration according to specific rules. The validation of the approach will be presented by comparing the quality of the generated solutions with the handmade designs deployed in real-world scenarios. The results will reassure that this method can save costs and time in finding suitable and better solutions than existing ones, indicating its potential as a support design tool of solutions for Gigabit Passive Optical Network/Fiber-to-the-Home networks. On average, across the five provided networks, it was possible to achieve a cost reduction of approximately 50% and reduce the creation time from several hours to less than 30 seconds for all generated networks. Future work has already been outlined, including extending the automatic design to the primary network and integrating the system into the inventory system.

Com o aumento da procura por serviços de internet de alta qualidade, a implementação de redes Gigabit Passive Optical Network/Fiber-To-The-Home torna-se um dos maiores desafios para os provedores de internet, devido aos significativos investimentos envolvidos. A automatização do design de redes é cada vez mais crítica para auxiliar no planeamento da rede, minimizando os custos e o tempo de criação. Atualmente, um designer leva cerca de 1,5 dias para criar um projeto de rede para uma área com aproximadamente 128 residências (uma célula de distribuição). Os desafios incluem: posicionamento dos equipamentos de instalação, como armários, postes ou dutos; determinação do número de apartamentos e casas; planeamento das rotas de cabos; definição das redes primária e secundária; estabelecimento da área de influência (quais residências são atendidas por cada Ponto de Distribuição Óptica); roteamento dos cabos; e configuração das conexões. No final, o design deve ser validado para garantir que está em conformidade com o orçamento ótico, áreas de cobertura, divisões e ajustes necessários. Os algoritmos precisam de respeitar diversos critérios para desenvolver uma solução viável, considerando regras específicas e variações locais, como a distância máxima entre a optical line terminal e a optical network unit, ou o número permitido de divisões num cabo, além de preferências e restrições relacionadas ao design da rede. Esta dissertação apresenta uma solução baseada em inteligência artifical que utiliza um algoritmo genético com uma representação em dois níveis para automatizar o design das redes. Serão detalhadas as regras de negócios utilizada para implementar as funcionalidades suportadas (focadas na célula de distribuição) e a flexibilidade associada, permitindo fácil adaptação e configuração às regras específicas. A validação da abordagem será apresentada através da comparação da qualidade das soluções geradas com os designs manuais implementados no mundo real. Os resultados irão demonstrar que este método é capaz de economizar custos e tempo na procura e geração de soluções adequadas e mais eficientes do que as existentes, o que indica o seu potencial como uma ferramenta de suporte ao design de soluções para Gigabit Passive Optical Networks/Fiber-To-The-Home. Em média, nas cinco redes fornecidas, foi possível obter uma redução de custo de aproximadamente 50% e reduzir o tempo de criação de várias horas para menos de 30 segundos em todas as redes geradas. O trabalho futuro já foi delineado, incluindo a extensão do design automático para a rede primária e a integração do sistema no sistema de inventário.