CN100527649C - 光通信网络中的流量管理方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种光网络中的流量管理方法和系统，所述方法和系统基于测量沿该网络中延伸的光路传输的光信号的啁啾。

Description

光通信网络中的流量管理方法和系统

技术领域

本发明涉及光通信领域。

背景技术

WO 02/23770 A1描述了一种在光通信系统中进行功率控制以便减少光纤波导中的非线性现象的方法。在该系统中，通过预先确定导致非线性的功率阈值，对节点到节点的辐射功率进行控制，以使其保持在预定的水平上，即光学非线性被减少到小于光纤波导中的预定阈值。

所有操作和判决均基于功率测量值以及将功率测量值与预先计算的功率值比较。

JP 11266200(EP 0944191 A1)描述了一种光通信方法和装置，所述方法和装置用于补偿波长色散和非线性，并通过控制啁啾参数以降低检测到的电信号的编码差错而实现远距离传输。第一端局装置具有光发射机，它通过光纤传输线路的第一终端和根据控制信号CS控制发射机的啁啾参数的控制单元将具有由啁啾参数确定的啁啾的光信号发送到光纤传输线路。同时，第二端局装置具有将经线路传输的光信号转换成电信号的光接收机和检测接收机所输出的电信号的编码差错的监控单元。然后，该装置的接收单元产生信号CS，此CS信号提供给控制单元，例如用于减少监控单元所检测到的编码差错。因此，啁啾参数就得到了控制。

根据以上技术，在将要通过通信线路传输的光信号中引入啁啾并响应于测得的比特误码率而改变啁啾。

US 5463661描述了一种两线调制解调器和一种用于选择载波频率、发射机功率电平和其它参数以便以全双工方式进行通信的方法，该方法基于接收到的信号和所述调制解调器利用探测信号估计的通信媒体的回声特性；例如，TX预加重和TX功率控制处理器估计包括通信媒体非线性信号失真的信号特性，以及探测信号包括啁啾信号。

以上解决方案特别针对两线调制解调器电力通信系统而设计；电力传输媒体中的啁啾现象不同于光媒体中的啁啾现象。

发明内容

所提出的解决方案的目的是提供一种克服主要由光网络中的非线性引起的问题的新方法，该方法基于简单地检测所述问题。

以上目的可以通过在光网络中提供一种流量管理方法来实现，这种流量管理方法基于测量沿所述网络中延伸的光路传输的光信号的啁啾。

以上流量管理方法用于光网络中，其中，光路在第一位置和作为监控点的第二位置之间延伸，且包括承载光信号的一个或多个光信道，该方法包括：

-在监控点测量至少一个光信道上的啁啾；

-响应于所述测得的啁啾，判断一直到所述监控点的光路的所述至少一个光信道中的非线性水平，

-如果认为所述非线性水平高于选定的可接受水平，则执行一个或多个流量管理操作，以减少所述非线性水平。

测量啁啾的步骤最好包括测量通过特定光信道传输的光信号的相位对时间的二阶导数。

应理解，上述方法可以在光路的一个以上的光信道上执行。

所述方法最好包括附加的步骤，即从测量啁啾的步骤起重复所述方法，直到根据所测得的啁啾认为非线性水平不高于所选定的可接受水平时为止。

在本发明的框架中，第一位置最好是被视为光路的开始的网元。例如，这种网元可以执行下列功能中的一个或多个功能：传输、插入、再生、放大、交换、对一个或多个光信道中的光信号进行路由。第二位置可以是正好配备了啁啾测量装置或允许应用这类装置的任何网络点。

流量管理操作应理解为从下列非穷举的列表中选出的一种或多种操作：

-减少所述光信道中的至少一个光信道的比特率；

-对所述光信道中的至少一个光信道重新进行路由；

-减少所述路线中的光信道数；

-通过相同光路的不同波长的空闲光信道传送以前某个特定波长承载的信息(所谓的跳频)。

对所述至少一个光信道重新进行路由的操作可以以例如如下方式来执行：

-对一个或多个光信道的光信号进行路由以便进行再生，并将所述信号返回到所述光路上，

-通过不同的光路对一个或多个光信道进行路由，并通过所述不同的路径将它们返回到监控点。

减少光信道数的操作可以以例如如下方式来执行：临时中止一些光信道经由所述光路的传输。例如，它还可以通过位于光路中的OADM(光分插复用器)停止插入信道的传输来实现。

实际上，如果通过不同的未到达监控点的光路来执行对一些信道的重新路由的操作，则它等效于减少光信道数的操作。

所提到的特定光路的可接受的非线性水平可以选择用(最大可接受的)啁啾阈值所表示的阈值来定义，或者用(最大可接受的)比特误码率(BER)阈值所表示的阈值来定义。或者，可以通过选择啁啾值范围或组合的啁啾/比特误码率值范围来定义可接受的非线性水平。

例如，可以根据对“线性”光路的精确的啁啾计算来选择啁啾值范围。例如，该范围可以由线性情况下的所谓的“绝对啁啾值”和超出绝对值一定程度的啁啾值形成。

或者，该范围可以利用两种一定程度上有所不同的“非线性”条件下的光路的两个啁啾值来选择。

另一种可选方案是将该范围的一个值(最小值)选为从对线性光路的精确计算获得的绝对啁啾值，而将另一个值(阈值)选为从例如非线性光路的数值解获得的啁啾值。

实际上，还有另一种可选方案：该范围的下限可以选为某个特定啁啾值(例如线性光路的绝对啁啾值)，而该范围的上限则选为对应于若干比特率的若干啁啾值的最大可接受的比特误码率值。

对于判断当前非线性水平的步骤，所述方法最好包括执行下列基本操作中的至少一个操作：

a)对所述光信道中的至少一个光信道计算所述光路的线性条件下的啁啾；并根据所述计算结果选择至少一个绝对啁啾值；

b)绘制所述光信道中的至少一个光信道的一定数量的特性曲线，其中，每条特性曲线反映特定光传输比特率下真实的啁啾和比特误码率之间的相关性；以及选择至少一个最大可接受误码率值(对应于与不同比特率相关的一个以上的啁啾值)；

c)获取一些非线性条件下的所述光路的至少一个光信道中的真实啁啾的一个或多个数值解；并根据所述解选择至少一个真实的啁啾阈值。

当谈及“至少一个”绝对啁啾值或真实的啁啾值时，应理解，通常对光路的各自不同的点以及对不同的信道获取不同的值。而且，可以获得不同的啁啾值，用于定义可接受的非线性的范围。

鉴于以上所述，可以根据“硬判决方法”或“软判决方法”来判定非线性的当前水平。

硬判决方法适合每当测得的啁啾超过对线性系统计算的绝对啁啾值时，通过采取流量管理步骤来保持光线路和装置的线性。

软判决方法意味着仅当光路进入比所谓的“可接受的”非线性条件(范围)更加不线性的条件下时才采取流量管理步骤。所述范围的上限可以通过不同于线性系统的啁啾阈值的选定的啁啾阈值来定义或者通过为特定光信道选定的最大可接受比特误码率值来定义。

鉴于如上所述，判决可以构成单步骤判决或双步骤判决。

单步骤判决意味着每当绝对啁啾值被超过时就采取流量管理步骤。

在双步骤判决中，例如一超过绝对啁啾值，仅可以采取部分流量管理步骤或可以为此进行一些准备工作。在超过非线性范围时(如在获得对应于超过特定光信道的最大可接受比特误码率的比特误码率值的测得的啁啾时)，可以执行更多的或所有必需的流量管理步骤。

特定光路的线性条件下的啁啾可以利用一种通过已知的非线性薛定谔方程组(NLSE)来描述多信道光路的模型来计算，其中，在不取非线性项时，每个方程式对应于该路径中的特定光信道。对线性情况而言，该模型具有高斯脉冲形式的精确解，它包括依赖于路线长度的啁啾变量c(z)。

举光信道数为2的情况为例，薛定谔方程组可以如下表示为：

$i\frac{\∂u}{\∂z}+\frac{1}{2}[D\left(z\right)+D_0]\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂\mathrm{\τ}}^2}+G\left(z\right)({\left|u\right|}^2+2{\left|v\right|}^2)u=0---\left(1\right)$

$i\frac{\∂v}{\∂z}-\mathrm{ik}\frac{{\∂}^{2}v}{{\∂\mathrm{\τ}}^2}{v}_{\mathrm{\τ}}+\frac{1}{2}[D\left(z\right)+D_0]\frac{{\∂}^{2}v}{{\∂\mathrm{\τ}}^2}{v}_{\mathrm{\τ\τ}}+G\left(z\right)({\left|v\right|}^2+2{\left|u\right|}^2)v=0---\left(2\right)$

其中，τ＝t-z/V₀，(z、t和V₀分别是沿光纤的传播距离、载波的时间和群速率)，k是信道之间的反群速率差，D₀是色散系数的平均值，i是

D_z是如下形式的周期性补偿的本地色散图：

其中，L+是具有异常色散的光路段，而L-是具有正常色散的光路段，以及函数G(z)为：

$G\left(z\right)=\exp [-2\mathrm{\γz}+2\mathrm{\Γ}{\∫}_0^z\underset{n}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}(z-\mathrm{Ln})\mathrm{dz}]---\left(4\right)$

其中，γ是光纤损失参数，而Γ是解释光纤光路中的损耗和增益的放大器的增益系数，以及L_n是光路中放大器之间的距离。

方程式(1)和(2)中的非线性项|u|²和|v|²分别表示自相位调制和互相位调制(SPM和XPM)。在线性系统的限制下(丢弃方程式(1)和(2)中的SPM和XPM项)，所述模型具有众所周知的高斯脉冲形式的精确解，此解可以如下表示为：

$u_0(z,\mathrm{\τ})=a\left(z\right)\exp [-\frac{{\mathrm{\τ}}^2}{W^2\left(z\right)}+\mathrm{ic}\left(z\right){\mathrm{\τ}}^2+\mathrm{i\φ}]---\left(5\right)$

其中，a(z)是复振幅，W(z)是实宽度，φ是相位常数以及c(z)是实啁啾。

对于非线性系统(如，具有非线性效应的两个光信道)，实啁啾值可以从方程式(1)和(2)的解中获得。

此外，根据所建议的发明，该方法可以在光网络中一定数量的监控点上执行，从而确保对所述监控点之间形成的光网络段上的非线性效应进行监控，并执行各种流量管理操作，以便减少合适网段上的这些效应。

已经找到的现有技术参考文献从未建议使用测量发生在所接收的信号中的啁啾的相对简单的操作，以作为一种确定具有可更换参数和条件的真实光网络中光传输媒体中的非线性程度的工具。现有技术的参考文献也没有建议根据测得的啁啾来控制网络中的流量。

附图说明

下文将参照非限制性的附图来进一步描述和图解所提出的方法的细节，附图中：

图1a示意性地描绘光通信网中包括若干监控点的路径。

图1b显示示意性地说明图1a的光路为线性时的啁啾特性图。

图1c显示示意性地说明图1a的光路为非线性时的啁啾特性图。

图2显示一个查找表，该查找图是针对特定光信道的不同信号传输比特率绘制的，用于示意性地说明比特误码率(BER)和啁啾之间的相关性。

图3示意性地说明使用例示环形网结构和本发明的方法进行流量管理的原理。

图4示意性地说明响应于根据本发明且使用例示网状网络的啁啾测量，启动流量管理操作的另一个实例。

具体实施方式

图1a显示包括若干光学元件和若干监控点的光路(链路)10，其中有三个分别标记为P1、P2、P3的监控点。在此特定实例中，该链路由若干跨段构成，每个跨段用DCM(色散补偿模块)端接，监控点设置在各DCM之后。但应理解，监控点可以设置在光路上的任何一点。我们认为如果光路10(包括若干通过光纤连接的光学元件)是线性的，即未显示出非线性效应，则其中可能主要因为色散效应而出现光信号失真和啁啾。

色散效应至少部分可以由DCM元件来补偿，如图1b所示，其中，啁啾随各监控点之间的距离“z”或只是随着跨段数(曲线12)出现和增长。啁啾曲线可以通过利用上述方程式获得线性系统的啁啾值而计算得到；或者，该曲线可以利用线性情况下这些相同方程式的数值解而获得。在本特定实例中，曲线12是通过图1a中的光路的数值模拟获得的。

图1c示意性地说明光路10从其中出现非线性效应的啁啾点起其特性如何变化(如线条14所示)。啁啾随距离“z”增长，其因非线性效应引起的增长用虚线16示意性地表示。应注意，曲线的特性可能不同，因为图1c是在图1a的光路中引入特定非线性后该光路的数值模拟。

根据本发明，如果在监控点(如P3)测得啁啾并且其值对应于Cmeas.3，则可以将它与视为阈值的啁啾值作比较。

在本发明的框架中，没有解释测量啁啾的精确方法。但是，可以回想一下，可以在监控点通过求经特定光信道传输的光信号的相位对时间的二阶导数而测得啁啾。

在本实例中，令表征监控点P3上的可接受非线性水平的预定啁啾阈值为Ccalc(3)＝0时该点的绝对啁啾值，即对光路的要求非常严格。每当测得的啁啾值超过啁啾阈值时，网络管理员将采取流量管理步骤，以避免光路中的非线性效应。

应注意，啁啾阈值可以选为例如超出线性系统的计算得到的啁啾绝对值一定程度的某个值。

或者，啁啾阈值可以根据对非线性光路执行的数值计算来选择。它可以是根据曲线14的此监控点的啁啾值，或者可以是根据其它的数值计算曲线的啁啾值(如具有较小啁啾幅度的曲线-未显示)。

另一种确定光路是否仍然在线性区域中的方法是检查对应于所测得的啁啾值的比特误码率。为此，网络管理员应该配备对应于一个或多个光信道的类似于图2所示的查找图。

图2显示了一个查找表，它包括两条预先为光路10绘制的例示性log(BER)/啁啾曲线，这两条曲线对应于特定光信道在传输比特率分别为10千兆比特/秒(下线)和40千兆比特/秒(上线)的情况。啁啾轴用任意单位标记。实际上，可以预先得到特定光信道的对应不同比特率的相当多的曲线。所以，各光信道可以配备类似的一组曲线。

这些曲线是对图1a所示的同一光路但对不同比特率应用方程式(1)、(2)进行数值模拟而绘制的。

当获得以40千兆比特/秒传输数据的的信道的啁啾测量值(如Cmeas.1)以及当对应的比特误码率超过该信道可接受的最大比特误码率时，网络管理系统可以考虑减少问题信道的比特率，以确保可接受的比特误码率水平。这可以这样来完成：在查找图上找到两个或两个以上对应于所测得的啁啾值和不同比特率的比特误码率，并选取确保可接受的比特误码率水平的比特率。在此实例中，减少的比特率可以为比特率10千兆比特/秒。

当所测得的啁啾值指示超过可接受的非线性范围的情况下，可以采取多级流量管理判决。例如，在已经超过范围下限(如特定的啁啾值)时可以执行某些网络管理步骤，而且如果由于某些原因非线性增长且比特误码率超过范围上限(最大比特误码率)，则可以减少比特率。或者或此外，可以在范围的上限和/或下限执行其它的流量管理操作：例如，可以对问题光信道重新进行路由，或者可以通过同一光路中的另一光信道传输数据以克服非线性效应的影响。

图3示意性地说明其中可以应用本发明方法的类环形网实例。

令环形网中的内环20是工作光路，而外环30是它的保护光路。令OADM节点40和50能够将光信道从一条路线交换到另一条路线。例如，让工作光路20中有3个监控点：Pa、Pb、Pc。该环网配备了网络管理系统NMS 60中的流量控制单元。

例如，如果在监控点Pb上由啁啾测量单元52测得啁啾值，则将读数传送到NMS 60。如果在NMS中判定该啁啾值超过特定的可接受的啁啾/比特误码率水平(根据选择可接受水平的任何一种技术)，NMS 60将会促使以前通过OADM 40的路径20的光信道的传送部分通过相反方向上的保护路径30(参见虚线55)。因此，如果这样的光信道必须在网络的OADM 50上接收，则将在OADM 50上接收它们，只不过是来自另一方向。

该图说明响应于指示非线性有些过度的啁啾测量值而启动流量管理的实例。在此实例中，特定的光信道被重定向(重新路由)这实际上导致减少了原光路20中的信道数量。

图4显示另一种类型的网络，如包括节点72、74、76、78、80、82和其它的网状网络70。让节点74和82之间的网络光路(路线)传输4个光信道，其中，这四个光信道是在节点72上插入的载波波长相应为λ2、λ3、λ4的光信道。在节点74上插入波长λ1。在节点80上分出两个信道λ2、λ3，剩下的两个信道λ1和λ4应通过光纤77到达节点82。该网络包括在节点82上的监控点，其中，两个啁啾测量单元84和86在相应的两个光信道λ1和λ4上测量啁啾，以便进一步将读数传送到流量管理模块90。

例如，在信道λ1上测得的啁啾超过预定的阈值，于是将采取一些流量管理操作，以便减少光路77+75的非线性。该图示意性地说明了可由流量管理单元90启动的两种可选的流量管理操作。

第一可行的流量控制操作是控制节点74(OADM)和78(交换机)，以便对载波波长为λ1的光信道重新进行路由，使得该信道通过不同的光路71-76-78到达节点82。流量控制操作的第二种选择是控制节点80(OADM)，以便分出信道λ1并进而在由再生单元92再生此相同信道之后将其插入同一OADM 80中。这种重路由操作使同一信道保留在同一光路中(即该路线中的信道数不变)，但仍然可以减少非线性效应。

另一种可选的流量管理操作是减少载波波长为λ1的光信道的传输比特率。例如当流量控制单元90从模块84接收到啁啾测量值，且因为“记住”了光信道λ1的比特率而可从其存储器中存储的查找表获得对应的比特误码率时，它就将此获得的比特误码率值与一些预先选定的可接受的比特误码率作比较。根据比较结果，控制单元90可以判断当前的比特率是否仍然适用。如果所获得的比特误码率超过可接受的比特误码率，则该控制单元可发出应该在该信道中使用减少的比特率的指令。

如果该光路中存在空闲的光信道未示出，则流量控制单元可决定执行所谓的“跳频”操作，即通过该空闲信道传输问题光信道的数据。

尽管已经参照若干特定实例对本发明作了说明，但应理解，可以提出所述方法的其它版本，可以设计能够执行本发明方法的设备。这类各种各样的方法和合适的设备应视为本发明的组成部分，并由所附权利要求书限定。

Claims (14)

1.一种光网络中的流量管理方法，包括测量沿所述网络中延伸的、处于第一位置和作为监控点的第二位置之间的光路中的一个或多个光信道传递的一个或多个光信号的啁啾的步骤，以及根据所述测量的结果作出有关执行一个或多个流量管理操作的决定的步骤，其中，所述测量啁啾的步骤在所述监控点处执行，并包括测量至少一个所述光信道中的至少一个所述光信号的相位对时间的二阶导数，且其中所述作出决定的步骤包括响应于所述测得的啁啾，判断所述一直到所述监控点的光路的所述至少一个光信道中的非线性水平，以及如果认为所述非线性水平高于选定的可接受水平，则执行从以下非穷举列表中选出的所述一个或多个流量管理操作，以减少所述非线性水平：

-减少所述光信道中的至少一个光信道的比特率；

-对所述光信道中的至少一个光信道进行重新路由；

-减少所述光路中的光信道数；

-通过所述相同光路的不同波长的空闲光信道传送以前某个特定波长承载的信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括从测量所述啁啾的步骤起重复所述方法，直到认为所述非线性水平不高于所述选定的可接受水平时为止的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流量管理操作包括从下列非穷举的列表中选出的一个或多个操作：

-减少所述光信道中的至少一个光信道的比特率；

-对所述光信道中的至少一个光信道重新进行路由；

-减少所述光路中的光信道数；

-通过所述相同光路的不同波长的空闲光信道传送以前某个特定波长承载的信息。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述至少一个光信道重新进行路由的操作是这样来执行的：对所述光信道中的一个或多个光信道的光信号进行路由以便进行再生、并将所述信号返回到所述光路上。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述至少一个光信道重新进行路由的操作是这样来执行的：通过不同的光路对所述光信道中的一个或多个光信道进行路由，并通过所述不同的光路将其返回到所述监控点。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述减少光信道数量的操作是这样来执行的：临时中止所述光信道中的一个或多个信道经所述光路的传输。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过选择至少一个啁啾阈值来定义所述可接受的非线性水平。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过选择比特误码率阈值来定义所述可接受的非线性水平。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过选择下限和上限之间的一定范围来表示所述可接受的非线性水平，其中，用对线性条件下的所述光路计算得到的绝对啁啾值来定义所述下限，以及用比特误码率的最大可接受值来表示所述上限。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述流量管理操作是逐步来执行的，其中一些步骤在超过所述下限时执行，而其中一些则是在超过所述范围的上限时执行。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括执行从下列非穷举的列表中选出的至少一个基本操作：

-对所述光信道中的至少一个光信道计算所述光路的线性条件下的啁啾；并根据所述计算结果获得至少一个绝对啁啾值；

-构造所述光信道中的至少一个光信道的一定数量的特性曲线，其中，每条特性曲线反映特定光传输比特率下真实啁啾和误码率之间的相关性；以及为所述数量的所述比特率选择至少一个比特误码率阈值；

-对一定非线性条件下的所述光路的至少一个所述光信道中的真实啁啾执行数值计算；并根据所述计算结果选择至少一个啁啾阈值。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法在所述光路的两个或两个以上的光信道上执行。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括：在所述光网络的若干监控点执行所述方法，从而确保对所述监控点之间所形成的网络的各段上的非线性效应进行监控，并执行各种流量管理操作，以便减少所述网络中适当段上的所述非线性效应。

14.一种通过利用识别光网络中的不想要的效应来在所述光网络中执行流量管理的系统，

所述系统的特征在于能够测量在沿所述网络中延伸的光路的一个或多个光信道中发送的一个或多个光信号的啁啾；

所述系统包括：

至少一个啁啾测量单元，所述啁啾测量单元能够测量至少一个光信道上的光信号的啁啾，并能产生携带关于所述测量的啁啾的信息的输出信号；

与所述至少一个啁啾测量单元通信的流量管理模块，该流量管理模块包括用于存储选定的可接受非线性水平值的存储器，并能够：

-从所述至少一个啁啾测量单元接收所述输出信号；

-根据所述信息判断所述至少一个光信道中的非线性水平，以及

-如果认为对于所述至少一个光信道而言，所述非线性水平高于选定的可接受非线性水平，则执行一个或多个流量管理操作，以减少所述非线性水平。

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