CN101808257A - 波长交换光网络中动态传输性能优化的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了波长交换光网络中动态传输性能优化的方法及装置。本发明通过对光路的源、目的节点分别进行预色散补偿和后置色散补偿，使得经过色散优化后的光路的光信噪比代价和累积非线性相移之间存在一一对应关系；然后，利用该对应关系，获得以功率可调节点的功率调节量为变量的该光路的光信噪比代价，进而根据该光路的光信噪比代价和光信噪比，设置目标函数，并按照预定的优化目标和约束条件进行优化，得到需要调节功率的节点及其功率调节量。按照本发明，可以提高光路传输性能，避免由于物理传输性能不达标引起的物理层阻塞。

Description

波长交换光网络中动态传输性能优化的方法及装置

技术领域

本发明涉及波长交换光网络(WSON)，具体涉及一种波长交换光网络中动态传输性能优化的方法及装置。

背景技术

灵活透明的WSON是传送网发展演进的重要方向。采用通用多协议标签交换(GMPLS)技术可以构造分布式的智能控制平面，实现对连接的快速建立与拆除，支持动态灵活的业务配置以及高效率的资源优化能力。各种具有全光波长交换能力的可重构光分插复用器(ROADM)和可调节器件(可调色散补偿器、可调衰减器、可调放大器)开始大规模应用，为光信号在全网中透明传输提供了可能性，同时也减少了网络铺设中采用的昂贵的光电光转换设备的数量，极大降低了网络建设和运营成本。

但是在WSON中，上述灵活性和透明性也带来了很多问题，主要是由于缺乏光域3R再生功能。光信号实际上是一种模拟信号，在传输中的物理损伤会产生累积。先前的点到点光通信系统因为拓扑简单，可以预先制定好补偿策略对各种损伤进行补偿。随着向网状拓扑的演变，光网络的灵活性进一步增强，传输路径的改变将导致物理损伤的动态变化，并且难以预先补偿，这些损伤积累的影响有可能造成信号的传输质量劣化甚至不满足系统传输要求。

现有技术中通过对光路功率、衰减、色散补偿的动态调节和配置进行动态传输性能优化的方案主要分为以下两类：

一、源发射功率调节方案

对每个光路连接建立请求时，首先根据初始设定的发射机功率，计算接收端光信号的光信噪比(OSNR)：如果光信噪比过小，则提高发射机功率或源节点产生的进入光纤跨段的信号入射功率，同时保证光路整体的非线性相移低于某一固定值，以此保证该光路在接收端的光信噪比达到预定义的指标。

该源发射功率调节方案存在以下不足之处：

1、源发射功率方案仅在光路源端的发射机处对信号发射功率进行动态优化调节，而没有考虑最优色散补偿量、中间节点的最优功率配置等特性随着网络重构、光路动态配置等变化而不断变化的动态特性。实际上，光路传输质量受到的影响因素众多，包括OSNR，色散和非线性效应等众多因素。其中OSNR和表征非线性效应的非线性等相移参数不仅和发射机的输出功率有关，也和光路经过节点的插损、各节点放大器增益和衰减配置有关，而这些参数随着光路动态变化而不断发生改变。随着信号光路发生变化，该光路信号传输过程中经历的色散值也存在巨大差异，因此色散补偿量的动态调节对保证光路传输性能也十分重要。该方案只在光路源端对发射机光信号功率进行动态调节，因此对光信号传输性能的改善较为有限。

2、在上述源发射功率调节方案中，其源功率调节量的选取只依据于接收端的OSNR和非线性相移。在优化过程中采用OSNR和非线性相移两个分离的物理量作为评价指标，并不能确定光路传输中端到端的传输性能(如Q因子，误码率)。这样就有可能造成即使优化后的OSNR和非线性相移都达到了要求，但是最终的Q因子或者误码率仍然无法达到光路正常传输的要求，引起较大的系统性能劣化和较高的误码率，引发光路由于物理传输性能不达标而导致的物理层阻塞。

3、当假设光路中进入每段传输光纤的光信号功率相同时，尽管也存在一些关于光路入纤功率的最优配置方法，但是这些方法都是基于对点到点连接的静态光路进行功率配置，并不能直接用于动态、灵活的WSON网络。此外，这种方法的前提是所有节点之间的光纤跨段组成必须完全相同，即具有相同的光纤长度、衰减、以及该光路上各节点的插损必须完全一样，此时源发射功率调节方案可以获得一个最优的光路传输性能。但是实际上，由于光路各节点之间的光纤跨段组成并不完全一致，比如节点之间的光纤长度、损耗不同，并且各节点的插损也不相同，此时，每个光纤跨段的最优信号入纤功率并不相同，由于缺乏对光路中间节点的功率控制和优化，源发射调节方案也因此失效，不能达到光路最优的传输性能。

二、分离指标优化方案

在每个ROADM节点，对光路信号的色散补偿和衰减量进行调节，用以达到动态传输性能优化的目的。在这种优化方案中，假设该光路上通过每个节点的色散补偿器都可以动态调谐，经过该节点的信号衰减也可以动态调节。从源节点开始，依次对每个节点在现有衰减和色散补偿量配置情况下，计算经过每个节点的OSNR和残余色散，以及进入各节点的光信号功率和该节点的输出的光信号功率以及该节点处的累积非线性相移。考察上述物理参数是否在所要求的范围之内，如果上述物理参数不在所要求范围之内，则对该节点的衰减量和色散补偿量在其调节范围内进行搜寻，选取合适的衰减量和色散补偿量以保证OSNR、残余色散、输入/输出光信号功率和累积非线性相移符合预定义的要求。这样，在从源节点遍历到目的节点后，如果在所有节点处，其输出信号的OSNR、输入/输出光信号功率、累积非线性相移和残余色散都满足预定义的容限范围，则认为优化完成。否则，认为优化无法完成。

该分离指标优化方案存在以下不足：

1、在每个节点采用分离的物理参数(OSNR，残余色散、节点输入/输出功率、累积非线性相移)作为物理性能的评价指标，缺乏光路端到端传输性能的精确表达。因此，即使各个节点各个分离的物理性能指标都可以达到预定义的容限范围，但是最终的端到端物理传输性能(Q因子或者误码率)仍然可能无法达到预定的标准，导致物理层阻塞发生，降低网络性能。此外，由于该优化方案没有显式表达的最优化目标，而只是寻找满足上述分离物理参数限制的衰减量和色散补偿量，因此无法实现物理性能指标的最优化以及调节点个数和调节量的最小化。

2、该方案中所采用的分离的物理参数(OSNR、残余色散、节点输入/输出功率、累积残余非线性相移)在每个节点处都要进行评估计算，而非只在接收端进行相关参数的计算。因此，在优化过程中计算量大，过程复杂，从而引起较大网络运营开销(OPEX)。

3、在该方案中，除了源节点和目的节点外，所有中间节点也要进行色散补偿的计算和调节。但是，在光路传输中对每一段的残余色散都进行动态调节会影响非线性相移对非线性效应评估的准确性，尤其是对交叉相位调制(XPM)和四波混频(FWM)的评估带来严重影响。因此，在中间节点或所有节点都进行色散补偿量的调节会影响非线性效应评估的准确性，从而使得性能优化调节具有不确定性。此外，由于每个节点都可以进行色散补偿量的调节，就需要在每个中间节点都配置可调的色散补偿器，从而增加了网络的建设投资和运行维护费用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种波长交换光网络中动态传输性能优化的方法及装置，提高光路传输性能(如Q因子或误码率)，避免由于物理传输性能不达标引起的物理层阻塞。

为解决上述技术问题，本发明提供方案如下：

一种波长交换光网络中动态传输性能优化的方法，应用于对第一光路进行传输性能优化，所述第一光路的相邻节点之间是一段第一光纤跨段或两段以上级联的所述第一光纤跨段，所述第一光纤跨段具有固定的残余色散，所述第一光路的各个中间节点的色散补偿量都是固定值，并且，所述第一光路包括有能够对光信号功率进行调节的功率可调节点，所述方法包括：

按照预定的预色散/后置色散补偿优化算法，确定所述第一光路的源节点和目的节点的色散补偿量，使得所述第一光路在接收端的残余色散小于一预定门限；

以功率可调节点的功率调节量为变量，确定所述第一光路在接收端的光信噪比的第一函数；

以功率可调节点的功率调节量为变量，确定所述第一光路在接收端的累积非线性相移的第二函数，并根据所述累积非线性相移、和预先确定的光信噪比代价与所述累积非线性相移之间的函数关系，确定以所述功率可调节点的功率调节量为变量的所述第一光路的光信噪比代价的第三函数，其中，所述光信噪比代价是光路在光纤色散和非线性效应联合作用下，相对于不考虑光纤色散和非线性效应的所述光路，在传输性能指标达到参考性能指标时所需增加的光信噪比；

根据所述第一函数和第三函数，确定以所述功率可调节点的功率调节量为变量的所述第一光路的传输性能指标的目标函数；

在预定的约束条件下，根据预定的优化目标，对所述目标函数中的功率可调节点的功率调节量进行优化，确定所述第一光路中需要调节光信号功率的节点以及对应的光信号功率调节量。

优选地，上述方法中，还包括：

根据所确定的所述源节点和目的节点的色散补偿量，分别对所述源节点和目的节点进行色散补偿；以及，

根据所确定的需要调节光信号功率的节点以及对应的光信号功率调节量，控制所述光路中的对应的节点对光信号功率的增益或衰减调节。

优选地，上述方法中，

所述函数关系是按照以下方式确定的：

选取包括不同数量的第二光纤跨段组合的光路，所述第二光纤跨段的残余色散为固定值；

按照所述预色散/后置色散补偿优化算法，对所述光路进行色散补偿优化；

对经过所述预色散/后置色散补偿优化算法优化后的所述光路，计算在不同的光信号发射功率下所述光路的累积非线性相移，并仿真得到所述光路的光信噪比代价；

对所述光路在不同的光信号发射功率和不同数量的第二光纤跨段组合下的累积非线性相移和光信噪比代价进行曲线拟合，得到所述函数关系。

优选地，上述方法中，所述确定所述第一光路在接收端的光信噪比的第一函数，包括：

根据第一光路中第一光纤跨段的功率衰减值、第一光纤跨段中的放大器的增益、第一光路中各节点的插损以及功率可调节点的功率调节量，确定进入所述第一光路中的各个放大器的光信号功率；

根据进入所述第一光路中的各个放大器的光信号功率和所述各个放大器的噪声指数参数，得到所述第一光路在接收端的光信噪比的第一函数。

优选地，上述方法中，所述确定所述第一光路在接收端的累积非线性相移的第二函数，

根据第一光路中第一光纤跨段的功率衰减值、第一光纤跨段中的放大器的增益、第一光路中各节点的插损以及功率可调节点的功率调节量，确定进入每段光纤的信号入射功率；

根据每段光纤的信号入射功率，得到所述光路在接收端的累积非线性相移的第二函数。

优选地，上述方法中，

所述约束条件是所述第一光路上需要调节光信号功率的节点数量或光信号功率的调节量总和小于预先设定的阈值，所述优化目标是所述第一光路的传输性能指标；

或者，

所述约束条件是所述第一光路的传输性能指标不小于预先设定的门限值，所述优化目标是所述第一光路上需要调节光信号功率的节点数量或光信号功率的调节量总和。

优选地，上述方法中，

所述第一光路是基于单波长通道的光路，或者是基于波带级别的光路。

本发明还提供了一种波长交换光网络中动态传输性能优化的装置，应用于对第一光路进行传输性能优化，所述第一光路的相邻节点之间是一段第一光纤跨段或两段以上级联的所述第一光纤跨段，所述第一光纤跨段具有固定的残余色散，所述第一光路的各个中间节点的色散补偿量都是固定值，并且，所述第一光路包括有能够对光信号功率进行调节的功率可调节点，所述装置包括：

色散补偿量确定单元，用于按照预定的预色散/后置色散补偿优化算法，确定所述第一光路的源节点和目的节点的色散补偿量，使得所述第一光路在接收端的残余色散小于一预定门限；

光信噪比确定单元，用于以功率可调节点的功率调节量为变量，确定所述第一光路在接收端的光信噪比的第一函数；

光信噪比代价确定单元，用于以功率可调节点的功率调节量为变量，确定所述第一光路在接收端的累积非线性相移的第二函数，并根据所述累积非线性相移、和预先确定的光信噪比代价与所述累积非线性相移之间的函数关系，确定以所述功率可调节点的功率调节量为变量的所述第一光路的光信噪比代价的第三函数，其中，所述光信噪比代价是光路在光纤色散和非线性效应联合作用下，相对于不考虑光纤色散和非线性效应的所述光路，在传输性能指标达到参考性能指标时所需增加的光信噪比；

目标函数确定单元，用于根据所述第一函数和第三函数，确定以所述功率可调节点的功率调节量为变量的所述第一光路的传输性能指标的目标函数；

优化处理单元，用于在预定的约束条件下，根据预定的优化目标，对所述目标函数中的功率可调节点的功率调节量进行优化，确定所述第一光路中需要调节光信号功率的节点以及对应的光信号功率调节量。

优选地，上述装置中，还包括：

色散补偿单元，用于根据所确定的所述源节点和目的节点的色散补偿量，分别对所述源节点和目的节点进行色散补偿；

功率调节单元，用于根据所确定的需要调节光信号功率的节点以及对应的光信号功率调节量，控制所述光路中的对应的节点对光信号功率的增益或衰减调节。

优选地，上述装置中，还包括：

函数关系确定单元，用于选取包括不同数量的第二光纤跨段组合的光路，所述第二光纤跨段的残余色散为固定值；按照所述预色散/后置色散补偿优化算法，对所述光路进行色散补偿优化；对经过所述预色散/后置色散补偿优化算法优化后的所述光路，计算在不同的光信号发射功率下所述光路的累积非线性相移，并仿真得到所述光路的光信噪比代价；对所述光路在不同的光信号发射功率和不同数量的第二光纤跨段组合下的累积非线性相移和光信噪比代价进行曲线拟合，得到所述函数关系。

优选地，上述装置中，其特征在于，

所述光信噪比确定单元包括：

第一功率确定单元，用于根据第一光路中第一光纤跨段的功率衰减值、第一光纤跨段中的放大器的增益、第一光路中各节点的插损以及功率可调节点的功率调节量，确定进入所述第一光路中的各个放大器的光信号功率；

第一函数单元，用于根据进入所述第一光路中的各个放大器的光信号功率和所述各个放大器的噪声指数参数，得到所述第一光路在接收端的光信噪比的第一函数。

优选地，上述装置中，

所述光信噪比代价确定单元包括：

第二功率确定单元，用于根据第一光路中第一光纤跨段的功率衰减值、第一光纤跨段中的放大器的增益、第一光路中各节点的插损以及功率可调节点的功率调节量，确定进入每段光纤的信号入射功率；

第二函数单元，用于根据每段光纤的信号入射功率，得到所述光路在接收端的累积非线性相移的第二函数。

优选地，上述装置中，

所述约束条件是所述第一光路上需要调节光信号功率的节点数量或光信号功率的调节量总和小于预先设定的阈值，所述优化目标是所述第一光路的传输性能指标；

或者，

所述约束条件是所述第一光路的传输性能指标不小于预先设定的门限值，所述优化目标是所述第一光路上需要调节光信号功率的节点数量或光信号功率的调节量总和。

优选地，上述装置中，

所述第一光路是基于单波长通道的光路，或者是基于波带级别的光路。

从以上所述可以看出，本发明提供的波长交换光网络中动态传输性能优化的方法及装置，通过对光路的源、目的节点分别进行预色散补偿和后置色散补偿，使得经过色散优化后的光路的光信噪比代价和累积非线性相移之间存在一一对应关系；然后，利用该对应关系，将光信噪比代价转换为累积非线性相移的函数，以获得以功率可调节点的功率调节量为变量的该光路的光信噪比代价的函数；进而根据该光路的光信噪比代价和光信噪比，设置目标函数，并按照预定的优化目标和约束条件进行优化，得到需要调节功率的节点及其功率调节量。相对于现有技术的传输性能优化方案，本发明具有以下优点：

1.在动态传输性能优化过程中精确表达的端到端光路传输性能评估指标，能够将各种损伤的整体效应联合起来考虑，不拘泥于某一分离的物理损伤和指标对光路传输性能的影响。在接收端采用唯一的物理性能评价指标(Q因子或误码率)进行传输性能优化，从而可以确保最终的端到端传输性能达到要求，避免其他动态优化方案对优化结果引起的不确定性。

2.只对发射端和接收端的色散补偿量进行动态调节，从而可以精确用累积非线性相移反映各种非线性效应和色散联合作用下的信道非线性代价。该模型使得光路物理性能评估更加精确，动态优化结果更加可靠，并且减小了网络的建设成本和运维开销。

3.除了对源节点可以进行功率调制外，在中间节点和目的节点(或部分中间节点)也进行放大器增益/衰减器衰减量的优化控制，能够适用于光路中各节点具有不同插损，各传输跨段损耗及衰减不同等情况下的光路传输性能最优化。

4.在光路传输性能优化过程中，既考虑提升光路性能指标(如Q因子或误码率)，也考虑了避免光路整体增益/衰减调节量过大或调节点个数过多所引起的抖动、时延、瞬态特性，同时也降低了网络运营开销。

附图说明

图1为本发明实施例所述动态传输性能优化的方法的应用环境示意图；

图2为本发明实施例所述动态传输性能优化的方法的流程示意图；

图3为本发明实施例所述动态传输性能优化的装置的应用环境示意图；

图4为本发明实施例所述动态传输性能优化的装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种波长交换光网络中动态传输性能优化的方法及装置，在动态传输性能优化过程中利用精确表达的端到端光路传输性能评估指标进行优化，从而能够将各种损伤的整体效应联合起来考虑，不拘泥于某一分离的物理损伤或指标对光路传输性能的影响，从而可以确保最终的端到端传输性能达到要求。以下结合附图，通过具体实施例对比本发明做进一步的说明。

首先，请参照图1，图1所示为本发明实施例所述方法的应用环境。图1示出了一个包括有源节点、目的节点和至少一个中间节点(图1中仅象征性地示出了一个中间节点)的光路(以下称作“第一光路”)。其中源节点包括有能够对发射端色散进行预补偿(可针对单波长通道或者波带进行色散补偿)的可调色散补偿器，目的节点包括有能够对接收端色散进行后置补偿(可针对单波长通道或者波带进行色散补偿)的可调色散补偿器。源节点、目的节点和中间节点都包括有对光信号功率进行增益或衰减调节(可针对单波长通道或者波带进行功率调节)的功率调节器，功率调节器具体可以是增益或功率可调的放大器或可调的衰减器。本实施例并不要求光路中的所有节点都包括上述功率调节器，本实施例也可应用于部分节点包括有功率调节器的场景。节点处的可调放大器增益和可调衰减器衰减量则可以通过网管或者信令协议下发命令实现动态调节。

图1中，光路的各个相邻节点之间是一段固定配置的第一光纤跨段或者是两段以上级联的所述固定配置的第一光纤跨段。第一光纤跨段中包括级联的传输光纤、放大器和色散补偿模块。固定配置的第一光纤跨段是指第一光纤跨段中的色散补偿量和放大器增益都是固定不可调的，第一光纤跨段中的传输光纤的衰减也是固定的，因此各个所述第一光纤跨段的残余色散相同(为一固定值)，且各个所述第一光纤跨段的光信号功率衰减也相同(也是一个固定值)。并且，图1中第一光路的各个中间节点的色散补偿量都是固定值(各个中间节点的色散补偿量可以相同，也可以不同)。

本实施例所述波长交换光网络中动态传输性能优化的方法，通过预定的预色散/后置色散补偿优化算法，对第一光路的色散补偿进行优化。经过上述预色散/后置色散补偿优化算法进行色散优化后的光路，光信号传输过程中受到色散和非线性效应(包括自相位调制SPM、交叉相位调制XPM和四波混频FWM)的联合作用可以用累积非线性相移

来表示，而累积非线性相移取决于进入光路中每段光纤的光信号功率。另外，放大器产生的自发辐射噪声(ASE)，其作用效果可以用OSNR反映出来，而接收端OSNR取决于进入光路中各放大器的光信号功率。因此，可以通过优化各节点可调放大器增益/衰减器衰减，调节进入各放大器的光信号功率和进入每段光纤的光信号功率，从而实现对由接收端OSNR和累积非线性相移

联合决定的光路端到端性能指标(如Q因子和误码率)进行优化。

如图2所示，本实施例所述波长交换光网络中动态传输性能优化的方法，应用于对所述第一光路进行传输性能优化，所述第一光路包括有能够对光信号功率进行调节的功率可调节点，所述方法具体包括以下步骤：

步骤21，按照预定的预色散/后置色散补偿优化算法，确定所述第一光路的源节点和目的节点的色散补偿量，使得在按照上述色散补偿量对所述源节点和目的节点进行色散补偿后，所述第一光路在接收端的残余色散小于一预定门限。

本实施例可以采用的预色散/后置色散补偿优化算法可以有多种，只需要使得第一光路在经源、目的节点的色散补偿后，在接收端的残余色散小于一预定门限即可。本实施例在下面提供了两种优化算法，但本发明并不局限于以下两种算法。

其中，第一种预色散/后置色散补偿优化算法具体为：

源节点的色散补偿量为

所述目的节点的色散补偿量使得所述第一光路在接收端的残余色散小于所述预定门限，该预定门限可以取0或者一个接近于0的数值；

上式(1)中，N表示所述第一光路经过的所述第一光纤跨段的个数，RDPS表示所述第一光纤跨段的残余色散(即是指针对每一个光纤跨段，输出光纤跨段信号的色散值减去输入光纤跨段信号的色散值)，D表示所述第一光纤跨段传输光纤的色散参数，表示所述第一光纤跨段传输光纤的衰减系数。

第二种预色散/后置色散补偿优化算法具体为：

源节点的色散补偿量D_pre为一固定值，该固定值可以从源节点的色散补偿器的色散补偿范围中选择某一数值；

目的节点的色散补偿量D_post＝RD-D_pre-N×RDPS  (1’)

其中RD为所述预定门限，N表示所述第一光路经过的所述第一光纤跨段的个数，RDPS表示所述第一光纤跨段的残余色散。

步骤22，以功率可调节点的光信号功率调节量为变量，确定所述第一光路在接收端的光信噪比的第一函数，即，将所述第一光路在接收端的光信噪比，转换成以功率可调节点的光信号功率调节量为变量的一个函数。

这里，确定所述第一函数，具体包括：

步骤221，根据第一光路中第一光纤跨段的功率衰减值、第一光纤跨段中的放大器的增益、第一光路中各节点的插损以及功率可调节点的功率调节量，按照功率累积量确定进入所述第一光路中的各个放大器的光信号功率。

接收端的光信噪比和进入光路中每一个放大器的光信号功率有关，进而由每一个功率可调节点的功率调节量(变量)所决定，源节点处的信号入射功率可以看作是一个常量。假设每个功率可调的节点的可调增益/衰减量为G_i/V_i，(i∈[1，2，...M])，M为光路经过的功率可调节点的总个数，根据WSON网络中路由协议和信令协议泛洪，得到的第一光路各光纤跨段中光纤损耗和放大器增益等信息，进而根据这些信息，计算出进入第一光路中每个放大器的光信号功率。当第一光路中个第一光纤跨段衰减、光路各节点插损等固定信息已知时，进入各放大器的功率是节点功率调节量的函数：

即，[P_in1，P_in2，...P_inN]＝F[G_i/V_i，(i∈[1，2，...M])]    (2)

上式中，P_in1，P_in2，...P_inN分别表示进入第1、2...N个放大器的光信号功率，N为第一光路所级联的放大器个数。这些放大器既包括第一光纤跨段中固定增益的放大器，也包括节点内增益可以动态调节的放大器。上式说明了进入光路中每个放大器的光信号功率是节点的功率调节量的函数。

步骤222，根据进入所述第一光路中的各个放大器的光信号功率和所述各个放大器的噪声指数参数，得到所述第一光路在接收端的光信噪比的第一函数。

根据ITU-TG.680中的计算公式，得到在接收端信号光信噪比OSNR_recv为：

${\mathrm{OSNR}}_{\mathrm{recv}}=-10\log ({10}^{-\left(\frac{P_{\mathrm{in}1}-{\mathrm{NF}}_1+58}{10}\right)}+{10}^{-\left(\frac{P_{\mathrm{in}2}-{\mathrm{NF}}_2+58}{10}\right)}+...{10}^{-\left(\frac{P_{\mathrm{inN}}-{\mathrm{NF}}_N+58}{10}\right)})---\left(3\right)$

其中，NF_i(i∈[1，2，...N])表示每个放大器的噪声指数参数，为固定值。

可以看出，第一函数是以节点的光信号功率调节量为变量的函数，即OSNR_recv＝f(G_i/V_i)，(i∈[1，2，...M])。

步骤23，以功率可调节点的光信号功率调节量为变量，确定所述第一光路在接收端的累积非线性相移的第二函数，并根据所述累积非线性相移、和预先确定的光信噪比代价与所述累积非线性相移之间的函数关系，确定以所述功率可调节点的光信号功率调节量为变量的所述第一光路的光信噪比代价的第三函数，其中，所述光信噪比代价是光路在光纤色散和非线性效应联合作用下，相对于不考虑光纤色散和非线性效应的所述光路(即背靠背系统)，在传输性能指标达到参考性能指标时所需增加的光信噪比。这里，所述非线性效应包括自相位调制，交叉相位调制，四波混频效应。

光路的累积非线性相移

取决于进入光路中每段光纤的光信号功率。对于包括有功率可调的节点的第一光路，可以根据第一光路中第一光纤跨段的功率衰减值、第一光纤跨段中的放大器的增益、第一光路中各节点的插损以及功率可调节点的功率调节量，按照功率累积量计算出进入每段光纤的光信号功率：

即 $[P_{\mathrm{launch}}^{\left(1\right)},P_{\mathrm{launch}}^{\left(2\right)},...P_{\mathrm{launch}}^{\left(L\right)}]=\mathrm{\Φ}[G_i/V_i,(i\∈[\mathrm{1,2},...M+1\left]\right)]---\left(4\right)$

上式中，L表示第一光路具有的总光纤段数，P_launch ⁽¹⁾，P_launch ⁽²⁾，...P_launch ^(L)表示进入第1、2...L段光纤的光信号功率。当第一光路中光纤跨段中的放大器增益和传输光纤衰减量、光路各节点插损等固定信息已知时，进入每段光纤的光信号功率是节点功率调节量的函数。

然后，根据每段光纤的信号入射功率，得到所述光路在接收端的累积非线性相移的第二函数。具体可以按照以下公式(5)，计算第一光路在接收端的累积非线性相移

其中，γ^(l)为第l段光纤的非线性系数，L_eff ^(l)为第l段光纤的有效面积。

对于第一光路，当源节点的预色散补偿和后置色散补偿按照上述预色散/后置色散补偿优化算法优化后，所述第一光路的光信噪比代价

和第一光路的累积非线性相移

之间存在一一对应关系，并且该对应关系可以通过二次曲线或者幂函数等常用函数进行曲线拟合而得到：

选取包括不同数量的第二光纤跨段组合的光路，所述第二光纤跨段的残余色散为固定值(该第二光纤跨段的残余色散，与第一光纤跨段的残余色散可以相同，也可以不同)；

按照所述预色散/后置色散补偿优化算法，对所述光路进行色散补偿优化；

对经过所述预色散/后置色散补偿优化算法优化后的所述光路，计算在不同的光信号发射功率下所述光路的累积非线性相移，并仿真得到所述光路的光信噪比代价；

对所述光路在不同的光信号发射功率和不同数量的第二光纤跨段组合下的累积非线性相移和光信噪比代价进行曲线拟合，得到所述函数关系。

在得到所述函数关系后，则可以将所述第一光路的累积非线性相移

和所述函数关系，将所述第一光路的光信噪比代价，转换成节点的光信号功率调节量的第三函数，即

(i∈[1，2，...M])。

步骤24，根据所述第一函数和第三函数，确定以所述功率可调节点的功率调节量为变量的所述第一光路的传输性能指标的目标函数。

以Q因子为例，可以利用以下公式(6)，得到显示表达的第一光路的传输性能指标的目标函数：

以误码率为BER例，可以得到显示表达的第一光路的传输性能指标的目标函数：

这里，erfc表示互补误差函数。

上述公式中，

是在不考虑光纤色散和非线性效应的作用时，所述第一光路在接收端的光信号的Q因子达到参考Q因子Q_ref时所必须达到的光信噪比(即背靠背传输系统中接收端Q因子达到Q_ref所对应的光信噪比)。

OSNR_recv表示第一光路在现有的各节点的功率调节量配置下接收端的光信噪比。

表示第一光路在光纤色散和非线性效应(包括自相位调制，交叉相位调制，四波混频等效应)联合作用下，相对于不考虑光纤色散和非线性效应的所述第一光路而言，保证Q因子达到Q_ref时所需增加的OSNR。

可以看出，上式(6)为节点的功率调节量的函数。

步骤25，在预定的约束条件下，根据预定的优化目标，通过对所述目标函数中的功率可调节点的光信号功率调节量进行优化，确定所述第一光路中需要调节光信号功率的节点以及对应的光信号功率调节量。

这里，在优化过程中将光路各节点的可调放大器增益/可调衰减器衰减量作为优化参数，按照优化目标和约束条件的不同选取方式，可以分为以下两种优化方案：

A、将第一光路端到端传输性能指标(如Q因子)作为优化目标，将第一光路上各节点增益/衰减调节量总和或需要做出功率调节的节点个数作为约束条件，这种优化方案称为Q best。

在Q best方案中，优化目标是使光路端到端传输性达到最佳(即Q因子最大化)，约束条件为各节点增益/衰减调节量总和必须小于预先设定的一个阈值，或需要做出功率调节的节点个数必须少于预先设定的另一阈值。此外，各节点增益/衰减调节量还应满足自身器件调节范围的限制。

B、将第一光路各节点增益/衰减调节量的总和或需要做出功率调节的节点个数作为优化目标，将第一光路端到端传输性能指标(如Q因子)作为约束条件，这种优化方案称为Q allowable。

在Q allowable方案中，优化目标为使光路中各节点增益/衰减调节量总和最小或需要做出功率调节的节点个数最少，约束条件为光路端到端传输性能指标必须达到预定的传输要求(如Q≥Q_ref，Q_ref为预先确定的保证光路可靠性传输所要求达到的指标)。此外，各节点增益/衰减调节量也应满足自身器件调节范围的限制。

按照Q best和Q allowable两种方案进行光路传输性能优化时，可采用各种已有的启发式算法，如贪婪算法、粒子群算法、蚁群算法等，也可以利用Lingo等优化工具等得到最终的光路各节点放大器增益/衰减量配置。

在动态WSON网络中，较小的增益/衰减调节量和较少的调节点个数可以减小光路由于动态调节而引起的时延、瞬态和抖动，并降低网络运营开销和成本。因此，Q allowable方案则实现了在保证光路的性能达到避免物理层阻塞所要求的容限，并且引入的调节时延，瞬态特性和网络运行开销最小。而Q best方案可以使得优化得到的光路传输性能为最优，同时保证总的调节量和调节点限制在一定范围之内。

步骤26，根据所确定的所述源节点和目的节点的色散补偿量，分别对所述源节点和目的节点进行色散补偿；以及，根据所确定的需要调节光信号功率的节点以及对应的光信号功率调节量，控制所述光路中的对应的节点对光信号功率的增益或衰减调节。

这里，功率可调节点处的可调放大器增益和可调衰减器衰减量则可以由网管或者信令协议下发命令实现动态调节。

本实施例可以通过一动态传输性能优化的装置实现上述方法。如图2所示，该装置(图3中的三角形所示)可以设置在网管平面，也可以分布式地设置在控制平面的路径计算单元(PCE)和分布式的控制平面节点中。当需要对光路传输性能进行优化时，该装置会根据网管数据库、信令协议或者路由泛洪得到的光路物理参数进行优化计算，这些参数包括光路各传输跨段的传输光纤色散、衰减、非线性系数，跨段残余色散等参数，以及各节点的插损、可调放大器或衰减器的当前状态等信息。经过不同策略的优化计算，该动态传输性能优化的装置将得到的源节点预色散补偿量，目的节点后置色散补偿量，各节点的可调放大器增益和可调衰减器衰减等调节量信息。当该装置设置于网管平面时，这些各节点调节量信息可以通过网管平面和传输平面的接口下发到各节点调节器，实时动态调节。当该装置设置于控制平面(PCE或分布式控制平面节点)，这些调节量信息可以通过信令协议在各控制平面节点之间传递，并且通过控制平面节点和传输平面节点接口，将调节量下达到各节点可调器，实现光路性能的动态优化和控制。

本实施例提供的动态传输性能优化的装置，应用于对第一光路进行传输性能优化，所述第一光路的相邻节点之间是一段第一光纤跨段或两段以上级联的所述第一光纤跨段，所述第一光纤跨段具有固定的残余色散，所述第一光路的各个中间节点的色散补偿量都是固定值，并且，所述第一光路包括有能够对光信号功率进行调节的功率可调节点。如图4所示，该装置包括：

色散补偿量确定单元，用于按照预定的预色散/后置色散补偿优化算法，确定所述第一光路的源节点和目的节点的色散补偿量，使得在按照上述色散补偿量对所述源节点和目的节点进行色散补偿后，所述第一光路在接收端的残余色散小于一预定门限；

光信噪比确定单元，用于以功率可调节点的功率调节量为变量，确定所述第一光路在接收端的光信噪比的第一函数；

光信噪比代价确定单元，用于以功率可调节点的功率调节量为变量，确定所述第一光路在接收端的累积非线性相移的第二函数，并根据所述累积非线性相移、和预先确定的光信噪比代价与所述累积非线性相移之间的函数关系，确定以所述功率可调节点的功率调节量为变量的所述第一光路的光信噪比代价的第三函数，其中，所述光信噪比代价是光路在光纤色散和非线性效应联合作用下，相对于不考虑光纤色散和非线性效应的所述光路，在传输性能指标达到参考性能指标时所需增加的光信噪比；

目标函数确定单元，用于根据所述第一函数和第三函数，确定以所述功率可调节点的功率调节量为变量的所述第一光路的传输性能指标的目标函数；

优化处理单元，用于在预定的约束条件下，根据预定的优化目标，通过对所述目标函数中的功率可调节点的功率调节量进行优化，确定所述第一光路中需要调节光信号功率的节点以及对应的光信号功率调节量。

优选地，图4所示的装置中，还包括：

色散补偿单元，用于根据所确定的所述源节点和目的节点的色散补偿量，分别对所述源节点和目的节点进行色散补偿；

功率调节单元，用于根据所确定的需要调节光信号功率的节点以及对应的光信号功率调节量，控制所述光路中的对应的节点对光信号功率的增益或衰减调节。

优选地，图4所示的装置中，还包括：

函数关系确定单0元，用于选取包括不同数量的第二光纤跨段组合的光路，所述第二光纤跨段的残余色散为固定值；按照所述预色散/后置色散补偿优化算法，对所述光路进行色散补偿优化；对经过所述预色散/后置色散补偿优化算法优化后的所述光路，计算在不同的光信号发射功率下所述光路的累积非线性相移，并仿真得到所述光路的光信噪比代价；对所述光路在不同的光信号发射功率和不同数量的第二光纤跨段组合下的累积非线性相移和光信噪比代价进行曲线拟合，得到所述函数关系。

优选地，图4所示的装置中，所述光信噪比确定单元包括：

第一功率确定单元，用于根据第一光路中第一光纤跨段的功率衰减值、第一光纤跨段中的放大器的增益、第一光路中各节点的插损以及功率可调节点的功率调节量，确定进入所述第一光路中的各个放大器的光信号功率；

第一函数单元，用于根据进入所述第一光路中的各个放大器的光信号功率和所述各个放大器的噪声指数参数，得到所述第一光路在接收端的光信噪比的第一函数。

优选地，图4所示的装置中，所述光信噪比代价确定单元包括：

第二功率确定单元，用于根据第一光路中第一光纤跨段的功率衰减值、第一光纤跨段中的放大器的增益、第一光路中各节点的插损以及功率可调节点的功率调节量，确定进入每段光纤的信号入射功率；

第二函数单元，用于根据每段光纤的信号入射功率，得到所述光路在接收端的累积非线性相移的第二函数。

优选地，图4所示的装置中，所述约束条件是所述第一光路上需要调节光信号功率的节点数量或光信号功率的调节量总和小于预先设定的阈值，所述优化目标是所述第一光路的传输性能指标；或者，所述约束条件是所述第一光路的传输性能指标不小于预先设定的门限值，所述优化目标是所述第一光路上需要调节光信号功率的节点数量或光信号功率的调节量总和。

优选地，图4所示的装置中，所述第一光路是基于单波长通道的光路，或者是基于波带级别的光路。

综上所述，本发明实施例通过先进行源、目的节点的色散优化，然后利用色散优化后的光路的累积非线性相移和光信噪比代价之间存在的一一对应的函数关系，将光路的光信噪比代价转换成累积非线性相移的函数，最终转变成光路中功率可调节点的功率调节量的函数；另外，本实施例还将光路的光信噪比也转换成光路中功率可调节点的功率调节量的函数，因此根据光信噪比代价和光信噪比设置的目标函数，也是光路中功率可调节点的功率调节量的函数；最后，通过对目标函数进行优化，获得满足优化目标的优化结果，从而确保最终的端到端传输性能达到要求。

与现有技术相比，本发明实施例所述方法及其装置，具有如下优点：

1.在动态传输性能优化过程中精确表达的端到端光路传输性能评估指标，能够将各种损伤的整体效应联合起来考虑，不拘泥于某一分离的物理损伤和指标对光路传输性能的影响。在接收端采用唯一的物理性能评价指标(Q因子或误码率)进行传输性能优化，从而可以确保最终的端到端传输性能达到要求，避免其他动态优化方案对优化结果引起的不确定性。

2.只对发射端和接收端的色散补偿量进行动态调节，从而可以精确用累积非线性相移反映各种非线性效应和色散联合作用下的信道非线性代价。该模型使得光路物理性能评估更加精确，动态优化结果更加可靠，并且减小了网络的建设成本和运维开销。

3.除了对源节点可以进行功率调制外，在中间节点和目的节点(或部分中间节点)也进行放大器增益/衰减器衰减量的优化控制，能够适用于光路中各节点具有不同插损，各传输跨段损耗及衰减不同等情况下的光路传输性能最优化。

4.在光路传输性能优化过程中，既考虑提升光路性能指标(如Q因子或误码率)，也考虑了避免光路整体增益/衰减调节量过大或调节点个数过多所引起的抖动、时延、瞬态特性，同时也降低了网络运营开销。

以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种波长交换光网络中动态传输性能优化的方法，应用于对第一光路进行传输性能优化，所述第一光路的相邻节点之间是一段第一光纤跨段或两段以上级联的所述第一光纤跨段，所述第一光纤跨段具有固定的残余色散，所述第一光路的各个中间节点的色散补偿量都是固定值，并且，所述第一光路包括有能够对光信号功率进行调节的功率可调节点，其特征在于，所述方法包括：

按照预定的预色散/后置色散补偿优化算法，确定所述第一光路的源节点和目的节点的色散补偿量，使得所述第一光路在接收端的残余色散小于一预定门限；

以功率可调节点的功率调节量为变量，确定所述第一光路在接收端的光信噪比的第一函数；

以功率可调节点的功率调节量为变量，确定所述第一光路在接收端的累积非线性相移的第二函数，并根据所述累积非线性相移、和预先确定的光信噪比代价与所述累积非线性相移之间的函数关系，确定以所述功率可调节点的功率调节量为变量的所述第一光路的光信噪比代价的第三函数，其中，所述光信噪比代价是光路在光纤色散和非线性效应联合作用下，相对于不考虑光纤色散和非线性效应的所述光路，在传输性能指标达到参考性能指标时所需增加的光信噪比；

根据所述第一函数和第三函数，确定以所述功率可调节点的功率调节量为变量的所述第一光路的传输性能指标的目标函数；

在预定的约束条件下，根据预定的优化目标，对所述目标函数中的功率可调节点的功率调节量进行优化，确定所述第一光路中需要调节光信号功率的节点以及对应的光信号功率调节量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所确定的所述源节点和目的节点的色散补偿量，分别对所述源节点和目的节点进行色散补偿；以及，

根据所确定的需要调节光信号功率的节点以及对应的光信号功率调节量，控制所述光路中的对应的节点对光信号功率的增益或衰减调节。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述函数关系是按照以下方式确定的：

选取包括不同数量的第二光纤跨段组合的光路，所述第二光纤跨段的残余色散为固定值；

按照所述预色散/后置色散补偿优化算法，对所述光路进行色散补偿优化；

对经过所述预色散/后置色散补偿优化算法优化后的所述光路，计算在不同的光信号发射功率下所述光路的累积非线性相移，并仿真得到所述光路的光信噪比代价；

对所述光路在不同的光信号发射功率和不同数量的第二光纤跨段组合下的累积非线性相移和光信噪比代价进行曲线拟合，得到所述函数关系。

4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述确定所述第一光路在接收端的光信噪比的第一函数，包括：

根据第一光路中第一光纤跨段的功率衰减值、第一光纤跨段中的放大器的增益、第一光路中各节点的插损以及功率可调节点的功率调节量，确定进入所述第一光路中的各个放大器的光信号功率；

根据进入所述第一光路中的各个放大器的光信号功率和所述各个放大器的噪声指数参数，得到所述第一光路在接收端的光信噪比的第一函数。

5.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述确定所述第一光路在接收端的累积非线性相移的第二函数，

根据第一光路中第一光纤跨段的功率衰减值、第一光纤跨段中的放大器的增益、第一光路中各节点的插损以及功率可调节点的功率调节量，确定进入每段光纤的信号入射功率；

根据每段光纤的信号入射功率，得到所述光路在接收端的累积非线性相移的第二函数。

6.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，

所述约束条件是所述第一光路上需要调节光信号功率的节点数量或光信号功率的调节量总和小于预先设定的阈值，所述优化目标是所述第一光路的传输性能指标；

或者，

所述约束条件是所述第一光路的传输性能指标不小于预先设定的门限值，所述优化目标是所述第一光路上需要调节光信号功率的节点数量或光信号功率的调节量总和。

7.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，

所述第一光路是基于单波长通道的光路，或者是基于波带级别的光路。

8.一种波长交换光网络中动态传输性能优化的装置，应用于对第一光路进行传输性能优化，所述第一光路的相邻节点之间是一段第一光纤跨段或两段以上级联的所述第一光纤跨段，所述第一光纤跨段具有固定的残余色散，所述第一光路的各个中间节点的色散补偿量都是固定值，并且，所述第一光路包括有能够对光信号功率进行调节的功率可调节点，其特征在于，所述装置包括：

色散补偿量确定单元，用于按照预定的预色散/后置色散补偿优化算法，确定所述第一光路的源节点和目的节点的色散补偿量，使得所述第一光路在接收端的残余色散小于一预定门限；

光信噪比确定单元，用于以功率可调节点的功率调节量为变量，确定所述第一光路在接收端的光信噪比的第一函数；

光信噪比代价确定单元，用于以功率可调节点的功率调节量为变量，确定所述第一光路在接收端的累积非线性相移的第二函数，并根据所述累积非线性相移、和预先确定的光信噪比代价与所述累积非线性相移之间的函数关系，确定以所述功率可调节点的功率调节量为变量的所述第一光路的光信噪比代价的第三函数，其中，所述光信噪比代价是光路在光纤色散和非线性效应联合作用下，相对于不考虑光纤色散和非线性效应的所述光路，在传输性能指标达到参考性能指标时所需增加的光信噪比；

目标函数确定单元，用于根据所述第一函数和第三函数，确定以所述功率可调节点的功率调节量为变量的所述第一光路的传输性能指标的目标函数；

优化处理单元，用于在预定的约束条件下，根据预定的优化目标，对所述目标函数中的功率可调节点的功率调节量进行优化，确定所述第一光路中需要调节光信号功率的节点以及对应的光信号功率调节量。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

色散补偿单元，用于根据所确定的所述源节点和目的节点的色散补偿量，分别对所述源节点和目的节点进行色散补偿；

功率调节单元，用于根据所确定的需要调节光信号功率的节点以及对应的光信号功率调节量，控制所述光路中的对应的节点对光信号功率的增益或衰减调节。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

函数关系确定单元，用于选取包括不同数量的第二光纤跨段组合的光路，所述第二光纤跨段的残余色散为固定值；按照所述预色散/后置色散补偿优化算法，对所述光路进行色散补偿优化；对经过所述预色散/后置色散补偿优化算法优化后的所述光路，计算在不同的光信号发射功率下所述光路的累积非线性相移，并仿真得到所述光路的光信噪比代价；对所述光路在不同的光信号发射功率和不同数量的第二光纤跨段组合下的累积非线性相移和光信噪比代价进行曲线拟合，得到所述函数关系。

11.如权利要求8至10任一项所述的装置，其特征在于，

所述光信噪比确定单元包括：

第一功率确定单元，用于根据第一光路中第一光纤跨段的功率衰减值、第一光纤跨段中的放大器的增益、第一光路中各节点的插损以及功率可调节点的功率调节量，确定进入所述第一光路中的各个放大器的光信号功率；

第一函数单元，用于根据进入所述第一光路中的各个放大器的光信号功率和所述各个放大器的噪声指数参数，得到所述第一光路在接收端的光信噪比的第一函数。

12.如权利要求8至10任一项所述的方法，其特征在于，

所述光信噪比代价确定单元包括：

第二功率确定单元，用于根据第一光路中第一光纤跨段的功率衰减值、第一光纤跨段中的放大器的增益、第一光路中各节点的插损以及功率可调节点的功率调节量，确定进入每段光纤的信号入射功率；

第二函数单元，用于根据每段光纤的信号入射功率，得到所述光路在接收端的累积非线性相移的第二函数。

13.如权利要求8至10任一项所述的装置，其特征在于，

所述约束条件是所述第一光路上需要调节光信号功率的节点数量或光信号功率的调节量总和小于预先设定的阈值，所述优化目标是所述第一光路的传输性能指标；

或者，

所述约束条件是所述第一光路的传输性能指标不小于预先设定的门限值，所述优化目标是所述第一光路上需要调节光信号功率的节点数量或光信号功率的调节量总和。

14.如权利要求8至10任一项所述的装置，其特征在于，

所述第一光路是基于单波长通道的光路，或者是基于波带级别的光路。

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