CN103053126B - 用于波长交换光网络中的动态波长分配的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种分配波长到波长复用中的光路以便在包括通过光链路连接的节点的光网络中使用的方法，其中，波长复用适用于支持两个不同比特率的光路。公开的方法允许波长的有效分配，防止浪费带宽和减轻交叉相位调制的损害影响。

Description

用于波长交换光网络中的动态波长分配的方法和设备
技术领域
本发明一般涉及光电信和数据网络，并且具体地说，涉及用于波长交换光网络中的动态波长分配的方法和设备。
背景技术
用于波长交换光网络(WSON)的新兴解决方案将同时允许多个比特率信道通过相同光传送基础设施的网格连通性。这样，将可能为当前和将来比特率提供灵活的传输平台。这意味着在更新现有电信和数据网络以便作为WSON操作时，结合现有10 Gbit/s信号提供40 Gbit/s（或甚至在更高比特率）光信号将是必需的。
在多比特率WSON情形中，在由开关键控(OOK)调制信号诱发时，交叉相位调制(XPM)对相移键控(xPSK)调制信号特别有害。例如，OOK调制的10Gbit/s光路可在一般是差分正交相移键控(DQPSK)调制的40Gbit/s光路上诱发极其有害的XPM。实际上，由于OOK的强度调制原因而在光纤折射率上的更改造成xPSK信号相位的扰动。40Gbit/s光路在10Gbit/s光路上及在相同比特率的光路之间的影响反而不是如此有害。
在已知解决方案中，XPM被视为惩罚（例如，在光信噪比-OSNR上），其在最坏情况情形中计算。就多比特率WSON而言，最坏情况情形包括xPSK调制光路，其位于OOK调制波长的密集波分复用(DWDM)梳的中心。这样，如果xPSK调制光路的传送质量(QoT)可接受，则计及最坏情况惩罚，QoT对DWDM梳内光路的任何其它布置是可接受的。
已知方法的最大缺点在于计及最坏情况惩罚的QoT评估是悲观的，表现在即使在现实网络中一些波长上将不存在操作光路的问题，它们也被归类为对光路指派是不可接受的。实际上，即使最坏情况情形不存在，一个路径集也被认为在QoT方面是不可接受的（即，结果误码率－BER－被认为不可接受）。在光路请求发生时，计算路径以提供光路的路径计算单元(PCE)要排除一些实际可接受的路径，导致低效的资源利用。
发明内容
本发明的目的是减轻至少一些上述缺点，并且提供波长分配的改进方法和用于实现此方法的网络管理***。
与一般假设带有同类比特率和调制格式的光信号的已知解决方案不同，我们提议了一种新的动态波长分配策略，该策略考虑并减轻在连接提供过程中的不同比特率间串扰。
根据本发明的第一方面，提供了一种分配波长到波长复用中的光路的方法。方法在包括通过光链路连接的节点的光网络中使用。波长复用适用于支持两个不同比特率的光路，并且光路在不同波长上操作。方法在网络管理***(NMS)执行，并且包括接收对新光路的请求，响应请求而计算新光路。一旦计算了新光路，便评估新光路的QoT并随后将其与阈值进行比较。如果QoT处于或高于阈值，则视新光路要在两个比特率的较高还是较低比特率操作而定，方法包括执行两个步骤集之一。
如果新光路要在两个比特率的较低比特率操作，则方法包括确定现有光路，该现有光路在两个比特率的较高比特率操作，并且在波长复用中在较高比特率操作的光路中具有最短波长。在下一步骤中，方法包括从波长复用向新光路分配波长，该波长比所述最短波长更短并且与所述最短波长分隔复用的至少定义数量的未使用波长。
如果新光路要在两个比特率的较高比特率操作，则方法包括确定在两个比特率的较低比特率操作并且在波长复用中在较低比特率操作的光路中具有最长波长的现有光路。在下一步骤中，方法包括从波长复用向新光路分配波长，该波长比所述最长波长更长并且与所述最长波长分隔复用的至少定义数量的未使用波长。
根据本发明的第二方面，提供了一种在包括通过光链路连接的节点的光网络中操作的网络管理***装置。节点和链路支持波长复用，其中，复用中的光路在两个不同比特率在不同波长操作。装置包括用于连接到光网络的接口、路径计算引擎(PCE)、QoT模块及处理器。PCE适用于接收对新光路的请求，并且将此请求转发到PCE。PCE适用于计算新光路，而QoT模块适用于评估新光路的QoT值。QoT模块适用于比较评估的QoT和阈值。如果QoT模块获得的QoT处于或高于阈值，则视新光路要在两个比特率的较高还是较低比特率操作而定，处理器适用于根据两个步骤集之一操作。
如果新光路要在两个比特率的较低比特率操作，则处理器适用于确定在两个比特率的较高比特率操作并且在波长复用中在较高比特率操作的光路中具有最短波长的现有光路。一旦完成此操作，处理器便适用于从波长复用向新光路分配波长，该波长比所述最短波长更短并且与所述最短波长分隔复用的至少定义数量的未使用波长。
如果新光路要在两个比特率的较高比特率操作，则处理器适用于确定在两个比特率的较低比特率操作并且在波长复用中在较低比特率操作的光路中具有最长波长的现有光路。一旦完成此操作，处理器便适用于从波长复用向新光路分配波长，该波长比所述最长波长更长并且与所述最长波长分隔复用的至少定义数量的未使用波长。
本发明的其它特征如在从属权利要求中要求保护。
附图说明
结合附图，从下面的详细描述将更全面地理解和领会本发明，附图中：
图1是示出本发明的一个实施例中的分配波长的方法的图形；
图2到4是示出在本发明的各种实施例中的网络管理***装置的图形；
图5示出根据本发明的一个实施例的带有实现的网络管理***的光网络；
图6示出大规模光网络；
图7示出使用在本发明的一个实施例中的方法获得的结果与现有技术解决方案的比较。
具体实施方式
为示出本发明的实施例，考虑了带有N个节点和L个双向链路的透明光网络。也假设网络是密集波分复用(DWDM)网络。然而，本发明同样适用于WDM（波分复用）网络。在此类DWDM网络中，相邻波长信道在频谱上分隔恒定量（例如，100GHz）。波长载波按升序排序。假设w0是DWDM梳（或复用）中的最低波长信道（在波长λ0操作），w1（在波长λ1操作）是离w0最近的信道。一般情况下，在DWDM复用中，有40个波长（信道），带有从0到39的索引。每个节点和链路支持在10Gbit/s和40Gbit/s的传送和接收，并且每个链路支持每方向W个波长（在此示例中，W=40）。在备选实施例中，波长复用中有80或甚至160个信道。在各种备选实施例中，链路支持在例如10Gbit/s和100Gbit/s等其它比特率的传送和接收。
本发明使用保护带(GB)，其定义为40Gbit/s光路与最近10Gbit/s光路（对于其XPM可忽略）之间，或更普遍地说，其XPM可忽略的不同比特率的两个邻居光路之间空闲波长的数量。
参照图1，介绍了一种分配波长到波长复用中光路的方法。简而言之，本发明允许沿邻居波长动态建立在相同比特率的光路，并且通过GB分隔在不同比特率的光路以减轻交叉相位调制影响。在一基本实施例中，方法实现用于将波长分配到通过连接两个节点的单个光纤链路在所述两个节点之间的光路。在请求用于在来源目的地对之间建立连接的新光路时（在此实施例中通过光纤链路连接的两个节点），管理网络的操作的NMS的路径计算引擎接收用于设置新光路的请求102。新光路请求经命令行接口(CLI)或图形用户接口(GUI) 212提交。备选，或除接收新光路请求的上述方式之外，如果新光路是用于故障恢复目的，则请求能够自动由NMS产生以查找快速恢复光路。如图2所示的NMS 200经接口202连接到它管理的网络。响应请求，路径计算引擎(PCE) 204计算104新光路。优选的是，在计算光路的过程中，PCE 204计及管理成本。PCE 204使用路由选择算法来操作，并且此类算法以计算的路径的总成本的最小化作为其目标函数（网格的每个链路具有其成本或权重）。一般情况下，作为使用链路的经济成本的管理成本用作链路成本。操作员定义每个链路的管理成本，并且在PCE操作前在NMS 200中手动设置这些成本。链路的成本的概念在技术领域中为人所熟知，并且将不在此处论述。一旦新光路已计算104，负责监视传送质量(QoT)的模块206便评估106新光路的传送质量。优选的是，QoT评估忽略交叉相位调制(XPM)影响。光路的传送质量参照误码率(BER)定义。BER又与光信噪比(OSNR)有关。具体而言，OSNR越低，BER就越高。
QoT模块（图2中的单元206）负责光路径的物理验证。模块评估考虑接口和放大器的特性、跨度损耗及信号功率电平的光链路的总体OSNR。从OSNR减去一惩罚集，产生净OSNR。每个光接口（即，转发器）具有其自己特定的接收器模型。根据相关模型，从净OSNR开始计算信号质量参数Q。从Q因素减去另一惩罚集，产生净Q。
通常，不影响接收OSNR但影响接收眼图的质量及因此影响误码率(BER)的传播影响被指派到Q因素。
净Q最后通过添加FEC增益而增大并且与阈值进行比较。QTHR阈值被定义为满足10-15的前向纠错后BER所要求的Q。从净Q减去预期阈值QTHR以获得传送质量(QoT)参数：
使用QoT参数而不直接使用BER，这是因为将一些惩罚引导到Q比将它们引用到BER更简单。
在评估步骤后，方法包括比较108新光路的评估的QoT和定义可接受质量级别的阈值。换而言之，检查PCE计算的光路是否满足为网络中光路指定的质量要求。如果评估的QoT低于阈值，则质量不足，并且丢弃该光路，以及计算新光路。
如果评估的QoT可接受，则视新光路是要在两个比特率的较高还是较低比特率操作而定，使用两个不同策略。
如果新光路要在10 Gbit/s操作，则处理器208检查在波长复用中的现有光路，以便查找112在40Gbit/s操作并且在波长复用中在40Gbit/s比特率操作的光路中使用最短波长的光路。确定的最短波长表示为λshort。
在本发明的实施例中，网络具有集中式体系结构，其中，NMS是能够激活或拆除光路的唯一实体。因此，NMS具有已经建立的光路及其状态的完全视图，并且能够确定如112中要求的在40Gbit/s操作并且在波长复用中在40Gbit/s比特率操作的光路中使用最短波长的光路。
一旦λshort已找到，处理器便向新光路分配114比λshort更短并且与λshort分隔有保护带的可选择波长（即，未使用的波长）。保护带是不用于传送并且足够宽使得不同比特率的两个相邻光路的交叉相位调制影响可忽略的谱的一部分。保护带能够以（必须保持未指派）信道的数量表述，并且表示为GB。备选，在使用波长注释时，保护带直接指必须未指派到任何光路的谱的物理部分，并且表示为ΔλGB（以nm表述）。
新光路能够指派了来自范围(λ0; λshort－ΔλGB)的可选择波长，其中，λ0是复用中的最短波长。由于在DWDM网络中，存在与其波长相关联并且在谱上由光谱的恒定带分隔的离散数量的信道（例如，由100 GHz间隔的40个信道），因此，有时通过其索引引用信道比引用波长更容易。在此情况下，保护带只是如上所述包括定义数量的信道的DWDM复用的谱的一部分。
在考虑信道索引而不是波长时，处理器208搜索112在40Gbit/s操作并且在波长复用中在40Gbit/s比特率操作的光路中具有带最低索引(wlow)的波长的光路。可用于指派到新光路的信道的范围因此将定义为(w0; wlow－GB)，其中，w0是复用中带有最短波长（即，λ0）的信道。实际上，它意味着如果GB=2，则排除在wlow的左侧（更短波长，即，更低索引）与信道wlow相邻的两个信道指派到光路。
如果新光路要在40 Gbit/s操作，则处理器208检查在波长复用中的现有光路，以便查找116在10Gbit/s操作并且在波长复用中在10Gbit/s比特率操作的光路中使用最长波长的光路。确定的最长波长表示为λlong。在10Gbit/s操作并且使用最长波长的光路的确定以如在上述步骤112中相同的方式进行。
一旦λlong已找到，处理器便向新光路分配118比λlong更长并且与λlong分隔有保护带ΔλGB的可选择波长。换而言之，新光路能够指派来自范围(λlong +ΔλGB; λmax)的可选择波长，其中，λmax是复用中的最长波长。对于带有40个信道的DWDM***，λmax将是λ39，对于带有80个信道的***，这将是λ79等等。
同样地，可用于分配到新40Gbit/s光路的信道的范围在根据信道及其索引表示时能够定义为(whigh + GB; wmax)，其中，whigh表示对应于λlong的信道，并且wmax表示对应于λmax的信道，其中，将视DWDM***而定，最大值(max)是39、79或159。
请求光路只沿连接两个节点的一个链路的情况只是一种可能情况。光路经常遍历许多节点和链路。在一优选实施例中，如果连接来源和目的地的光路由光网络的多个链路和节点组成，则在上述实施例中描述的方法由网络管理***为每个链路单独执行。
此外，优选的是，网络管理***向新光路开始的入口节点指示120有关计算的路径（从入口到出口节点的跳系列）和相关波长分配。由入口节点激活的信令协议在逐跳基础上传递要求的交叉连接到要求的网络节点以进行光路设置。
在一优选实施例中，网络管理***200访问包括有关分配到现有光路的波长的信息的数据库210，并以此方式确定λlong和λshort波长。优选的是，数据库是业务工程数据库(TED)。一旦波长指派到新光路，网络管理***200便将带有有关分配到新光路的波长的信息的更新120发送到数据库210。
在两种不同类型的调制与光路的两个比特率相关联，并且在最可能情形中，10Gbit/s光路是OOK调制，并且40Gbit/s光路是DQPSK调制时，本发明在其实施例中特别适用。然而，比特率和调制的其它组合也是可能的。
图2-4示出实现本发明的方法的实施例的网络管理***200的布置的三个实施例。网络管理***包括用于连接到光网络500（如图5所示）的接口202、响应请求而计算光路的路径计算引擎204及评估PCE 204计算的光路的QoT的QoT模块206。NMS 200也包括确定λlong和λshort波长（或其对应信道和索引）并且从范围(λ0; λshort－ΔλGB)或(λlong +ΔλGB; λmax)之一指派波长到新光路的处理器208。在各种实施例中，PCE 204、QoT模块206及处理器208能够以不同方式实现。
在图2所示实施例中，PCE 204、QoT模块206和处理器208全部是单独的离散模块。
在图3和图4所示实施例中，PCE 204和QoT模块206示为处理器208的一部分。目前，处理器的处理能力大到足以允许配置/编程处理器208，使得它能够除处理器208的其它功能和任务外，还运行执行PCE 204和QoT模块206的功能的应用。
网络管理***也可访问包含有关在NMS 200管理的光网络中波长指派的信息的数据库210。在一个实施例中，数据库210是业务工程数据库(TED)。
在一个实施例中，数据库210是网络管理***200的一部分，如图4所示。备选，如图2和图3所示，数据库210和NMS 200是分开的。很明显，如图2所示的NMS 200可包括数据库210作为其模块之一，类似于图4所示解决方案。
图形用户接口(GUI)或命令行接口(CLI) 212连接到NMS 200。在备选实施例中，GUI或CLI是NMS 200的一部分。
在考虑多比特率波长交换光网络(WSON)时，本发明允许考虑根据QoT可接受的大候选路径集。本发明易于实现，并且不要求任何另外的协议扩展。本发明的主要优点是与已知解决方案相比，更好地利用了可用资源。为示出本发明的优点，考虑如图6所示的大泛欧网络。网络包括17个节点(N=17)、33个链路(L=33)，在复用中有40个波长或信道(W=40)，网络直径是4 (D=4)，以及信道间隔是100GHz。网络的直径(D)是任何网络节点对之间的最大距离。为找出网络的直径，必需先找出在每对节点之间的最短路径。任何这些最短路径的最大长度是图形的直径。因此，在考虑D+1长的路径时，此类路径不是最短路径。网络（或图形）的直径的概念已熟知，并且无要求进一步解释。QoT信息包括光信噪比、色散、偏振模色散及自相位调制。考虑在此示例中的所有来源目的地对，可选择光路的数量是2226。
图7假设在网络中有10Gbit/s光路，并且比较根据QoT对40Gbit/s光路可接受的路径的百分比。比较在图7中表示为GBM的本发明的保护带方法和计及最坏情况惩罚的已知方法，这里称为最坏情况惩罚方法(WPM)。分析两种情况，并且在考虑所有2226个光路时，根据已知方法，大约70%的光路是可接受的，并且根据本发明的方法，大约92%是可接受的。在只考虑长路径（D+1跳）时，本发明相对于现有技术的优势甚至更大。GBM发现75%的光路是可接受的，而现有技术方法只发现10%是可接受的。

Claims (14)

1.一种分配波长到波长复用中的光路以便在包括通过光链路连接的节点的光网络中使用的方法，其中所述波长复用适用于支持两个不同比特率的光路，所述光路在不同波长上操作；所述方法包括在网络管理***：
-接收对新光路的请求；
-响应所述请求，计算所述新光路；
-评估所述新光路的传送质量QoT；
-比较所述新光路的所述估计的QoT和阈值，并且如果所述QoT处于或高于所述阈值，则所述方法包括：
-如果所述新光路要在所述两个比特率的较低比特率操作，则确定在所述两个比特率的较高比特率操作并且在所述波长复用中在所述较高比特率操作的光路中具有最短波长的现有光路；以及
-从所述波长复用向所述新光路分配波长，所述波长比所述最短波长更短并且与所述最短波长分隔所述复用的至少定义数量的未使用波长；或者
-如果所述新光路要在所述两个比特率的较高比特率操作，则确定在所述两个比特率的较低比特率操作并且在所述波长复用中在所述较低比特率操作的光路中具有最长波长的现有光路；以及
-从所述波长复用向所述新光路分配波长，所述波长比所述最长波长更长并且与所述最长波长分隔所述复用的至少所述定义数量的未使用波长。
2.如权利要求1所述的方法，其中如果连接来源和目的地的光路由在所述光网络的节点之间的多个链路组成，则为所述链路中的每个链路执行如权利要求1所述的方法。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，包括指示所述新光路遍历的节点有关所述波长分配。
4.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中计算所述新光路的所述步骤计及管理成本。
5.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在评估所述新光路的QoT的所述步骤中，忽略交叉相位调制。
6.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述阈值定义传送质量的可接受级别。
7.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在确定的所述步骤中，所述网络管理***访问包括有关分配到现有光路的波长的信息的数据库。
8.如权利要求7所述的方法，还包括通过有关分配到所述新光路的波长的信息，更新所述数据库。
9.一种在包括通过光链路连接的节点的光网络中操作的网络管理***装置，所述节点和链路支持波长复用，其中所述复用中的光路在两个不同比特率在不同波长操作，所述装置包括用于连接到所述光网络的接口、路径计算引擎、传送质量模块及处理器，其中所述路径计算引擎适用于接收对新光路的请求以及计算所述新光路，而所述传送质量模块适用于评估所述新光路的传送质量QoT以及比较所述评估的QoT和阈值；如果所述QoT高于所述阈值，则所述处理器适用于：
-如果所述新光路要在所述两个比特率的较低比特率操作，则确定在所述两个比特率的较高比特率操作并且在所述波长复用中在所述较高比特率操作的光路中具有最短波长的现有光路；
-从所述波长复用向所述新光路分配波长，所述波长比所述最短波长更短并且与所述最短波长分隔所述复用的至少定义数量的未使用波长；或者
-如果所述新光路要在所述两个比特率的较高比特率操作，则确定在所述两个比特率的较低比特率操作并且在所述波长复用中在所述较低比特率操作的光路中具有最长波长的现有光路；以及
-从所述波长复用向所述新光路分配波长，所述波长比所述最长波长更长并且与所述最长波长分隔所述复用的至少所述定义数量的未使用波长。
10.如权利要求9所述的装置，包括数据库。
11.如权利要求9或权利要求10所述的装置，其中所述处理器适用于经所述接口发送消息以指示所述新光路遍历的节点有关所述波长分配。
12.如权利要求9或权利要求10所述的装置，适用于从数据库获得信息和发送信息到数据库。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述处理器适用于从所述数据库访问有关分配到现有光路的波长的信息。
14.如权利要求12所述的装置，其中所述处理器适用于通过有关分配到所述新光路的波长的信息，更新所述数据库。
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