CN109565346A - 控制频谱占用的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开的方面提供了当为光通信系统(optical communication system，OCS)进行频谱改变时避免光谱烧孔的负面影响的系统和方法。本公开的实施例涉及为预期在OCS中使用的波长信道范围执行光谱孔的方法和系统。实施例包括可配置空闲音调源，用于向在光通信系统中使用的频谱带上分布的空闲音调波长集合中的每一个提供功率。所述可配置空闲音调源与光网元的输出光纤通信耦合并被控制以使得在所述输出光纤中在所述空闲音调波长集合的每一个处存在光功率。

Description

控制频谱占用的方法和系统

相关申请案交叉引用

本申请要求于2016年8月29日提交、申请号为15/249,784的美国专利申请的优先权，该申请以其整体通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开一般涉及光网络领域，并涉及将频谱占用改变(插入或删除信道信号波长)为使用多个波长和光放大器的系统的领域。

背景技术

波分复用(wavelength division multiplexing，WDM)系统利用多个信道信号波长以在光纤中传送多个信号。密集WDM(dense WDM，DWDM)和稀疏WDM(coarse WDM，CWDM)以及利用WDM的其他系统统称为WDM系统。光通信系统(Optical communication system，OCS)通常在每段光纤利用诸如掺铒光纤放大器(erbium-doped fiber amplifier，EDFA)的光放大器，以在光域放大光信号。然而，控制EDFA的增益是重要的。大部分OCS中采用的大多数EDFA可以通过控制环路来控制EDFA的增益。然而，这些系统通常仅控制EDFA的平均增益。馈送至该放大器的输入频谱的改变(频谱占用和功率分布)将影响所经历的每个信道增益。因此，典型的EDFA控制环路不能补偿因改变频谱占用(插入或删除波长信道)所带来的影响。光谱烧孔(Spectral Hole Burning，SHB)是一种已知的效应，其因频谱占用的改变导致EDFA的输出的快速增益改变。过去通过光子层补偿由SHB产生的不期望的动态和静态扰动。然而，对于使用EDFA的系统，传统系统使用昂贵的设备来控制因频谱占用的改变导致的增益改变。此外，这些系统需要耗费时间来调整频谱占用的改变，这增加了插入或删除信道所需的时间量。

综上，需要一种改进的OCS，可以更快速地为基于EDFA的OCS调整频谱占用。

发明内容

本公开的方面提供了在频谱发生改变时减少SHB的负面影响的系统和方法。本公开的实施例涉及为预期在OCS中使用的波长信道范围执行光谱孔的方法和系统。实施例包括可配置空闲音调源，用于向在光通信系统中使用的频谱带上分布的空闲音调波长集合中的每一个提供功率。所述可配置空闲音调源与光网元的输出光纤通信耦合，并控制所述可配置空闲音调源，以使，所述空闲音调波长集合的每一处的所述输出光纤中存在光功率。

本公开的一个方面涉及用于光通信系统的网元。这种网元包括通路部分，用于从输入光纤到输出光纤通过多个波长信道。所述网元还包括分插模块，用于插入向所述输出光纤传输的一个或多个波长信道，以及分出来自所述输入光纤的一个或多个波长信道。所述网元还包括可配置空闲音调源，用于向在光通信系统中使用的频谱带上分布的空闲音调波长集合提供光功率。所述可配置空闲音调源与所述输出光纤通信耦合。在一些实施例中，所述NE包括控制器，用于控制所述可配置空闲音调源，以使在所述空闲音调波长集合的每一处的所述输出光纤中存在光功率。在一些实施例中，所述输出光纤与光学放大器通信耦合，并且所述集合的任何两个相邻空闲音调波长之间的间隔取决于那两个相邻空闲音调波长处的光谱孔宽度。在一些实施例中，所述光放大器包括掺铒光纤放大器。在一些实施例中，所述空闲音调波长集合在所述集合的相邻成员之间具有不均匀的间隔。在一些实施例中，基于每个区域内波长信道的光谱孔宽度，将所述频谱带划分为N个区域，并且空闲音调波长之间的间隔不大于每个区域的光谱孔宽度。在一些实施例中，取决于所述区域，每个空闲音调波长与所述集合中的相邻空闲音调波长之间通过2-8nm的间隔分隔开。在一些实施例中，每个空闲音调波长与所述集合中的任何相邻空闲音调波长之间通过不超过2nm的间隔分隔开。在一些实施例中，所述空闲音调波长集合包括14个空闲音调波长。在一些实施例中，所述光通信系统使用至少72个信道波长，并且其中所述空闲音调波长集合在所述集合的每两个相邻空闲音调波长之间具有不超过5个信道波长的间隔。在一些实施例中，所述控制器控制所述可配置空闲音调源，以插入原本在所述输出光纤不存在的在每个空闲音调波长的光功率。在一些实施例中，如果所述输入光纤中存在每个空闲音调波长的光功率，而所述分插模块分出了、但未插入相应的波长信道，则所述输出光纤中不存在所述每个空闲音调波长的光功率。在一些实施例中，如果所述输入光纤中不存在光功率，则所述输出光纤中不存在所述每个空闲音调波长的光功率。在一些实施例中，所述控制器包括用于从域控制器接收控制信号的输入。在一些实施例中，所述可配置空闲音调源包括一系列光源，每个所述光源能够在所述空闲音调波长的其中产生光功率。在一些实施例中，所述可配置空闲音调源包括可变光衰减器，用于衰减空闲音调波长的信号。在一些实施例中，所述可配置空闲音调源包括一组开关，用于控制所述光源的接通/断开状态，每个开关的状态由所述控制器设定。在一些实施例中，所述可配置空闲音调源包括可调谐激光器。在一些实施例中，所述分插模块包括可调谐转发器，所述可调谐转发器可产生用波长信道调制的信号，并且所述可配置空闲音调源利用至少一些可调谐转发器以产生所述输出光纤中原本不存在的在空闲音调波长的光功率。在一些实施例中，所述可配置空闲音调源包括多个源，所述多个源配置为在所述空闲音调波长集合的子集产生光功率，并且其中所述可调谐转发器配置为在所述集合的其余部分产生光功率。

在一些实施例中，所述控制器配置用于从网络控制器接收控制信号，所述网络控制器选自包括以下各项的组：

网络光突发交换控制器；

路径计算单元；

域控制器；以及

传输软件定义网络控制器。

通过以下结合附图的详细说明，本发明的前述及其他目的、特征、方面和优点将变得显而易见，附图仅作为示例进行描述。

附图说明

为了更完整地了解本公开，现在参考以下结合附图和详细描述进行的简要说明，其中相同的附图标记表示相同的部分。

图1示出了光谱烧孔。

图2A、2B和2C示意性地示出了用于实施空闲音调的三种场景。

图2A示出了在没有其他信道存在的场景下插入14个空闲音调；图2B示出了插入两个信道信号，其占用了2个空闲音调的波长信道；以及图2C示出了信道的插入和删除。

图3示意性地示出了根据实施例的分插复用器。

图4示意性地示出了根据实施例的具有两个域的OCS。

图5示意性地示出了存在故障的实施例的潜在用例。

图6示出了根据实施例的光通信系统(OCS)的网络视图。

图7示出了根据实施例的用于实施由PCE的控制器执行的频谱改变请求的方法。

图8示出了根据实施例的2级(2-degree)ROADM，其包括解复用器(DEMUX)方向的无源分路器和复用器(multiplexer，MUX)方向的波长选择开关(wavelength selectiveswitch，WSS)。

图9示出了根据实施例的3级ROADM示例。

图10是示出了根据实施例的网络级视图，其图示了如何在空闲音调波长信道在光通信系统(OCS)上如何分布。

图11A和图11B是根据实施例的两个网络级视图，其示出了用于故障恢复的示例。

图12是根据实施例的用于空闲音调波长信道的固定波段预留的说明性示例。

图13是根据实施例的动态波长预留的说明性示例。

图14示出了与图10中所示的网络不同的网络。

图15示出了根据实施例的在光通信系统(OCS)中路由波长信道的方法。

图16示出了根据另一实施例的在光通信系统(OCS)中路由波长信道的另一种方法。

图17示出了根据实施例的处理系统。

具体实施方式

该部分提供了对本发明示例实施例的详细说明。然而，本文关于系统结构或系统方法描述的任何具体细节仅仅是为了描述本发明示例实施例的目的。本发明可以以许多替代形式实施，且不应被解释为局限于本文阐述的本发明的示例实施例。

光通信系统(OCS)通常在网络的每个部分(网元之间的光纤链路)利用一个或多个掺铒光纤放大器(EDFA)。通常，每个网元包括EDFA和波长选择开关(WSS)。EDFA能够对大部分DWDM OCS所利用的典型“C波段”频谱带(1530nm-1560nm)内的信号进行光学放大。大部分OCS中采用的大多数EDFA可以使用控制环路来控制EDFA的增益。然而，这些系统仅控制EDFA的平均增益。馈送至该放大器的输入频谱(频谱占用和功率分布)的改变将影响所经历的每信道增益，也因此会影响现有业务的增益偏移。EDFA控制环路通常仅控制平均增益，而不能补偿因改变频谱占用所带来的影响。改变频谱占用也称为频谱改变，包括插入(增加(turnup))或删除(拆除(tear down))波长信道。虽然可以通过调节波长选择开关(WSS)维持正确的节点增益，但这只有当EDFA的增益改变比WSS响应慢得多时才可能实现。

光谱烧孔(SHB)是一种已知的效应，其因频谱占用的改变导致EDFA的输出的快速增益改变。当这部分的频谱占用发生改变时(由于波长信道的插入或删除)，SHB会对相邻波长信道造成不期望的增益改变。SHB是由铒离子的不同反转引起的，铒离子具有在波长上相对于彼此偏移的复杂但相似的发射和吸收光谱。因此，当插入(或删除)一个信道时，会对其他的、相邻的信道有影响。所以给定波长处的信号的存在会引起该信号周围的局部增益变化(光谱孔)，通常在2nm到8nm宽度之间。

图1为示出了对频谱分布A和B的SHB形成的一示例的图，其中由A-B的谱减法估计孔宽度。频谱B的分布不具有活跃的信道，而频谱A的分布具有单个活跃的波长信道。图1中示出了这两个光谱的减法(A-B)，其示出了针对该特定业务波长的孔的宽度和深度。在该图中，对于该特定示例，光谱孔估计为7nm。应注意，孔的宽度和深度随波长的变化而变化。例如，考虑ITU C波段的波长范围1530nm至1560nm；孔的宽度可以从频谱带下端处的2nm左右变化到频谱带上端处约8nm的左右波长。这里发明人注意到EDFA的局部增益变化是由光谱孔的燃烧(burning)或形成引起的，而在已形成的光谱孔内通常不会发生显着的附加光谱烧孔效应。此外，现有的光谱孔不会因孔内的频谱改变而显着增大。因此，随后在现有的孔(图1中所示的7nm范围)内插入或删除的任何信道对EDFA的增益的影响将会小很多。

因此，本发明的一个方面是提供频谱发生改变时避免光谱烧孔的负面影响的系统和方法。本公开的实施例涉及为预期在OCS中使用的波长信道范围预先形成光谱孔的方法和系统。实施例包括可配置空闲音调源，用于向在光通信系统中使用的频谱带上分布的空闲音调波长集合中的每一个提供光功率。所述可配置空闲音调源与光网元的输出光纤通信地耦合，并进行控制使得光功率存在于所述空闲音调波长集合的每一处的所述输出光纤中。尽管本说明书中使用了术语“空闲音调波长处的光功率”，但应理解，为了简洁，也可以使用等同术语“空闲音调波长信道”、“空闲音调信道”、“空闲音调”、“空闲者”或“虚拟信道”。所述系统使用的空闲音调波长信道的数量可以随着复杂度和最大化频谱效率的期望之间的折衷而变化。如上所述，光谱孔之间的间隔是随波长而变化的。因此，所述集合的相邻空闲音调波长信道之间的最小间隔应不大于该集合所经过的掺铒光纤放大器的最小预期的光谱烧孔特性。首先将针对特定示例讨论实施例，为了简单起见，假设间隔是均匀的。然后讨论一般情况。应理解，从技术上讲，ITU信道间隔的波长网格(wavelength grid)在波长单位方面不是均匀的(尽管它通常在频率单位方面是均匀的，例如50GHz间隔、100GHz间隔等)。因此，术语均匀的间隔不应严格解释为需要固定数量的波长单位。相反，本说明书中的术语均匀的间隔指的是一种简化形式，其指的是，假设以频率单位表示固定信道网格，多个信道方面的间隔。术语“不均匀的间隔”是指光谱孔之间的间隔随波长改变，并且对于较大波长，空闲音调波长之间的间隔可以更大。

实施例使用C波段上具有50GHz间隔的典型80信道DWDM的示例来讨论，但是应理解，本文所讨论的系统和方法可以扩展到其他OCS，例如是可以利用C波段或扩展频谱带(如“L波段”)的稀疏DWM系统或超密集DWM系统，或可以用于柔性网格(flex grid)系统。在一些实施例中，所述空闲音调波长信道分布在频谱带上，并且可以看作是类似于波分复用(WDM)信道的光子控制信道。所述信道的功率通常为3-4dBm，但是取决于具体情况，其可以更高或更低。

图2A、2B和2C示意性示出了根据实施例的在光网元的出口输出光纤处的频谱带上分布的波长信道。在该示例中，所述频谱带对应于DWDM的ITU C波段分配，其利用50GHz宽度的80个波长信道，但是应理解，可以使用72个、88个、96个或其他数量的波长信道分配。在每个附图中，存在有三个图示，其从上到下分别描绘了在该部分中存在的WSS信道信号、空闲音调信号和总信道信号。在每个图示中，箭头表示在该波长处存在功率，在箭头放置处即是波长处存在功率，而虚线则表示不存在(unlit)波长信道。

图2A表示当光网元的WSS没有接收到承载数据的专用(express)信道信号波长、并且在所述网元的插入端口处没有插入信道信号波长时，在频谱带上的波长信道。图2A的顶部图示表示在所述频谱带上不存在承载业务(traffic)的专用信道或插入的信道。如中间的图示所示，空闲音调波长信道集合分布在信道频谱上。在所示的实施例中，所述空闲音调波长信道集合包括在所述频谱带上分布的14个空闲音调信号波长信道。选择该集合以使空闲音调波长信道之间的间隔不大于最小预期的光谱孔宽度。由于上文讨论的最小孔宽度是2nm，因此选择2nm间隔，使该集合的任何两个相邻空闲音调波长信道间的间隔均匀，同时确保预先形成所有光谱孔。相应地，基于上文讨论的ITU信道间隔，这使该集合的任何两个相邻空闲音调波长信道之间为5个业务波长信道的均匀间隔。底部的图示表示传输到光纤的总信道，齐是由图中顶部和中间图示组合产生。在图2A所示的本示例中，因为不存在业务信道，只有14个空闲音调波长信道具有功率。换言之，当没有业务信号时，全部14个空闲音调波长信道的源都通电(powered on)。应注意，在一些实施例中，所有波长信道都可用于业务信号。在100％信道使用率的情况下(即，所有波长信道承载业务)，则没有功率提供到所述空闲音调波长信道。

图2B表示当存在承载了从WSS处接收的数据/业务的两个插入的波长信道21、22时，在频谱带上存在的信道信号。中间的图示示出由于两个插入的波长信道21、22承载了数据/业务，所以相应的两个空闲音调波长信道23、24的源被断开(shut off)。该图底部的图示所示出的总信道与图2A中的相同，其中在相同的14个波长信道上存在功率。具有功率的所述14个波长信道包含承载数据的2个业务波长信道和剩余的12个空闲音调波长信道。相应地，图2B的底部图示示出了在整个频谱带上、具有功率的波长信道之间的不超过2nm的间隔，确保在整个带上存在光谱孔。因此，可以在不会对该部分的EDFA产生SHB效应情况下插入额外的信道(即信道增加)。

图2C提供了另一示例场景的图示，作为图2B的延续。在图2C顶部的图示表示删除了图2B中现有的两个业务信道信号21中的一个，并在频谱带上插入了另一业务信道信号25。插入的业务信道信号25没有占用空闲音调波长信道的一个，而是占用了两个空闲波长信道之间的波长信道。如该附图的中间图示所示，由于在图2B中业务信道21的出现，被断开的空闲音调波长信道23随着业务信号波长21的删除而被接通。这确保了在所述空闲音调波长信道集合的每个波长信道存在功率。然而，由于在相同波长上仍然存在承载数据的业务信道信号22，所以空闲音调24将会维持断开，因此在空闲音调24的波长信道上仍有功率。由于业务信道25的插入，因此无需对该中间图示中的空闲音调做改变，这是因为业务信道25不对应于所述空闲音调波长信道中的一个。底部的图示表示耦合由可配置空闲音调源生成的WSS业务信道信号和空闲音信号之后，在该部分提供有功率的总信道可选地以相同的恒定输出功率运行，该可配置空闲音调源可以是，例如，一组激光二极管。如该图示所示，现在共有15个具有光功率的波长，包括所述14个空闲音调波长信道和插入的业务信号26，业务信号26不占用空闲音调波长信道中的一个。

在上面的讨论中，假设空闲波长信道之间的间隔应该不大于2nm，以确保基于2nm的最小测量SH宽度，不会进一步发生SHB效应。可以为优先考虑系统简易性而非频谱效率的系统选择这一最小间隔，它使整个频谱带中的空闲音调波长信道之间为均匀的间隔。然而，即使考虑了均匀间隔，该集合也可以与所示的不同。例如，空闲音调波长信道的位置可以偏移孔的最小宽度的一半(例如，对于2nm，则是两个或三个波长)。此外，所述集合中空闲音调波长的数量(I)可以根据该系统中使用的信道数量而变化。例如，如果使用88个信道，则可以使用15个空闲音调波长的集合来确保预先形成所有光谱孔(例如，以避免显着的进一步SHB效应)。

然而，如上所述，由于所述光谱孔的宽度随波长而变化，所以空闲音调之间的最小间隔不需要是均匀的。所述间隔可以随波长改变，并仍然最终能够防止额外的SHB效应。因此，在空闲音调波长信道之间的较大间隔可以用于产生较宽光谱孔的波长。相比使用均匀间隔时所需要的空闲音调波长信道集合，这可以允许系统使用更小的空闲音调波长信道集合。在一些实施例中，在预期的光谱孔宽度所增加了的量大于连续信道波长(除非是使用柔性网格，否则通常是固定数量)间的分隔的大小，所述系统就可以增加连续空闲音调波长之间的间隔。一些实施例可以通过将所述频谱带划分为N个区域或子带，并基于每个区域内的最小孔宽度来确定该区域的间隔，以在复杂度和频谱效率之间进行折中。取决于区域的数量，这样的系统可以具有N个局部最小值。

图3是根据一实施例的诸如分插(add/drop)复用器的网元(network element，NE)的框图。所述NE包括各种组件，该组件包括可配置空闲音调源300、信号分插模块380、输出光纤360、361和通路部分(passthru section)，通路部分在该示例中包括WSS 355、356和分路器351、352以及它们之间的互连(interconnection)。应注意，为了简化附图并未示出所有互连，而一些实施例会包括大量互连，每个分路器会将每个波长的副本(copy)发送到相应的WSS和分插模块380。所述NE可以是可重构光分插复用器(re-configurable opticaladd/drop multiplexer，ROADM)。

信号将由多个分路器351、352中的一个接收，这取决于信号源自的方向。所述分路器可以由执行类似操作的解复用器的替代形式替换，例如另一WSS。由分路器接收的DWDM信号将分成多个业务信道信号波长。所述业务信道信号波长的副本将被引导至分插模块380，其将会分出(由RSA)分配的作为分出信道的业务信道。根据所述业务信道信号波长的目的地方向，所述业务信道的另一副本将传输到WSS 355、356中的一个。另外，可以由分插模块380插入一个或多个新的波长信道，并再次根据插入的波长信道的目的地方向，将一个或多个新的波长信道传输到WSS 355、356中的一个。

因此，WSS将接收多个业务波长信道。在业务波长信道传输到输出光纤360、361之前，所述业务波长信道将与可配置空闲音调源300提供的多达14个空闲音调波长信道耦合。使用所述空闲音调波长信道，通过确保如上文所述的已经存在的光谱孔来最小化光谱烧孔的影响。

本示例中的NE包括可配置空闲音调源300，其包括分别用于每个输出光纤361、360的源模块301、302。源模块301包括14个激光二极管310、可变光衰减器(array of variableoptical attenuators，VOA)阵列311以及复用器312。14个激光二极管310中的每一个在所述空闲音调波长信道的一个处产生光功率。在一些实施例中，用于在空闲音调波长提供光功率的激光器为提供恒定光功率的未经调制的激光器，而在一些实施例中，其不会变化以调节EDFA的频谱平坦度。VOA 311可以衰减不需要的空闲音调波长信道的功率(因为它们已经存在于所述输出光纤处)。应理解的是，所述VOA像开关一样有效地将激光器的状态打开/关闭。为此，所述VOA不需要部分第衰减所述功率。在本说明书中，术语“插入光功率”是指有效地接通源功率，这相当于使所有源接通并且(完全地)衰减不需要的源。因此，可以将一组开关用作替代物。源模块302具有类似的配置。应理解，源模块301、302不需要改变所提供的光功率的量。在一些实施例中，每个源模块可以在单个芯片中实现。应理解，虽然图3示出了2级(degree)ROADM，但本文所讨论的原理可以对具有额外级数的ROADM进行扩展。具有额外级数的ROADM将包括额外的源模块。

可以由网元机架控制器(shelf controller，SC)390决定所述VOA应当衰减哪些空闲音调波长。SC 390可以从域光学控制器(domain optical controller)或诸如传输SDN(transport SDN)、光突发交换控制器或路径计算单元的任何其他控制器接收指令。例如，每个WSS从所有其他的输入接收所有波长(注意ROADM可以高于2级)。节点控制器390包括从所述域控制器(或如上所述的其他控制器)更新的连接表。节点控制器390确定由WSS对哪些波长进行滤波，以出现在输出光纤处。如果这个滤波结果不包括用于所述空闲音调波长信道集合中任一个的功率，则节点控制器390将指示所述源模块接通丢失音调的源，以与所述输出光纤组合。

如上所述，接通哪个空闲信道信号波长子集将取决于是否有业务信道信号存在于任何所述空闲音调波长信道。SC 390做出的决定将会发送到VOA 311，以控制每个激光信号的功率级。换言之，VOA阵列311确定是否由相应激光器产生的每个空闲音调波长信道用于并且耦合到所述输出光纤路径中。或者，可以使用一组高级激光二极管或替代的空闲音调发生器，以使它们可以自己确定它们的开/关模式，并且不需要诸如VOA 311的额外设备。

在由空闲音调源301提供了选择的空闲音调波长信道之后，所述空闲音调将利用来自WSS 356的业务信号波长信道耦合到光纤361。由光纤361承载的耦合的波长信道是图2A、图2B及图2C的底部图示中示出的总波长信道。应理解，空闲音调源302执行类似的功能，以向光纤360提供空闲音调。

图3示出了利用可配置空闲音调源的网元的一个示例，该空闲音调源能够为分布在所述频谱带上的空闲音调波长信道集合中的每个元件产生空闲音调信号。在该示例中，所述集合包括14个空闲音调，因此包括14个激光二极管。控制器390控制可配置空闲音调源301，以在每个空闲音调波长处插入光功率，该光功率原本在输出光纤361中不存在。如果所述输入光纤中存在每个空闲音调波长，而所述分插模块分出、但未插入该每个空闲音调波长，则其在所述输出光纤中不存在该每个空闲音调波长。此外，如果在所述输入光纤处不存在空闲音调波长信道，则该空闲音调波长信道不存在于所述输出光纤。如果对空闲音调来讲，这些情况中的任一种都为真，则所述控制器开通所述源，或者，可替代地，停止以衰减所述空闲音调的源。

在一些实施例中，分插模块380包括可调谐转发器，其可以产生用数据信号调制的波长信道。在不存在数据业务的情况下，转发器的激光源可用于产生原本在所述输出光纤不存在的在空闲音调波长的功率。应理解，在该背景环境下，所述分插模块被认为包括转发器，并且控制器390可以控制该转发器的状态。在一些实施例中，所述分插模块的可调谐转发器可以在所有14个空闲音调波长处产生光功率，在这种情况下，可以认为所述可配置空闲音调源包括这些转发器。作为选择，所述空闲音调源可以在所有空闲音调波长提供恒定的未经调制的光功率。在一些实施例中，除了接通和断开之外，所述光功率级是相同的并且未经过调整的。在其他实施例中，所有空闲音调波长处的光功率级是相同的，但除了一个空闲音调波长之外，在该空闲音调波长处，例如，不超过10％，小幅度调制被提供用于诊断和/或计量目的。

在一些实施例中，所述可配置空闲音调源包括多个源，其配置用于产生所述空闲音调波长信道集合的子集，且其中所述可调谐转发器配置用于产生所述空闲音调波长信道集合的剩余部分。当所述分插模块没有包括足够的转发器来为所有空闲音调提供功率和/或源模块301/302没有包括足够的转发器来为所有空闲音调提供功率的情况下，这可以是有利的。

图4示意性地示出了根据实施例的利用多个网元的OCS的一部分。这种OCS包括通过段互连的多个网元(例如，ROADM)403、404、425、430、440和450。每个网元之间的连接称为段，且包括光纤和一些数量的EDFA，这取决于所述网元之间的距离。将所述网元组成域，每个域由域控制器(domain controller，DOC)来控制。图4示出了用于DOC 1的第一域控制器401和用于DOC 2的第二域控制器420。DOC 1包括网元403和网元404。网元403包括到所述OCS的另一部分或另一个OCS的连接402。网元425位于DOC 1和DOC 2之间的边界，并且因此包括到DOC 1 401和到DOC 2 420两者的信令连接。DOC 2被认为包括连接NE 425和430的段。DOC 2还包括网元430和网元440。网元450包括到OCS的另一部分或另一个OCS的连接451。应理解，每个网元包括控制器390(如图3所示)，其控制所述网元的运行，并因此控制从所述网元到每个段的输出。每个网络控制器390从其对应的域控制器接收控制信令。在一些实施例中，域控制器经由信令有效地控制网元控制器。因此，每个网元(network element，NE)中的机架控制器(SC)可以从域光学控制器或诸如传输SDN的任何其他控制器接收指令。在一些实施例中，基于所述DOC关于每个NE传送或插入或分出哪些业务信道的决定，所述DOC可以决定应该由每个SC生成空闲音调波长信道的哪个子集。

应注意，在一些实施例中，为了避免每个网元本地(locally)产生所有空闲音调所带来的开销和复杂性，网元配备的激光器数量可以少于为每个空闲音调提供功率所需的激光器的数量。实际上，在某些提供包括不能在本地提供的在空闲音调的功率的专用业务(express traffic)的情况下，可以使用这样的实施例。所述DOC需要确保每个段包括每个空闲音调波长信道的功率，并确保在(可用于)对任何给定空闲音调波长信道都没有转发器的节点处不分出业务。这意味着成本和可靠性之间的折衷。然而，这样的实施例将具有有限的从故障中恢复的能力，如下面参考图5所讨论的。

图5是使用上述实施例的示例应用的框图。当一个或多个信道信号波长由于诸如光纤切断等意外中断而丢失时，可以在保护倒换期间使用实施例。当在网元的输入光纤处检测到一个或多个信号信道的丢失时，实施例可以打开断开(或衰减)的激光器，以消除在空闲音调波长信道上损耗用于通路业务的业务信道的SHB影响。图5示出了网元510，其在分出端口515分出信道516并在插入端口520插入信道540。工作信道530通常作为通路(专用)信道535经过网元510。当550处发生故障时，所述工作信道(分出信道516和通路信道530)将不再存在于节点510的输入光纤中。因此，所述节点将为每个未在插入端口520插入的空闲音调波长信道打开激光器，以确保在输出光纤上为所有空闲音调波长信道提供功率。

一些实施例可以很好地适用于通过DWDM利用光突发交换(optical burstswitching，OBS)的OCS。OBS是在短时间内(传输突发的持续时间)使用波长的应用。传统上光学连接的时间很久(例如，建立时间持续数小时、数天等)。常规系统花费时间来增加信道(或改变频谱占用)，以调整网络参数从而补偿由EDFA引入的SHB效应。对于长时间的连接来说，在传统系统中冗长的信道增加的时间是可以忍受的，但它却是禁止OBS的阻碍之一。然而，通过确保为所有空闲音调波长信道提供功率，减少了信道上路时间，有效地消除了对OBS的阻碍之一。相应地，实施例可以启用OBS系统。

以上描述阐述了使用基于段的方式的方法和系统，用于通过使用每个网元处的可配置空闲音调源来管理频谱占用。现在将讨论基于网络的方式的替代方法。在一些实施例中，这种方式可以与现有网元一起使用，而不需要额外的硬件(或者至少在大多数网元处不需要额外的硬件)。此外，还将讨论利用混合方式的实施例。注意，这些实施例的示例仍将涉及80信道“C波段”网格，但是本文讨论的方法和系统可以扩展到使用其他频谱网格配置和使用受SHB效应影响的非EDFA放大器的光通信系统。

图6示出了根据实施例的光通信系统(OCS)的网络视图。所述网络通常可以根据应用平面610、控制平面620和物理网元660来管理。应用平面610中的服务层600实施在所述OCS上提供的各种服务。在一些实施例中，服务层600可以使用本文讨论的系统和方法来实施光突发交换。路径计算单元(path computation element，PCE)630确定如何使用物理网元来提供服务。PCE 630包括路由和频谱分配(routing and spectrum allocation，RSA)模块635。RSA有时也称为路由和波长分配(routing and wavelength assignment，RWA)。RSA模块635通过将业务分配给波长信道来分配频谱，以满足服务请求。所述波长信道在网元(NE)之间路由，所述网元也称为节点，因此可以将业务从源节点路由至目的地节点。所述RSA利用网络数据650的数据库和物理层损伤(physical layer impairment，PLI)模块640以及动态建模模块645，以确定如何最佳地路由信号。PLI模块640考虑线性和非线性损伤，而动态建模模块645确定关于光子层的时间(photonic layer related timing)，可以考虑EDFA动态性、EDFA增益控制、供应、消息传递等因素。

可以将物理网络660划分成域，例如，域A、B、C、D以及E。每个域包括通过光链路(段)互连的多个网元(通常为ROADM)。域D 670的示例示出了6个ROADM 671-676的例子。所述ROADM通过链路，例如，链路678，连接，每个链路可以包括多个EDFA，这取决于节点之间的距离。

每个域具有域控制器，例如，DOC 655，其为控制平面620的一部分，域控制器发送控制平面信号以控制每个节点。应注意，可能存在多个PCE。在一些实施例中，OCS可以包括多个PCE和多个DOC。在一些实施例中，所述控制器可以是SDN控制器，其中该SDN控制器可以包括PCE功能。在其他实施例中，所述RSA可以具有位于这种SDN控制器和服务层之间的独立功能。虽然该图示出了每个域的控制实体，但是每个域不必包括自己的控制器，因为在一些实施例中，控制节点可以控制一个以上的域。在一些实施例中，所述PCE功能可以是分布式功能，其中多个PCE组件共同执行所述PCE功能。然而，在一些实施例中，每个域可以属于不同的服务供应商，在这种情况下，每个域将具有PCE和DOC。

实施例涉及PCE或SDN控制器，其实施控制频谱占用的方法，以避免在插入或删除信道时带来的SHB影响。将针对利用了上文参考图2讨论的空闲音调之间的均匀间隔的示例讨论实施例。这种方法根据以下规则将业务分配给波长信道并对其路由：

利用的信道之间的最大间隔小于预期的最小光谱孔宽度。如上所述，最小孔宽度以及空闲音调之间的最大间隔取决于波长。

路由波长信道，使得对于每个ROADM，专用(通路)信道和(在插入端口)插入的信道符合规则(a)。

利用的波长信道包括业务信道和空闲音调，虽然它们不用于承载业务，但是给它们提供功率。所述PCE/RSA为每个段(或至少是每个足够长，因而需要光学放大器的段)维持所述空闲音调波长集合的光功率。所述空闲音调波长处的空闲音调集合可由所述网络中未使用的转发器初始地提供功率。这些在所述空闲音调波长处经提供功率的空闲音调可以通过所述网络路由。简而言之，所述PCE/RSA产生两个路径集：一个路径集用于业务信道并且一个路径集用于必需的空闲音调波长信道，以此确保为每个部分提供每个空闲音调波长信道的功率。

图7示出了根据实施例的用于实施由所述PCE的控制器执行的频谱改变请求的方法。在该示例中，假设该空闲音调波长信道集合包括具有2nm的均匀间隔的14个波长信道。如上所说，这仅是一示例。出于实际考虑，分隔在波长单元中可能不均匀，这是因为ITU网格在波长单元中间隔不均匀。其他实施例可以将所述光谱孔宽度为波长的函数考虑在内。例如，对于80波长网格，因为对于某些频谱部分，所述孔宽度(以及因此空闲音调之间的最大间隔)较大时，所以空闲音调波长信道的数量可以小于14。在步骤700，假设所述网络开始时没有业务。基于空闲的(free)转发器，所述RSA模块确定通过网络的连接集合，以符合上述规则(a)和(b)的要求。在步骤705，所述RSA路由这些连接集合，以确保每个部分包括所述空闲音调波长集合(在该示例中，14个波长以2nm为间隔)的功率。当网络启动时，初始没有业务，因此将(所述网络中某处的)14个转发器调谐到适当的空闲音调波长信道，其信号随后被路由经过每个部分。在步骤710，所述PCE接收频谱改变请求。该请求通过向信道波长插入业务或从信道波长删除业务来改变该网络的频谱占用。注意，在传统的光学系统中，从信道波长中删除业务通常涉及移除该波长的光功率，因为这时提供业务的转发器已经断开。这种改变请求通常涉及从第一NE到第二NE的连接，应理解，可能存在多个中间NE。对于删除的情况，在步骤740处，所述PCE确定将要删除的连接是否对应于空闲音调波长。如果将要删除空闲音调波长上承载的业务，则在步骤745处所述PCE指示所述第一NE(该业务的源)断开该业务，并保持所述转发器开通。若否，则在步骤750处所述PCE指示所述第一NE断开连接，然后所述PCE，例如通过更新可用信道波长的内部数据库，将该波长返回到可用信道波长池。

如果所述改变请求是在所述第一NE和所述第二NE之间插入新的业务连接，则实施路由和频谱分配过程。在步骤720处，所述PCE从所述可用波长信道池中选择波长信道，以承载该业务。在所示的实施例中，业务插入可以在由所述空闲音调定义的波段中使用分布式负载平衡处理，其中每个波段以一个空闲音调波长开始并且包括空闲音调波长之间的非空闲音调波长。例如，如上所述，所述系统可以利用非均匀间隔来适应所述孔宽度是波长的函数这一事实。在这种情况下，系统可以为每个波段分配一个与孔宽成比例的权重。对于这样的实施例，所述RSA可考虑基于该权重对每个波段进行负载平衡。下一步取决于在步骤725处所述选择的波长是否是空闲音调波长信道的波长。如果所述选择的波长不是空闲音调的波长，则在步骤730处所述PCE指示所述第一NE建立连接以承载业务。如果所述选择的波长是空闲音的波长，则在步骤735处所述PCE指示所述第一NE插入业务。在一些实施例中，这可能涉及使用其激光器调谐到所述空闲音调波长的相同转发器。这将包括利用所述转发器的数据路径和DSP来调制由所述激光器产生的用于该空闲音调的信号(即，使用为该空闲音调波长提供光功率的转发器)，或者断开该转发器并使用另一转发器，以在所述选择的空闲音调波长产生业务。此外，由于现在所述空闲音调波长用于所述第一NE和所述第二NE之间的业务，这意味着将该空闲音调在第二NE处分出。因此，在步骤736处所述PCE维持在所述第二NE处的该空闲音调。换句话说，所述PCE配置所述第二NE，用于在出口光纤(egress fiber)提供该空闲音调波长的光功率。这可以通过使用所述控制平面信令消息来配置所述NE，以使用本地激光器在所述分出的空闲音调波长处提供光功率。或者，所述PCE可以在所述第二NE的插入端口处向所述分出的空闲音调波长分配插入业务。应理解，虽然流程图示出了单个改变请求的步骤，但实际上所述PCE可以同时处理许多这样的请求。对所述RSA过程的约束(来自上述规则(a)和(b))是PCE不应该向所述空闲音调波长分配业务，并且然后在没有在第二NE的空闲音调波长处插入另一业务信号的情况下在所述第二NE上分出业务，或保持功率(例如，通过利用本地空闲音调源)。注意，如果所述第二NE是该整个部分的终止节点(换句话说，它不包括出口光学部分，但是有效地分出所有业务)，则不需要这个约束(从而无需步骤736)。

当所述空闲音调的源和目的地与所述服务请求的源和目的地相同时，一些实施例可以将业务分配给空闲音调波长。例如，如果新的服务请求710具有与空闲音连接的源和目的地地址相同的源和目的地地址(即，由RSA建立的连接仅包括功率但没有数据)，则可以将该业务分配到那个空闲音调波长。一些实施例可基于优化用于承载数据的空闲音调的数量并考虑在所述网络中对不同路径的利用，使用空闲音调连接的连接矩阵来实施这样的特征，以允许将更多地空闲音调波长的利用用于业务。

应明白，可以使用混合方法，其中所述OCS中的一些NE配备有可配置空闲音调源，但其他的NE(出于成本原因)则不配备。所述PCE将清楚哪个NE可以在所述空闲音调波长的全部(或子集)上提供光功率，并相应地做出其RSA决定。例如，对于源节点和目的地节点之间的新业务请求，如果该源和目的地都与作为非业务信道(即，有功率但没有业务)的空闲音调的先前路由匹配，则一些实施例仅会把这样的请求分配给空闲音调波长。然而，如果一些节点配备有可配置空闲音调源(例如，如上面参考图3所讨论的)，则所述RSA可以将所述新业务请求分配给空闲音调波长，即使在某些情况下源和目的地中只有一个是匹配的。例如，假设所述RSA已经通过中间网元(节点2)将作为非业务信道的空闲音调从源(节点1)路由到目的地(节点3)。对于从节点1向节点2插入业务的新请求，如果适当地配备节点2以在其出口端口的所述空闲音调波长处为该空闲音调波长提供光功率，则所述RSA可以将该业务分配给节点1和节点2之间的空闲音调波长。在这种情况下，所述RSA将向节点2发送指令，在其出口端口为该空闲音调波长提供光功率。

此外，在一些实施例中，为信道插入请求选择波长的过程可以考虑将空闲音调波长用于配备有这种空闲音调源的NE之间的业务信道，以便随后在删除该业务时，在那些波长处维持光功率。如上所述，这对OBS可以是有利的。相应地，所述PCE可以使用这种方式路由短的光学数据突发。

此外，至少对于某些NE而言，这有助于降低可配置空闲音调电源的成本和复杂度。在图3所示的实施例中，所述空闲音调源能够为每个空闲音调波长提供功率。虽然这使得基于段的方法成为可能或能够确保每个段总能为每个空闲音调提供功率，但这是以包括足够的激光器来维持每个空闲音调的功率为代价的。在一些实施例中，所述NE可以配备具有较少激光器的可配置空闲音调源，这样的空闲音调源仅能向所述空闲音调的子集提供功率。如果使用固定频率光源，则该子集可以是固定的。在其他实施例中，使用一些数量(X)的可调谐源。这意味着所述NE可以向X空闲音调提供功率，这可以是任何的X空闲音调。该信息可以存储在所述PCE数据库650中，并且可以对PCE 630利用的RSA过程提供约束。

如上所述，参考图7的步骤720，一些实施例可以在选择波长时利用分布式负载平衡来满足请求。作为示例，一些实施例可以将所述频谱划分为N个波段，其中每个波段以空闲音调为中心。作为示例，所述RSA功能可以选择具有最小负载的波段。所述负载可以定义为波段位于其上的业务信道数除以波段位于其中波长信道的总数。

本公开的第三方面涉及利用ROADM的广播能力将空闲音调波长处的光功率维持在整个域中或者潜在(potentially)在整个OCS中的方法和系统。

图8示出了根据实施例的包括解复用器(DEMUX)方向的无源分路器和复用器(MUX)方向的波长选择开关(WSS)的2级ROADM。在该示例中，ROADM 800包括通路部分、分插模块830和控制器890，所述通路部分用于从输入光纤801到输出光纤804，以及从输入光纤802到输出光纤803通过多个波长信道。所述通路部分包括两组复用器(MUX)和解复用器(DEMUX)设备810和820。在图8所示的实施例中，波长选择开关(WSS)812和822用于MUX操作(以及有选择地将波长信道路由到合适的目的地)，而无源分路器811和821则用于DEMUX操作。然而，其他实施例可以使用替换形式的复用器和解复用器。ROADM 800中的组件经由光链路841-846互连，其在图8中示意性地示出。应理解，分路器811将801处存在的DWDM波长信道的副本提供给分插模块830和WSS 822。类似地，分路器821将802处存在的DWDM波长信道的副本提供给分插模块830和WSS 812。由于这是2级ROADM，因此仅存在2个WSS。然而，因为所述ROADM在广播模式下操作，所以通常每个分路器会将每个信号的副本发送到每个WSS而不进行过滤。应理解，这是简化图，且ROADM可以在分路器和WSS之间包含各种组件，包括但不限于光纤、色散补偿光纤(dispersion compensation fiber，DCF)、色散补偿模块(dispersioncompensation module，DCM)等。然而，为了简化附图，示出了单个示意性的连接843。此外，为了简化附图，未示出控制器890与其他组件之间的互连。取决于接收的输入信号的方向，ROADM 800经由输入光纤801和802接收输入波长信道。该输入信号包括承载数据的业务波长信道，并且还可以包括由空闲音调源产生的空闲音调波长信道。换句话说，包括空闲音调波长信道的输入波长信道的副本可用于所有其他专用方向以及由无源分路器811和821造成的本地分出。

图8中所示的ROADM架构是基于WSS和无源分路器架构的2级节点的示例，其中光波长信道经由专用链路通过或分插模块分出。该架构可以扩展到“M级”节点(ROADM)，其覆盖所述光网络中的“M”个方向，M通常为2、3或4，并且在大多数情况下最大值为8。在控制器890的控制下，所述WSS过滤互连，以将每个波长信道路由到适当的目的地。所述WSS的过滤能力基于网络控制器的指令(诸如RSA功能)由控制器890来控制。通常，每个波长信道仅在一个方向上传输。然而，应理解，可以在多个方向上对从所述ROADM的DEMUX端口接收的光波长信道进行广播。通常，所述WSS的过滤能力用于确保在一个方向上承载业务的波长信道不会环回(loop back)并在另一个方向或网络的其他段与相同的波长信道发生冲突。实施例利用这种ROADM的广播能力来广播空闲音调波长信道，使得每个段包括对该集合的每个空闲音调波长信道的功率。

图9示出了根据实施例的示例性3级ROADM。ROADM 900除了在北方向上包括DEMUX/MUX模块930之外，图9中所示的ROADM 900的总体架构与图8中的ROADM 800相似。ROADM 900还包括附加的内部光链路，以便将模块930与其他DEMUX/MUX模块(模块910和模块920)以及分插模块940互连。利用附加的一组DEMUX/MUX模块930，ROADM 900能够以三种方式(两种方式用于剩余方向(东向和西向))以及朝向分出模块940方向的方式广播波长信道。如图9所示，在模块910、920和930内的分路器(911、921、931)提供在ROADM的节点架构内部的广播特征。对于空闲音调(类似于WDM业务信道)，通过在相应的WSS模块(912、922、932)适当地应用过滤，这种广播可以扩展到线路(这里是东向、西向、北向，即网络级别)。输入波长信道由ROADM 900在输入光纤901、902和903之一处接收。每个分路器911、921或931将接收的DWDM信号分路到它的组件波长信道，并将每个波长信道发送给每个MUX(即在其他方向的两个WSS)，并且能够经由分插模块940分出指向本地目的地的波长信道。例如，分路器931对输入信号953(图9中的实线)进行分路。分路的波长信道经WSS 912和WSS 922路由进行使用(forexpress)，并传送到分插模块940以进行本地分出。换句话说，每个波长信道(包括所述空闲音调波长信道)的副本可以在所述ROADM的所有输出方向(线路)上可用，由每个WSS进行过滤。在一些实施例中，每个WSS配置为不过滤所述空闲音调波长。换句话说，所述ROADM配置为向网络内的适当方向(线路)广播空闲音调波长信道。相应地，通过提供至少一个初始源，以及通过每个ROADM随后在空闲音调波长信道上广播功率，为每个光网络部分中的每个所述空闲音调波长信道提供功率。

图10是示出了根据实施例的网络级视图，其图示了如何在光通信系统(OCS)上分布空闲音调。图10中的各种网元与图6所示的物理网络660的网元相似，另外增加了空闲音调源1001。如图10的上面部分所示，物理网络可以分成多个域网络A、B、C、D以及E。每个域网络包括多个如ROADM等的网元，该网元通过光链路互连。图10的下面部分是域网络1000的放大视图，示出了域网络D中的各种组件。域网络1000包括通过光链路1021-1027互连的多个ROADM 1011-1016，每个ROADM可以根据节点/ROADM之间的距离包括一个或多个光放大器。所述光放大器可以包括，例如，诸如EDFA的光纤放大器或半导体光放大器(semiconductoroptical amplifiber，SOA)等等。

图10包括空闲音调源1001。尽管在该示例中示出了单个空闲音调源1001，但是应理解，每个网络域可以包括额外的空闲音调源。空闲音调源1001是多音调光源，其在每个空闲音调波长处产生光功率。合适的网络控制器(例如，PCE、传输SDN控制器、域/分段光学控制器(DOC/SOC)等)可以通过采用每个ROADM节点的广播特征来配置ROADM以平衡网络上的频谱，如上文参考图8和图9所述。每个ROADM，例如由所述WSS采用的过滤，是由所述PCE配置的。由所述空闲音调源产生的音调信号应该在WDM组件的频谱范围内，以便以与ROADM和放大器(在这种情况下为EDFA)承载数据的波长信道类似的方式进行处理。在一些实施例中，使用单个空闲音调源，而其他实施例可以部署一些硬件空闲音调源。在任何情况下，少量源可以使用ROADM的广播特征生成能够覆盖整个网络域的空闲音调。这降低了必须部署能够在每个节点/ROADM的空闲音调波长集合处产生多个空闲音调的硬件的成本。这对于已经部署的现有网络尤其重要，因为与参考图3讨论的实施例相比，它减少了在每个节点安装附加硬件的需求。然而，对于许多实施例，这是以频谱效率为代价的，因为当使用这种广播方法时，许多实施例将禁止将空闲音调波长用于业务。然而，一些实施例可以利用合适过滤和RSA软件，以允许当利用这种广播方法，例如，当一些节点包括如上所述的可配置空闲音调源时，所述空闲音调在一些段承载数据。

图10示出了单个空闲音调源1001的示例，空闲音调源1001用于在两个方向上为整个网络域1000的空闲音调波长集合分配光功率。应理解，每个光链路(光链路1021-1027)可以包括用于每个方向的光纤，但为避免图形混乱，这里仅示出了单个链路。图10示出了由空闲音调源1001产生的空闲音调波长处的光功率可以在每个光链路(光链路1021-1027)上以“+”(虚线)和“-”(实线)方向流动，所述光链路与网络域1000中的ROADM(ROADM 1011-1016)互连。此外，如图10所示，以1016为例，一些ROADM中的WSS的过滤功能可以配置用于将空闲音调从一个方向环回另一个方向。例如，ROADM 1016通过在“+”(虚线)方向中的链路1026和在“+”(虚线)方向中的链路1025(来自ROADM 1015)接收所述空闲音调波长的功率。在这两种情况下，ROADM 1016以相反的方向将这些信号环回光纤上。这在过渡结(transitionjunction)1036和1037处示意性地示出，其中所述空闲音调从“+”(虚线)方向转换到“-”(实线)方向，但是应理解，这些过渡发生在ROADM 1016之内。应理解，在其中执行环回的位置的选择是设计问题，并可以简单地定制。额外地，可以将所述ROADM定制为在单个方向(或者方向的子集，取决于度的数量)上使用广播特征。作为示例，注意ROADM 1012在“+”方向而不是“-”方向采用广播特征。这是为了避免当ROADM从段1022和1027接收空闲音调时，该空闲音调在段1021中的“-”方向上发生干扰。因此，可以由所述域控制器(或PCE或SDN控制器)以不同方式配置每个ROADM，以采用广播特征从而确保每个段的每个空闲音调波长信道中存在功率。

在一些实施例中，将所述广播特征有效地用于空闲音调，以支持经由软件/通过如PCE或其他控制器施加给ROADM的控制的每个链路中的两个方向。由于如图10所示的域1000的网格特性，其中每个节点具有的最小度为2，因此这对图10中的所有链路是可能的。但这可能不适于一些节点(ROADM)仅具有一度的所有网络场景(即，它们仅连接到一个ROADM)。对于边缘节点和/或尚未升级的节点尤其如此。在这种情况下，仍然可以通过对这样的一度边缘节点使用额外的硬件(或手动)组件(或动作)来支持相应节点的两个方向的空闲音调，如下面参考图15所讨论的。特别地，在这种情况下，内部的物理环回可以由环回连接器提供，或者简单地通过跳线光纤或环回连接器将一个分路器输出端口直接连接到相应的WSS输入端口。其他实施例可以在相应节点处使用不同的空闲音调源以支持其他方向，这也可有助于提供冗余(redundancy)。

图11A和图11B是根据实施例的两个网络级视图，其示出了用于故障恢复的示例。OCS中的故障可包括任何由于设备故障或光纤切断导致的突然/意外中断而造成的一个或多个信道信号波长的损失。请注意，图中上面和下面编号的组件是相同的，但它们在每个场景中可以代表不同的状态。另外，如图10所讨论的，对应于空闲源1101和1102的频谱占用的额外线路表明(reflect)双向的频谱覆盖，而为简单起见在图11中并未示出方向。特别地，图11A示出了故障之前的网络。图11B示出了在段1121发生故障之后的网络。图11中的示例域网络系统1100除了在网络域1100中还包括多个空闲音调源(空闲音调源1101和1102)之外类似于图10中的示例网络域1000。在图11中，该两个空闲音调源以不同的地理位置示出，但是在其他实施例中，该两个源可以位于同一节点。它们实际上可以在单个硬件卡(模块)中实现，以支持两个空闲音调集合，如下所述。在一些实施例中，包括可配置空闲音调源的ROADM或其他节点，例如以上参考图3所讨论的，可以用作该空闲音调的单个源。此外，可以，例如，通过选择不同的激光二极管，修改所述可配置空闲音调源以产生双半音调(dualhalf tone)。

为了在发生故障时确保冗余，两个空闲音调源1101和1102中的每个都可以产生半音调(half tone)，如图12的示例所示。图12示出了有两个空闲音调半音调占用为每个空闲音调分配的频谱，使得当两个空闲音调半音调共存时共享带宽(GHz)。换句话说，每个半音调可能占用分配给空闲音调的频谱的一半。这使得当在基于ITU网格的网络环境下利用单个波长信道的频谱时，允许两个空闲音调共存，其中，分配给每个WDM信道的频谱是固定且是事先已知的(50GHz或100GHz)。此外，应注意，向单个半音调提供功率足以预先形成光谱孔，从而在由WDM的信道分插造成的频谱占用改变时、或在突然的故障事件期间，最小化非线性放大器频谱增益行为。相应地，通过为该空闲音调波长集合中的每一个向单个半音调提供功率而获得的冗余，这足以防止因响应于所述频谱占用的改变而造成的额外SHB效应。相应地，为每个空闲音调提供两个半音调的功率增加了冗余，而不会进一步降低固定网格应用的频谱效率，应当记住，对于大多数实施例，当使用这种广播方法时，该空闲音调波长不能用于业务。对柔性网格和灵活带宽网络来说，在为空闲音调进行静态波段预留的情况下，空闲音调的存在可能影响网络的频谱效率。

在该示例中，空闲音调源1101(图11A和11B中的虚线所示)产生图12中虚线的半音调的功率。类似地，空闲音调源1102(图11A和11B中的实线所示)产生图12中用实线所示的半音调的功率。相应地，网络域1100由多个网元组成，例如，ROADM 1111-1116。ROADM通过光链路1121-1127彼此连接，光链路1121-1127中的每一个可以包括一个或多个EDFA，这取决于节点/ROADM之间的距离。

图11A表示当整个网络域1100正常操作时的一般场景，其中网元之间的所有连接都处于操作状态。由于所有光链路在两个方向上包括用于每个空闲音调波长信道的两个半音调的功率，因此在该域网络上存在冗余。

图11B示出了在发生故障和进行修复(restoration)时，存在的冗余如何使系统将光功率维持在该空闲音调波长集合的示例。在该示例中，当ROADM 1111和1112之间发生故障时，例如，由于链路1121处的光纤切断，由空闲音调源1101产生的空闲音调(以虚线示出)可以在光链路1123和1124中流动，但不能在光链路1121、1122、1125和1126中流动。然而，由源1102产生的空闲音调半音调仍然能够在光链路1122-1127中流动。换句话说，虽然空闲音调源1101没有在该空闲音调波长为该光链路提供功率，但光链路仍能从空闲音调源1102处为该光链路提供功率。因此，由于对该空闲音调波长信道集合的功率持续存在，这使得在不扰乱该网络中EDFA增益的情况下能够进行修复和故障恢复。如上所述，这只是一个示例，用于说明在基于图11所示ROADM的配置发生故障后，单个切断可以如何导致每个光链路的不同频谱占用。应注意，实际结果可能取决于拓扑，以及用于在网络内实例的由PCE或RSA应用于ROADM的广播功能的详细考虑和定制。

图12示出了根据实施例的当使用半音调时每个空闲音调波长信道的频谱占用。图12示出了存在两个空闲音调“半音调”占据分配给单个空闲音调的频谱，使得当该两个空闲音调半音调共存时共享带宽(GHz)。

图12是根据实施例的用于空闲音调的固定波段预留的说明性示例。在固定波段预留中，与动态波长预留(其示例将在下面参考图13讨论)不同，空闲音调波长是预先固定的并且不会随时间改变。应理解，图12未示出光网络频谱带的整个范围，而仅表示出该频谱带的一部分。参考图12，四个区域1211、1212、1213和1214表示为空闲音调预留的波长范围。每个区域都由虚线包围，且都具有共享相同带宽的半音调。如图11所示，所述半音调可以由两个不同的空闲音调源产生。能够承载业务信号的多个波长信道存在于每个波段(哈希区)1221、1222或1223中。每个哈希区的宽度代表位于该哈希区两端的两个相邻空闲音调波长之间的间隔。任何两个空闲音调波长之间的间隔取决于是否使用均匀间隔。如上所述，由于SHB是波长相关，因此每个波段的宽度，即可以分开空闲音调波长的波长信道的数量，可以作为波长的函数而改变。如前所述，为了简化该系统，可以使用光谱烧孔观察到的最小宽度可以用于两个相邻空闲音调之间的间隔。在这样的系统中，该间隔在整个所述频谱带中是均匀的。换句话说，在简单系统中，空闲音调在整个所述频谱带和间隔中均匀分布，因此每个WDM业务波段1221、1222和1223的宽度应为2nm或更小。然而，随着光谱孔的宽度随波长变化，两个相邻空闲音调信号之间的最小间隔可以根据波长而改变。通常，对于较大的波长，光谱孔的宽度更宽，使得在两个相邻的空闲音调信号之间可以具有宽于2nm的间隔。

如上所述，对于一些实施例，空闲音调不用于承载业务。然而，当容量达到没有其他WDM信道可用于业务的情况时(换句话说，当分配给数据的所有波长信道都承载数据时)，则将预先形成所有光谱孔。此时，RSA可以开始使用为空闲音调信号预留的频谱来向WDM业务信号分配。换句话说，最初RSA将预留空闲音调波长，但不将它们用于业务。然而，当系统接近满容量时，RSA可以释放该空闲音调波长用于业务。

图13是根据实施例的动态波长预留的说明性示例。至少一些光学系统使用动态波长分配来提高整个网络系统的效率。在这些系统中，根据物理网络结构和网络连接，可以实时动态地分配业务信号的波长，以达到优化的目的。因此，空闲音调信号可能需要转换到新的波长，以确保两个相邻信号之间的间隔不会产生额外的光谱孔。为了避免这种情况，管理层(例如，RSA功能)可以控制相应区域中每个空闲音调源使用的空闲音调波长，以根据需要动态地填充频谱。另外，图10和11中的空闲音调源应是可调的，以在利用动态波长预留时调整空闲音调波长信道。

同样，应理解，两个相邻空闲音调之间的波长间隔可以根据频谱带波长而变化，其中，RSA分配每个空闲音调。因此，RSA应确保任何两个相邻空闲音调信号之间的间隔应小于该波长的任何可能的光谱孔的最小宽度，以确保放大器表现得更线性，并且尽可能地使非线性效应最小化。通过这样做，该系统确保在整个所述频谱带上没有进一步的SHB。

已经讨论了可以利用ROADMS的广播特征的实施例，其利用包括过滤(例如由WSS使用)的MUX架构。实际上，可以通过适当地控制ROADM方便地使用广播以将节点内的内部无源分路器提供的广播特征扩展到互连网元的线路。一些实施例是通过假设网络的网状结构(meshiness)而配置的，这意味着所有节点具有至少2度，其中可以通过软件控制(由PCE/RSA的处理器执行)来应用网络级广播。在存在具有1度的节点的场景中(即，相应节点仅直接连接到单个节点)，在没有附加功能情况下，无法应用所述广播特征来支持链路的两个方向上存在的空闲音调，尤其是对于与1级节点相关的链路。作为示例，图14示出了与图10不同的网络。在图14所示的网络配置中，节点1415和1425仅具有一条链路将它们连接到其他的节点。为简单起见，省略了图14的其余节点的编号。带箭头的实线示出当前使用ROADM广播功能的空闲音调的方向。然而，广播在反向方向上是无效的，因为节点1415和1425在相反方向上不从其他节点接收空闲音调。相应地，一些实施例通过在ROADM 1415和1425处具有物理连接(即，环回)来利用环回特征，以在反向方向上向空闲音调提供功率。通常，不将ROADM配置用于将从一方向(例如，东向)接收的信号环回，以将相同信号路由回相同方向(例如，东向)。除非可以通过软件配置ROADM 1415和1425以实现这样的环回，否则可以实现硬件环回。可以通过将所述ROADM的解复用器的输出端口物理连接到相应ROADM的一个复用器端口来支持硬件环回。在一些实施例中，“环回连接器”或光纤跳线可用于实现这种环回。这种情况通常适用于存在具有度为“1”的节点的线性或树链接拓扑的网络。直至该相应节点升级为支持更高度并因此成为网状结构网络的一部分可用于在两个方向上支持该空闲音调。

对于能够广播但不使用WSS(或使用过滤的一些其他架构)的节点，由于该空闲音调的相移形式(phase-shifted version)的干扰，所述广播可能产生一定的功率不稳定性。这可能发生在没有可重构特征的节点中。实际上，在这样的网络中，假设WDM信道拓扑的性质是具有最小故障恢复要求而几乎静态的(否则必须部署ROADM，其中智能硬件和软件可用于智能网络)。因此，对可以使用广播特征来充分分布空闲音调的网络拓扑的类型存在限制。由于在这种网络的复用器和解复用器中的广播性质，创建环路的链路的存在可能会限制对这种网络应用广播特征。在这样的网络中，可以采用空闲音调的解决方案，如有必要，每个节点具有一个源(其中，源在频率/波长上是正交的)，以避免环路和不稳定性。

图15示出了根据实施例的在光通信系统(OCS)中路由波长信道的方法。这种方法包括，在步骤1501，接收第一网元(NE)和第二NE之间的连接的频谱改变请求。该方法还包括，在步骤1502，实施所述改变请求，同时维持分布在所述光通信系统中使用的频谱带上的空闲音调波长集合的光功率。这种方法可以由合适的控制器的处理器执行，例如PCE或包括RSA功能的一些其他网络控制器，例如传输SDN控制器或光突发交换控制器。

图16示出了根据另一实施例的在光通信系统(OCS)中路由波长信道的另一种方法。这种方法包括，在步骤1601，在网络中分配一组激光器，以在分布在所述光通信系统中使用的频谱带上的空闲音调波长集合处提供光功率。该方法还包括，在步骤1602，将所述空闲音调波长集合预留为不可用于承载业务的波长。这种方法还包括配置可重构光学分插复用器(ROADM)，在空闲音调波长广播信号，以便维持整个光通信系统中在所述空闲音调波长集合的光功率。这种方法可以由合适的控制器的处理器执行，例如PCE或一些其他网络控制器。

图17是可用于实施网元控制器或域控制器的处理系统1601的框图。如图17所示，处理系统1601包括处理器1610、工作存储器1620、非暂时性存储器1630、网络接口、I/O接口1640，并且取决于节点类型，(还包括)收发器1660，其可以包括一个或多个光转发器，这些全部通过双向总线1670通信耦合。

根据一些实施例，可以使用描述的所有元件，或仅使用该元件的子集。此外，处理系统1600可以包含某些元件的多个实例，例如多个处理器、存储器或收发器。而且，处理系统1600的元件可以在没有双向总线的情况下直接耦合到其他组件。

所述存储器可以包括任何类型的非暂时性存储器，例如静态随机存取存储器(static random access memory，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic random accessmemory，DRAM)、同步DRAM(synchronous dynamic random access memory，SDRAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)，或这些的任何组合等。大容量存储元件可以包括任何类型的非暂时性存储设备，例如固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器、USB驱动器或配置用于存储数据和机器可执行程序代码的任何计算机程序产品。根据某些实施例，所述存储器或所述大容量存储器上记录有可由所述处理器执行的语句和指令，用于执行上述功能和步骤。

处理系统1600可用于实现PCE、传输SDN主机或执行本文所述的各种网络功能的其他控制器，例如所述RSA功能。

通过上述实施例的描述，本发明可以仅通过硬件实施，也可以采用软件和必要的通用硬件平台实时。基于这样的理解，本公开的技术方案可以以软件产品的形式体现。所述软件产品可以存储在非易失性或非暂时性存储介质中，其可以包括如上所述的设备存储器，或者存储在可移动存储器中，例如只读光盘(compact disk read-only memory，CD-ROM)、闪存或可移动硬盘。所述软件产品包括许多指令，这些指令使计算机设备(计算机、服务器或网络设备)能够执行本公开的实施例中提供的方法。例如，这样的执行可以对应于如对本文所述的逻辑操作的模拟。所述软件产品可以附加地或替代地包括多个指令，这些指令使计算机设备能够执行根据本公开的实施例的用于配置或编程数字逻辑装置的操作。

尽管已经参考具体特征和其实施例描述了本公开，但显而易见的是，在不脱离本公开的情况下，可以对其进行各种修改和组合。因此，本说明书和附图仅视为由所附权利要求限定的本公开的说明，并且预期涵盖落入本公开的范围内的任何和所有修改、变化、组合或等同物。

Claims (21)

1.一种光通信系统的网元，包括：

通路部分，用于从输入光纤到输出光纤通过多个波长信道；

分插模块，用于插入向所述输出光纤传输的一个或多个波长信道，以及分出来自所述输入光纤的一个或多个波长信道；以及

可配置空闲音调源，用于向所述光通信系统中使用的频谱带上分布的空闲音调波长集合提供光功率，其中所述可配置空闲音调源与所述输出光纤通信耦合。

2.根据权利要求1所述的网元，还包括控制器，用于控制所述可配置空闲音调源，以使在所述输出光纤中在所述空闲音调波长集合的每一个处存在光功率。

3.根据权利要求1或2所述的网元，其中所述输出光纤与光学放大器通信耦合，并且所述集合的任何两个相邻空闲音调波长之间的间隔取决于这两个相邻空闲音调波长处的光谱孔宽度。

4.根据权利要求3所述的网元，其中所述光放大器包括掺铒光纤放大器。

5.根据权利要求4所述的网元，其中所述空闲音调波长集合在所述集合的相邻成员之间具有不均匀的间隔。

6.根据权利要求3所述的网元，其中基于每个区域内波长信道的所述光谱孔宽度，将所述频谱带划分为N个区域，并且空闲音调波长之间的间隔不大于每个区域的光谱孔宽度。

7.根据权利要求6所述的网元，其中取决于所述区域，每个空闲音调波长与所述集合中的相邻空闲音调波长之间通过2-8nm的间隔分隔开。

8.根据权利要求4所述的网元，其中每个空闲音调波长与所述集合中的任何相邻空闲音调波长之间通过不超过2nm的间隔分隔开。

9.根据权利要求8所述的网元，其中所述空闲音调波长集合包括14个空闲音调波长。

10.根据权利要求8所述的网元，其中所述光通信系统使用至少72个信道波长，并且其中所述空闲音调波长集合在所述集合的每两个相邻空闲音调波长之间具有不超过5个信道波长的间隔。

11.根据权利要求2所述的网元，其中所述控制器控制所述可配置空闲音调源，以插入原本在所述输出光纤处不存在的在每个空闲音调波长处的光功率。

12.根据权利要求11所述的网元，其中如果每个空闲音调波长处的光功率在所述输入光纤处存在，且相应的波长信道由所述分插模块分出但未插入，则每个空闲音调波长处的光功率原本在所述输出光纤处不存在。

13.根据权利要求11所述的网元，其中如果每个空闲音调波长处的光功率在所述输入光纤处不存在，则每个空闲音调波长处的光功率原本在所述输出光纤处不存在。

14.根据权利要求11所述的网元，其中所述控制器包括输入端，用于从域控制器接收控制信号。

15.根据权利要求11所述的网元，其中所述可配置空闲音调源包括一系列光源，每个所述光源能够在所述空闲音调波长的其中一个处产生光功率。

16.根据权利要求15所述的网元，还包括可变光衰减器，用于衰减空闲音调波长处的信号。

17.根据权利要求15所述的网元，还包括一组开关，用于控制所述光源的接通/断开状态，每个开关的状态由所述控制器设定。

18.根据权利要求11所述的网元，其中所述可配置空闲音调源包括可调谐激光器。

19.根据权利要求11所述的网元，其中所述分插模块包括可调谐转发器，所述可调谐转发器可产生用数据信号调制的波长通道，并且所述可配置空闲音调源利用所述可调谐转发器的至少一些以产生在所述输出光纤处原本不存在的在空闲音调波长处的光功率。

20.根据权利要求19所述的网元，其中所述可配置空闲音调源包括多个源，所述多个源配置为在所述空闲音调波长的所述集合的子集处产生光功率，并且其中所述可调谐转发器配置为在所述空闲音调波长的所述集合的其余部分处产生光功率。

21.根据权利要求2所述的网元，其中所述控制器配置为从网络控制器接收控制信号，所述网络控制器选自包括以下各项的组：

网络光突发交换控制器；

路径计算单元；

域控制器；以及

传输软件定义网络控制器。