本文是一篇工程管理论文，本文首先选取了某地运营商的城域网流量数据，根据数据特点建立了基于出循环神经网络的城域网流量预测模型，并进行实例验证，再根据该运营商的城域网特点建立城域网工程模型、混合经济目标函数，并对今年新型冠状病毒疫情的线上复工复学情况造成的流量激增情况进行研究，确定了不确定因子，最后建立基于灰狼优化算法的的系统优化模型，并根据流量预测结果对下年度扩容工程进行优化，最终在满足工程需要的基础上实现投资最少。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
随着各省 5G 试验网建设的完成，5G 运营牌照的颁发，中国的第五代移动通信网络建设正式展开，5G 技术在中国将正式商用，同时中国也将成为全球第四个第五代移动通信网络技术商用国。5G 建设将在中国的土地上构建出移动、安全、泛在的信息基础设施，会加速各行各业数字化转型，有力支撑数字经济的蓬勃发展，将更多的应用于物联网扩展，带来新的机遇。同时中国大规模的 5G通信基础设施建设也将由此展开。2020 年 3 月的中共中央政治局常委会议提出加快 5G 网络、数据中心新型技术等基础设施建设，即新基建将进入大规模且快速建设阶段。无论在 5G 通信基础设施建设还是在新基建工程中所涉及的通信网络、数据中心等网络工程的建设中，城市网络流量的预测，都是此类工程项目进行科学规划的前提和关键。在城域网建设中流量的预评估对投资估算有着非常重要的影响[1]。在进行新的通信基础设施建设时，对原有通信设施的扩容建设是一种必不可少的手段，通过对扩容工程进行优化，能够在工程建设目标的基础上大大减少工程的建设成本，同时提高工程的建设效率。在科学准确的预测城域网流量的基础上，依据预测结果进行网络扩容工程进行优化，对城域网扩容工程具有非常重要的意义。
城域网流量是城域网进出口端的流量情况，是反映一个城市网络发展的水平的一个重要指标。通过预测一个地区的流量情况，能够更加准确的制定网络扩容计划，在地区网络带宽有限的情况下，尽可能准确的将网络资源调整至网络需要增长较快的城市，提高资源利用率，降低投资占比，降低地区能源总能耗，实现绿色发展，对建设资源节约型和环境友好型社会，有着重大意义。
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1.2 国内外研究现状
城域网流量预测是运营商对城域网峰值流量数据的预测和分析，其对象是本地城域网流量数据，为时间序列。其方法为利用建立好的预测模型，对时间序列进行分析和预测，根据收集到的数据，利用模型分析序列的模式和规律，从而较为准确的预测出下一个时段内的流量发展趋势变化。
自从提出了时间序列预测的相关问题，通信网络的建设者和研究学者们就对网络流量预测问题展开了研究，到目前为止，研究团队和通信网络建设单位已经提出了多种通信网络流量预测方法。当前受到广泛认可的预测方法有两种，一是以数学统计学为基础的传统建模预测方法，二是以人工神经网络为基础的智能预测方法。
国内外学者已针对工程优化的问题多个角度做了深入研究，主要包括以下三个方面：构思设计新型的优化算法或改进已有算法，进而得到具备性能更好，计算时间更短的优化方法，进而实现更加出色的优化结果；选取并建立目标函数，以突出通信网络工程建设的网络设备投资成本、网络承载能力、网络性能改善收益等单方面影响或综合优势；建立切合实际的通信网络建设模型，以使通信扩容工程更加实际。灰狼优化算法自 2014 年提出后，便引起了国内外学者们的广泛的关注，很多学者对灰狼优化算法进行了大量的研究，并得到了许多重要的研究成果。近年来，在各大期刊上刊登的关于灰狼优化算法的研究论文逐年大幅增长，内容涉及灰狼优化算法的基本原理、完善、改进及应用等各方面。
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第 2 章 研究相关理论与方法
2.1 D 运营商城域网网络概况
2.1.1 城域网络的定义
城域网(英文：Metropolitan Area Network)，是指在一个城市区域或范围内，建立的计算机通信网络（简称 M A N）。属于宽带局域网。由于采用有源交换元件的局域网技术，网络传输时延较小，城域网的主要传输媒介为光缆，其传输速率在 100 Mbps 以上。它可以满足政府机关，事业单位、娱乐场所、教育机构、各类企业等单位对高速率、高质量通信业务的需求，特别是互联网用户群，由于其快速发展，对宽带高速上网的需求越来越高[28]。从纵向来看，城域网通用网络结构可以分为三层，即：核心层（骨干层）、汇聚层、接入层。
核心层(骨干层):该网实现多个汇聚层网络的连接，为汇聚层网络提供高质量信息交互，提供高质量 IP 数据出口[29]。核心接点的地位相当于交换网络中的长途局，位于城域网的出口，一般一个城域网设置两个核心接点。
汇聚层:负责汇聚分散的接入点，完成一定区域内业务的汇聚和疏导，汇聚接点与核心接点采用双星型连接[30]。汇接节点地位相当于交换网络中的汇接局，主要布放于交换的枢纽局，一般设置 4~8 个节点。
接入层:是介于城域网与宽带接入网之间的交界层，主要实现对宽带的接入功能，保证城域范围的有效覆盖，接入节点地位相当于交换网络中的端局，最终目标是覆盖所有的交换端局。
目前 D 运营商城域网主要由两张网组成，一张为城域网主要用来支撑大众客户的流量需要，另外一张为 CN2 网络主要负责支撑政府、企业、军队、工厂等专业客户的专线业务需要。
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2.2 流量预测的基本概念与方法
2.2.1 流量预测的基本概念
对通信网络流量的预测是了解通信网络工作状态的一个重要的工具，通过对通信网络流量数据的分析，从而提取网络数据特征，这样就能够对网络负载的规律和机制有初步的了解，从本质来说，对于通信网络流量的预测是数理统计上可以作为一个时间序列问题来解决，也就是将通信网络数据流量的大小这一指标的数值按照时间顺序排序得到一个数列，紧接着参照这些时刻的统计数值进行预算下一时间段的数值，同时考虑到影响流量的相关影响因素，对下一时段的流量进行预测[40]。网络流量预测的可行性主要依赖于网络中流量的周期性，在网络中，流量负载曲线往往表现出周期性，并呈现出正弦函数逼近，而人工智能算法可以利于网络流量曲线这种特性，根据先验信息训练完成未来情况的预测[41]。Li 等人通过分析 2012 年的实际通信网络数据，得出数据流的条件熵随先验信息的增加降低很缓慢的结论，因此，基于历史流量信息预测数据流将是一件很具挑战性的事情[42]。在一直历史信息的情况下，一般来说，随着先验信息的增多，预测性能将提升，先验信息越少将引入更多的预测误差。和其他领域的预测相同，我们考虑的因素越全面，相关度越高，其准确性也越高，流量预测主要依据以下原理[43]：
（1）可知性原理
人们通过了解事物的发展情况以及现在的状态，从而可以掌握研究对象发展的大致趋势，预测事物未来的发展。例如，人们通过对通信网络流量的历史数据进行分析与掌握，进而比较准确的预测网络流量的发展情况，而预测的准确性则取决于掌握网络流量变化规律的程度。
（2）可能性原理
研究对象的发展的可能性具有很多，其发展的可能性同时受到多种因素的制约。比如对通信网络流量的预测，可以通过对未来互联网业务发展情况和用户数量情况进行预测从而预测通信网络流量。
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第 3 章 基于循环神经网络的城域网流量预测 .....................22
3.1 城域网流量预测概述 ..........................22
3.2 城域网流量的影响因素分析 .........................22
第 4 章 基于灰狼优化算法的城域网扩容工程优化研究 ..................30
4.1 流量预测对城域网扩容工程优化的作用分析 ...................28
4.2 城域网扩容工程设备分析 .....................30
第 5 章 D 运营商城域网流量预测与扩容工程实证研究..........................39
5.1 D 运营商城域网扩容工程概述.......................39
5.2 城域网流量数据分析 .................................39
第 5 章 D 运营商城域网流量预测与扩容工程案例应用分析
5.1 D 运营商城域网扩容工程概述
随着互联网应用日益多样化（手机支付、社交、各类视频业务），用户的互联网使用习惯已经基本建立。为了更好的为用户提供更好用户体验，D 运营商已经基本建立了全面覆盖的光网络。用户接入宽带主要以 FTTH 为主，第四代通信网络与传输网络的全覆盖衔接战略。随着 Y 运营商发力固网市场，同时各类二级运营商快速发展，当前固网竞争日益激烈，为了能适应市场竞争，提出了品牌质量提升计划，打造高质量的宽带方针，来满足互联网业务多样化的发展趋势。而这对于 IP 城域网提出了较高承载要求。由于省内网络建设周期短，省内应用访问相对缺乏，网络增值业务稀缺，用户访问业务流量主要以城域网为主，其对基础带宽消耗较大。
综上所述，为满足全省用户的增长及业务流量不断增长的需求，充分考虑宽带提速战略和高流量视频业务应用对 IP 城域网提出的要求，以及随着 4GLTE 业务开展、5G 网络建设、流量快速增长和重点业务承载需求，某运营商启动扩容研究项目对未来扩容需求进行研判，从而提前进行布局，对省内十一地市城域网进行扩容，赢得市场。
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第 6 章 研究成果与结论
城域网流量是通信网络基础设施建设的科学依据，准确的城域
