CN110769335B - 多纤芯频谱灵活光网络专用保护方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多纤芯频谱灵活光网络专用保护方法与系统，该方法：为业务请求选择合适的工作路径，并选择工作纤芯作为工作路径上的传输通道；在所选择的工作路径和工作纤芯上分配满足频谱连续性、频谱一致性和交叉串扰阈值约束的频谱资源；然后，为业务请求选择与工作路径链路不相交的专用保护路径，并选择保护纤芯作为保护路径上的传输通道；最后，在所选择的保护路径和保护纤芯上分配满足频谱连续性、频谱一致性和交叉串扰阈值约束的频谱资源。

Description

多纤芯频谱灵活光网络专用保护方法与系统

技术领域

本发明涉及一种多纤芯频谱灵活光网络专用保护方法与系统。

背景技术

随着数据中心、云计算、边缘计算、人工智能等应用服务需求快速发展，互联网应用和数据流量呈现出爆炸式的增长趋势。这将突破基于波分复用技术的单模单芯光纤网络传输容量的物理极限。为了增加光纤网络的容量，达到更高的传输网吞吐能力，国内外已从增加空分复用维度来展开研究。因此，多纤芯频谱灵活光网络是一种颇具前景的光网络，极大地增加了光网络容量，但若单链路故障使传输业务中断，数据的丢失会造成巨大的经济损失。因此，多纤芯频谱灵活光网络中需要引入可靠的保护机制。

在传统的单纤芯频谱灵活光网络中，当光网络中专用保护频谱资源不足时，采用带宽压缩保护方法，具体方法步骤如下：

1)工作路径计算与工作路径上的频谱分配。为每一个业务请求，计算从源节点到目的节点的工作路径，通常采用最短路径算法或是K条最短路径算法。根据业务请求的带宽需求，在所选择的工作路径中，利用首次命中或随机选取法查找满足频谱连续性和频谱一致性的频谱资源。所分配的频谱资源与业务请求的带宽需求大小相等。在频谱资源分配的过程中没有考虑相邻纤芯间交叉串扰问题。

2)专用保护路径计算与专用保护路径上的频谱分配。为每一个业务请求，计算与工作路径链路不相交的专用保护路径。在专用保护路径上，如果有足够的频谱资源为业务请求预留网络资源，则所预留的频谱资源与业务请求的带宽需求大小相等；否则，可以通过利用不同的线速率和调制格式的方式来承载业务请求的带宽需求。在这种专用保护频谱资源不足的情况下，尽最大可能地调整业务请求传输的线速率和调制格式，通过压缩带宽资源的方式查找并预留满足业务请求需求的频谱资源。在预留专用保护频谱资源的过程中也没有考虑相邻纤芯间交叉串扰问题。

上述步骤能够在传统单纤芯频谱灵活光网络中，结合带宽压缩保护方法，为业务请求分配工作路径和专用保护路径上的频谱资源，无需考虑交叉串扰问题。在多纤芯频谱灵活光网络中，相邻纤芯的同频率处可能存在着交叉串扰，不仅要在工作路径的频谱资源分配上考虑交叉串扰，同时要在专用保护路径的频谱资源分配上考虑交叉串扰问题。

一般地，在多纤芯频谱灵活光网络中，通常只考虑在工作路径上的串扰感知的网络资源分配方法。然而，在专用保护路径上，很少人研究关于的保护资源预留方法。

发明内容

本发明提供一种在多纤芯频谱灵活光网络中，能够均衡多纤芯频谱灵活光网络生存性和频谱利用率的多纤芯频谱灵活光网络专用保护方法与系统。

解决本发明技术问题，本发明提供了一种多纤芯频谱灵活光网络专用保护方法，包括：

S1、产生一组连接请求CR(s,d,FS)；

S2、对于所述连接请求CR(s,d,FS)中的每一个业务请求，计算从源节点s到目的节点d之间的工作路径和与工作路径链路不相交的K条保护路径；

S3、根据业务请求的调制格式设置光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max，在光纤链路l_w∈p_i上寻找满足频谱连续性和频谱一致性的候选频谱块，

并计算交叉串扰值

查找交叉串扰值小于或等于所设置的交叉串扰阈值A_max的候选频谱块，

若找到满足串扰阈值约束的候选频谱块，则记录这个工作候选频谱块

执行S4；

若没有找到满足串扰阈值约束的候选频谱块，则业务请求被阻塞；

S4、根据业务请求的调制格式设置光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max，在光纤链路l_p∈q_i上寻找满足频谱连续性和频谱一致性、带宽等于业务请求带宽需求的候选频谱块

若候选频谱块

为空，则执行S5；

若候选频谱块

不为空，计算交叉串扰值

从

中的第f₀候选频谱块开始往下查找满足交叉串扰值阈值要求的候选频谱块，

若找到满足交叉串扰阈值要求的候选频谱块，则记录这个保护候选频谱块

该业务请求建立成功；

若没有找到满足交叉串扰阈值要求的候选频谱块，则执行S5；

S5、在保护路径q_i和保护纤芯c_p上，压缩业务传输带宽，实现了带宽压缩状态后，执行S4，其中，若无法找到满足频谱连续性、频谱一致性和交叉串扰阈值约束的频谱资源，则该业务请求被阻塞；

S6、基于S1至S5，建立一组业务请求。

可选地，所述S1包括：初始化多纤芯频谱灵活光网络G(L,N,C,F)、产生一组连接请求CR(s,d,FS)、设置在不同调制格式下光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max、以及设置最高调制阶数阈值M_max。

可选地，在所述S2中采用K条最短路径方法计算从源节点s到目的节点d之间的工作路径和与工作路径链路不相交的K条保护路径。

可选地，在所述S3中采用第一公式(1)计算光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值

所述第一公式(1)的表达式为：

其中，τ₀、τ₁为交叉串扰权值调节因子，τ₀∈[0,1]，τ₁∈[2,3]；

在所述S3中采用第二公式(2)计算光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块对应的光纤链路交叉串扰值

所述第二公式(2)的表达式为：

其中，

h为每单位长度交叉串扰的平均增长，n为相邻纤芯的个数，L为光纤长度，κ、r、β、ω_th均为光纤物理参数，分别代表耦合系数、弯曲半径、传播常数和中心距；

为光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值；

指光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块受相邻纤芯串扰影响值；

的值越大，表明光纤链路l纤芯c上被计算的频谱块可能受到串扰影响越大。

可选地，所述S5中压缩业务传输带宽的方法包括：

调制阶数不变，降低线速率，调整后的线速率不得低于业务数据速率；

或，线速率不变，提高调制阶数，调整后的调制阶数不得高于最高调制阶数阈值M_max；

或，同时调整线速率与调制阶数，调整后的线速率不得低于业务数据速率，调整后的调制阶数不得高于最高调制阶数。

解决本发明技术问题，本发明提供了一种多纤芯频谱灵活光网络专用保护系统，包括：

网络初始化模块，用于产生一组连接请求CR(s,d,FS)；

阈值设置模块，用于设置在不同调制格式下光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max、以及设置最高调制阶数阈值M_max；

业务请求产生模块，用于根据源节点与目的节点均匀分布产生业务请求，设置业务请求数目、不同业务请求的源节点与目的节点、带宽需求、线速率和调制格式；

路径计算模块，用于根据业务请求CR(s,d,FS)的源节点和目的节点，计算出从源节点到目的节点的K条候选工作路径和对应的K条候选保护路径，以查找出最优的路径作为工作路径和保护路径，其中工作路径与保护路径链路不相交；

纤芯选择模块，用于对纤芯编号，以及当业务请求到达时，依次遍历线芯，直至找到满足要求的频谱资源；

交叉串扰评估模块，交叉串扰评估模块，用于在指定的纤芯中，查找所有满足频谱连续性和频谱一致性双重约束条件的可用频谱块，为候选频谱资源计算交叉串扰值

以及还用于在找到满足交叉串扰阈值要求的候选频谱块时，记录这个候选频谱块

带宽压缩控制模块，用于在保护路径和保护纤芯上预留的与业务请求带宽需求大小相等的所有候选频谱块对应的交叉串扰值高于串扰阈值或无法找到与业务请求带宽需求大小相等且满足频谱连续性、频谱一致性的频谱资源时，调整业务请求传输的线速率和调制格式；

频谱资源分配模块，用于在所选择的工作路径和保护路径上，查找满足频谱连续性和频谱一致性，以及满足交叉串扰阈值要求的频谱块，以及在找到可用频谱块后，为业务请求分配频谱资源。

本发明多纤芯频谱灵活光网络专用保护方法与系统，至少有如下优点：

其一，通过串扰感知方法，抑制多纤芯频谱灵活光网络中的交叉串扰水平，保证业务请求的传输质量；其二，在专用保护方法中引入带宽压缩方法，在保护路径和保护纤芯上以更少的带宽资源承载业务传输，在故障发生时尽可能多地恢复业务，进而降低业务阻塞率，提高网络资源利用率。当保护路径和保护纤芯上与业务请求带宽需求大小相等的所有候选频谱块对应的交叉串扰值高于串扰阈值或无法找到与业务请求带宽需求大小相等且满足频谱连续性、频谱一致性的频谱资源时，触发带宽压缩控制模块，保证光信号传输质量，降低业务传输所需带宽，尽最大可能为业务请求提供可靠保护。

附图说明

图1多纤芯频谱灵活光网络专用保护方法流程图；

图2多纤芯频谱灵活光网络专用保护系统框图；

图3多纤芯频谱灵活光网络(光纤链路距离单位为km)；

图4七纤芯光纤的纤芯编号示意图；

图5工作路径(1-2-3-4)和保护路径(1-6-5-4)上纤芯0及其相邻纤芯的频谱状态。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

本发明多纤芯频谱灵活光网络专用保护方法，在业务请求的建立过程中，首先，为业务请求选择合适的工作路径，并选择工作纤芯作为工作路径上的传输通道；其次，在所选择的工作路径和工作纤芯上分配满足频谱连续性、频谱一致性和交叉串扰阈值约束的频谱资源；然后，为业务请求选择与工作路径链路不相交的专用保护路径，并选择保护纤芯作为保护路径上的传输通道；最后，在所选择的保护路径和保护纤芯上分配满足频谱连续性、频谱一致性和交叉串扰阈值约束的频谱资源。所预留的频谱资源的带宽大小分为以下两种情况：1)与业务请求的带宽需求大小相等，称之为正常保护状态；2)小于业务请求的带宽需求大小，称之为带宽压缩保护状态。出现正常保护状态的条件为，保护路径和保护纤芯上能够找到与业务请求带宽需求大小相等且满足频谱连续性、频谱一致性和交叉串扰阈值约束的频谱资源；出现带宽压缩保护状态的条件为，保护路径和保护纤芯上的与业务请求带宽需求大小相等的所有候选频谱块对应的交叉串扰值高于交叉串扰阈值或无法找到与业务请求带宽需求大小相等且满足频谱连续性、频谱一致性的频谱资源。实现带宽压缩保护状态的方式是调整业务请求传输的线速率和调制格式，保证在满足光信号传输质量的前提下，以更少的频谱资源为业务传输提供可靠保护，在保护路径和保护纤芯上为业务请求重新预留满足频谱连续性、频谱一致性和交叉串扰阈值约束条件的频谱资源。

实施例1：

如图1至图5，本实施例提供一种多纤芯频谱灵活光网络专用保护方法，包括：

步骤1、产生一组连接请求CR(s,d,FS)。

该步骤中，初始化多纤芯频谱灵活光网络G(L,N,C,F)、产生一组连接请求CR(s,d,FS)、设置在不同调制格式下光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max、以及设置最高调制阶数阈值M_max。

步骤2、对于所述连接请求CR(s,d,FS)中的每一个业务请求，计算从源节点s到目的节点d之间的工作路径和与工作路径链路不相交的K条保护路径；

该步骤中，采用K条最短路径方法计算从源节点s到目的节点d之间的工作路径和与工作路径链路不相交的K条保护路径。

该步骤中，首先，初始化多纤芯频谱灵活光网络G_s＝(L,N,C,F)。其次，生成一组业务请求CRs(s,d,FS)，包括业务请求的源节点、目的节点、带宽需求大小。第三，为每一个业务请求计算工作路径与保护路径，并顺次选择纤芯。第四，在业务请求的工作路径和保护路径上查找并分配频谱资源，在多纤芯频谱灵活光网络中建立业务请求，该过程中需要考虑频谱连续性、频谱一致性和交叉串扰阈值约束。在保护路径上频谱资源不足或保护路径上无满足交叉串扰阈值约束的资源情况下，触发带宽压缩控制模块，以更少的频谱资源去承载业务传输。第五，根据每条光纤链路占用的频谱资源状态，计算网络的频谱利用率和业务阻塞率。具体实施例如下：

图3表示6个节点与8条光纤链路的频谱灵活光网络，每条光纤链路是双向的，光纤链路上的数值表示传输距离(单位：公里(km))。每条光纤链路包括7个纤芯，如图4所示。每个纤芯的频谱间隙数为10，每个频谱间隙为12.5GHz。根据业务请求的调制格式设置每段光纤链路的最大交叉串扰阈值为A_max(dB)，具体对应关系参考表1。最高调制阶数设置为M_max＝4。设定光纤结构参数κ、r、β、ω_th分别为3.16×10^-5、55mm、4×10⁶、45μm，则计算得每单位长度交叉串扰的平均增长h＝6.1×10^-13，一条光纤中纤芯总数N＝7。在公式(1)中，设置τ₀＝0.5、τ₁＝2.5。

表1线速率、调制格式与通道宽度对应表

线速率[Gb/s]	调制格式	调制阶数[b/符号]	通道宽度[GHz]	串扰阈值[dB]	相对成本
						40	DP-BPSK	1	50.0	-16	1.0
40	DP-QPSK	2	25.0	-18	1.2
						100	DP-QPSK	2	50.0	-18	2.0
400	DP-16-QAM	4	75.0	-24	7.2

生成三个业务请求CR1(1,4,4)、CR2(1,4,6)、CR3(1,4,2)，它们都是从源节点1到目的节点4，带宽需求分别为4、6、2个频谱间隙。

对于第一个业务请求CR1(1,4,4)，数据速率为30Gb/s，所需的频谱间隙个数为4，对应的通道宽度为50GHz，线速率为100Gb/s，调制格式为DP-QPSK，对应的串扰阈值为A_max＝-18dB，K条最短路径中K＝2。从源节点1到目的节点4计算2条最短工作路径。第一条工作路径为1-2-3-4(1600km)，第二条工作路径为为1-6-5-4(2000km)。首先选择第一条工作路径考察资源情况，工作路径1对应的最短专用保护路径为1-6-5-4(2000km)，该路径与工作路径1链路不相交。

步骤3、根据业务请求的调制格式设置光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max，在光纤链路l_w∈p_i上寻找满足频谱连续性和频谱一致性的候选频谱块，

并计算交叉串扰值

查找交叉串扰值小于或等于所设置的交叉串扰阈值A_max的候选频谱块，

若找到满足串扰阈值约束的候选频谱块，则记录这个工作候选频谱块

执行步骤4；

若没有找到满足串扰阈值约束的候选频谱块，则业务请求被阻塞。

该步骤中，结合首次命中法查找交叉串扰值小于或等于所设置的交叉串扰阈值A_max的候选频谱块，即

在该实施例中，

表示光纤链路l_w的纤芯c_w上第i个候选频谱块上的频谱间隙集合，f_i为第i个候选频谱块首个频谱间隙编号，并且f_i+FS-1＜|F|-1,j∈FM_i。FM_i＝{f_i,f_i+1,f_i+2,…,f_i+FS-1}为第i个候选频谱块上的频谱间隙编号集合。

表示光纤链路l_w的纤芯c_w上的编号为j的频谱间隙占用状态。若

表示该频谱间隙被占用；若

则表示该频谱间隙空闲。

关于交叉串扰值计算，采用第一公式(1)计算光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值

使用第二公式(2)计算光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块对应的光纤链路交叉串扰值

其中，τ₀、τ₁为交叉串扰权值调节因子，τ₀∈[0,1]，τ₁∈[2,3]。

其中，

h为每单位长度交叉串扰的平均增长，n为相邻纤芯的个数，L为光纤长度，κ、r、β、ω_th均为光纤物理参数，分别代表耦合系数、弯曲半径、传播常数和中心距。

为光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值。

指光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块受相邻纤芯串扰影响值。

的值越大，表明光纤链路l纤芯c上被计算的频谱块可能受到串扰影响越大。

步骤4、根据业务请求的调制格式设置光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max，在光纤链路l_p∈q_i上寻找满足频谱连续性和频谱一致性、带宽等于业务请求带宽需求的候选频谱块

若候选频谱块

为空，则执行步骤5；

若候选频谱块

不为空，计算交叉串扰值

其中采用第一公式(1)和第二公式(2)计算交叉串扰值

从

中的第f₀候选频谱块开始往下查找满足交叉串扰值阈值要求的候选频谱块，

若找到满足交叉串扰阈值要求的候选频谱块，则记录这个保护候选频谱块

该业务请求建立成功；

若没有找到满足交叉串扰阈值要求的候选频谱块，则执行步骤5。

该步骤中，选择保护路径q_i和保护纤芯c_p，并在保护路径q_i与保护纤芯c_p上计算交叉串扰值，记录预留的保护频谱资源。

步骤5、在保护路径q_i和保护纤芯c_p上，压缩业务传输带宽，实现了带宽压缩状态后，执行步骤4，其中，若无法找到满足频谱连续性、频谱一致性和交叉串扰阈值约束的频谱资源，则该业务请求被阻塞。

其中，在保护路径q_i和保护纤芯c_p上，压缩业务传输带宽。调整业务传输的调制格式和线速率组合，以带宽压缩状态实现业务传输。实现以带宽压缩状态传输业务的方法有三种：1)调制阶数不变，降低线速率，调整后的线速率不得低于业务数据速率；2)线速率不变，提高调制阶数，调整后的调制阶数不得高于最高调制阶数阈值M_max；3)同时调整线速率与调制阶数，调整后的线速率不得低于业务数据速率，调整后的调制阶数不得高于最高调制阶数。在带宽压缩过程中，考虑到成本问题，优先选择第一种带宽压缩方法，其次选择第二种带宽压缩方法，最后选择第三种带宽压缩方法。实现了带宽压缩状态后，重新执行步骤4。若最后无法找到满足频谱连续性、频谱一致性和交叉串扰阈值约束的频谱资源，则该业务请求被阻塞。

步骤6、基于步骤1至步骤5，建立一组业务请求。

具体说明，CR1(1,4,4)在工作路径上的频谱资源分配：

在选择的工作路径1-2-3-4(1600km)上，首先在工作纤芯c_w＝0上从最低频谱间隙编号查找到最高频谱间隙编号，找出所有满足频谱连续性与频谱一致性约束条件的频谱块。图5为工作路径(1-2-3-4)和保护路径(1-6-5-4)上纤芯0及其相邻纤芯的频谱状态。图5中空白频谱间隙表示没有业务请求占用，黑灰色频谱间隙表示已经被业务请求占用，图案填充的频谱间隙表示最终为业务请求CR1(1,4,4)分配的资源。如图5的工作路径频谱资源所示，列出在链路l₀＝(1,2)上候选频谱块集合

计算纤芯c_w＝0链路l₀＝(1,2)上首个候选频谱块

的交叉串扰值的过程如下：

与纤芯0相邻的纤芯有3个：1、5、6，故n＝3，n＝{1,5,6}。在图5中,可得首个候选频谱块

f₀＝0，FM₀＝{0,1,2,3}，FS＝4，

根据公式(1)分别计算出该频谱块上各频谱间隙受相邻纤芯交叉串扰影响值

则得

且节点1-2之间的光纤长度L＝500km，h＝6.1×10^-13，可根据公式(2)求得交叉串扰值

频谱块

交叉串扰值小于交叉串扰阈值A_max，则为请求CR1(1,4,4)记录预分配链路l₀＝(1,2)上的工作频谱资源

在链路l₁＝(2,3)上计算频谱块

处的交叉串扰值。对于光纤链路l₁＝(2,3)，节点2-3之间光纤长度L＝600km，h＝6.1×10^-13，相邻纤芯集合n＝{1,5,6}，根据图5的工作路径上频谱状态，与链路l₀＝(1,2)上计算交叉串扰值的步骤相同，计算结果为：

则为请求CR1(1,4,4)记录预分配链路l₁＝(2,3)上的工作频谱资源

在链路l₂＝(3,4)上计算频谱块

处的交叉串扰值。对于光纤链路l₂＝(3,4)，节点3-4之间光纤长度L＝500km。根据图5的频谱状态，同链路l₀＝(1,2)上计算交叉串扰值的步骤，可计算得

因此，候选频谱块

满足光纤链路交叉串扰阈值约束。所以，在路径(1-2-3-4)上的所有链路上的频谱块

都满足串扰阈值约束，可作为工作路径上的工作频谱资源。

CR1(1,4,4)在保护路径上的频谱资源分配：

在选择的专用保护路径1-6-5-4(2000km)上，首先为业务请求CR1(1,4,4)寻找频谱宽度为4个频谱间隙的频谱块。先在保护纤芯c_p＝0上从最低频谱间隙编号查找到最高频谱间隙编号，找出所有满足频谱连续性与频谱一致性约束条件的频谱块。如图5所示，列出在链路l₀＝(1,6)上候选频谱块集合

与在工作路径上的频谱资源分配计算方法相同，计算频谱块

对应的交叉串扰值为-13.5354dB，大于串扰阈值A_max＝-18dB。则在保护路径(1-6-5-4)的保护纤芯c_p＝0上，没有满足频谱连续性和频谱一致性、交叉串扰阈值约束的可用频谱块。若在剩余的纤芯中均没有找到满足交叉串扰阈值约束的可用频谱块，则触发带宽压缩控制模块。

在带宽压缩控制模块中，对于业务请求CR1(1,4,4)，首先在调制阶数不变的情况下，降低线速率至40Gb/s>数据速率30Gb/s，则在保护路径上业务请求所需的频谱间隙数减少为2个频谱间隙，对应的串扰阈值仍为A_max＝-18dB。先在保护纤芯c_p＝0上从最低频谱间隙编号查找到最高频谱间隙编号，找出所有满足频谱连续性与频谱一致性约束条件、带宽为2个频谱间隙的频谱块。如图5的保护路径频谱资源所示，列出在链路l₀＝(1,6)上候选频谱块集合

与工作路径上的频谱资源分配方法相同，分别在保护路径的各链路上计算每个候选频谱块对应的交叉串扰值。在图5所示的保护路径频谱状态中，保护路径的纤芯0上频谱块

对应的交叉串扰值分别为-47.3738dB、-35.8569dB、-37.2656dB，均小于串扰阈值A_max＝-18dB。因此，在路径(1-6-5-4)上的所有链路上的频谱块

都满足串扰阈值约束，可作为保护路径上的保护频谱资源。

对于业务请求CR2(1,4,6)、CR3(1,4,2)，按照为业务请求CR1(1,4,4)建立连接的步骤计算工作路由和保护路由、选择纤芯、分配工作频谱资源和保护频谱资源。当保护路径和保护纤芯上与业务请求带宽需求大小相等的所有候选频谱块对应的交叉串扰值高于串扰阈值或无法找到与业务请求带宽需求大小相等且满足频谱连续性、频谱一致性的频谱资源时，触发带宽压缩控制模块。通过带宽压缩控制模块，在保护路径和保护纤芯上以更少的带宽资源承载业务传输，从而尽可能多地保护业务，降低网络业务阻塞率，并降低频谱资源冗余度，提高频谱资源利用率。

本实施例中，在多纤芯频谱灵活光网络中，将带宽压缩方法与串扰感知方法结合，改变带宽压缩机制触发条件，优化了传统的带宽压缩专用保护方法，降低业务阻塞率，提高频谱资源利用率，降低频谱资源冗余度。

当保护路径和保护纤芯上与业务请求带宽需求大小相等的所有候选频谱块对应的交叉串扰值高于串扰阈值或无法找到与业务请求带宽需求大小相等且满足频谱连续性、频谱一致性的频谱资源时，触发带宽压缩控制模块，保证一定信号质量的前提下，降低业务传输所需带宽，尽最大可能为业务提供可靠保护。

实施例2：

如图1至图5，本实施例提供一种多纤芯频谱灵活光网络专用保护系统，包括：

网络初始化模块，用于在多纤芯频谱灵活光网络G_s＝(L,N,C,F)中，设置多纤芯频谱灵活光网络的拓扑信息、光纤连接状态、网络交换节点数、光纤链路数、每条光纤的纤芯数、每条光纤链路的频谱间隙数、每个频谱间隙的带宽大小。

阈值设置模块，用于设置在不同调制格式下光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max、以及设置最高调制阶数阈值M_max。

业务请求产生模块，用于根据源节点与目的节点均匀分布产生业务请求，设置业务请求数目、不同业务请求的源节点与目的节点、带宽需求、线速率和调制格式等信息。

路径计算模块，用于根据业务请求CR(s,d,FS)的源节点和目的节点，运用K条最短路径算法，计算出从源节点到目的节点的K条候选工作路径和对应的K条候选保护路径，以便查找出最优的路径作为工作路径和保护路径。工作路径与保护路径链路不相交。

纤芯选择模块，用于为业务请求选择合适的工作纤芯和保护纤芯。为纤芯编号后，当业务请求到达时，首先选择纤芯0。若可以在纤芯0上找到满足要求的频谱资源，则选择纤芯0作为工作纤芯或保护纤芯；否则重新选择纤芯1，寻找满足要求的频谱资源。以此类推，直至遍历所有纤芯。

交叉串扰评估模块，用于在所选择工作路径或保护路径中，首先，根据业务请求的带宽需求，在指定的纤芯中，查找所有满足频谱连续性和频谱一致性双重约束条件的可用频谱块，用候选频谱块集合

表示。采用第一公式(1)和第二公式(2)为候选频谱资源计算交叉串扰值

从S^cl中的第f₀候选频谱块开始往下查找满足交叉串扰值阈值要求的候选频谱块，即候选频谱块的交叉串扰值小于或等于调制格式对应的交叉串扰阈值A_max，即

如果第f₀候选频谱块不满足交叉串扰阈值要求，继续往下查找第f₁候选频谱块，直到所有候选频谱块都查找完成；如果没有找到，即这个业务请求被阻塞。如果找到满足交叉串扰阈值要求的候选频谱块，则记录这个候选频谱块

带宽压缩控制模块，用于当保护路径和保护纤芯上预留的与业务请求带宽需求大小相等的所有候选频谱块对应的交叉串扰值高于串扰阈值或无法找到与业务请求带宽需求大小相等且满足频谱连续性、频谱一致性的频谱资源时，触发带宽压缩控制模块。在该模块中，调整业务请求传输的线速率和调制格式，保证一定信号传输质量的前提下，以更少的频谱资源为业务传输提供可靠保护。

频谱资源分配模块，用于在所选择的工作路径和保护路径上，查找满足频谱连续性和频谱一致性，以及满足交叉串扰阈值要求的频谱块。如果找到可用频谱块，为业务请求分配频谱资源。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种多纤芯频谱灵活光网络专用保护方法，其特征在于，包括：

S1、产生一组连接请求CR(s，d，FS)其中，s、d、FS分别表示源节点s、目的节点d、需求的频谱隙数目；

S2、对于所述连接请求CR(s，d，FS)中的每一个业务请求，计算从源节点s到目的节点d之间的工作路径和与工作路径链路不相交的K条保护路径；

S3、根据业务请求的调制格式设置光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max，在光纤链路l_w∈p_i上寻找满足频谱连续性和频谱一致性的候选频谱块，其中p_i第示第i条工作路径p，

表示工作路径的l_w链路中纤芯c_w的第f_i候选频谱块，

表示工作路径的l_w链路中纤芯c_w的所有候选频谱块集合，并计算交叉串扰值

查找交叉串扰值小于或等于所设置的交叉串扰阈值A_max的候选频谱块，

若找到满足串扰阈值约束的候选频谱块，则记录这个工作候选频谱块

执行S4；

若没有找到满足串扰阈值约束的候选频谱块，则业务请求被阻塞，其中计算交叉串扰值

时，采用第一公式(1)计算光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值

采用第二公式(2)计算光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块对应的光纤链路交叉串扰值

所述第一公式(1)的表达式为：

其中，τ₀、τ₁为交叉串扰权值调节因子，τ₀∈[0，1]，τ₁∈[2，3]；r∈n，n为与纤芯r相邻的纤芯序号集合，

表示光纤链路l的纤芯r上的编号为j的频谱间隙占用状态，若

表示该频谱间隙被占用，若

则表示该频谱间隙空闲；FM_i＝{f_i，f_i+1，f_i+2，...，f_i+FS-1}为第i个候选频谱块上的频谱间隙编号集合；

所述第二公式(2)的表达式为：

其中，

h为每单位长度交叉串扰的平均增长，n为相邻纤芯的个数，L为光纤长度，κ、r、β、ω_th均为光纤物理参数，分别代表耦合系数、弯曲半径、传播常数和中心距；FS表示需求的频谱隙数目；

为光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值；

脂光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块受相邻纤芯串扰影响值；

的值越大，表明光纤链路l纤芯c上被计算的频谱块可能受到串扰影响越大；

S4、根据业务请求的调制格式设置光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max，在光纤链路l_p∈q_i上寻找满足频谱连续性和频谱一致性、带宽等于业务请求带宽需求的候选频谱块

其中q_i第示第i条保护路径q，

表示保护路径的l_p链路中纤芯c_p的第f_i候选频谱块，

表示保护路径的l_p链路中纤芯c_p的所有候选频谱块集合，

若候选频谱块

为空，则执行S5；

若候选频谱块

不为空，计算交叉串扰值

从

中的第f₀候选频谱块开始往下查找满足交叉串扰值阈值要求的候选频谱块，

若找到满足交叉串扰阈值要求的候选频谱块，则记录这个保护候选频谱块

该业务请求建立成功；

若没有找到满足交叉串扰阈值要求的候选频谱块，则执行S5；

S5、在保护路径q_i和保护纤芯c_p上，压缩业务传输带宽，实现了带宽压缩状态后，执行S4，其中，若无法找到满足频谱连续性、频谱一致性和交叉串扰阈值约束的频谱资源，则该业务请求被阻塞，其中调整业务传输的调制格式和线性速率组合以带宽压缩状态实现业务传输；

S6、基于S1至S5，建立一组业务请求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1包括：初始化多纤芯频谱灵活光网络G(L，N，C，F)、产生一组连接请求CR(s，d，FS)、设置在不同调制格式下光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max、以及设置最高调制阶数阈值M_max，其中，L表示一组光纤链路，N表示一组光交接节点，C表示一组光纤链路的纤芯，F＝{F₀，F₁，F₂，...，F_j，...，F_|F|-1}表示可用频谱间隙的状态集合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S2中采用K条最短路径方法计算从源节点s到目的节点d之间的工作路径和与工作路径链路不相交的K条保护路径。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S5中压缩业务传输带宽的方法包括：

调制阶数不变，降低线速率，调整后的线速率不得低于业务数据速率；

或，线速率不变，提高调制阶数，调整后的调制阶数不得高于最高调制阶数阈值M_max；

或，同时调整线速率与调制阶数，调整后的线速率不得低于业务数据速率，调整后的调制阶数不得高于最高调制阶数。

5.一种多纤芯频谱灵活光网络专用保护系统，其特征在于，包括：

网络初始化模块，用于产生一组连接请求CR(s，d，FS)，其中，s、d、FS分别表示源节点s、目的节点d、需求的频谱隙数目；

阈值设置模块，用于设置在不同调制格式下光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max、以及设置最高调制阶数阈值M_max；

业务请求产生模块，用于根据源节点与目的节点均匀分布产生业务请求，设置业务请求数目、不同业务请求的源节点与目的节点、带宽需求、线速率和调制格式；

路径计算模块，用于根据业务请求CR(s，d，FS)的源节点和目的节点，计算出从源节点到目的节点的K条候选工作路径和对应的K条候选保护路径，以查找出最优的路径作为工作路径和保护路径，其中工作路径与保护路径链路不相交；

纤芯选择模块，用于对纤芯编号，以及当业务请求到达时，依次遍历纤芯，直至找到满足要求的频谱资源；

交叉串扰评估模块，首先，根据业务请求的带宽需求，在指定的纤芯中，查找所有满足频谱连续性和频谱一致性双重约束条件的可用频谱块，用候选频谱块集合

表示，采用第一公式(1)和第二公式(2)为候选频谱资源计算交叉串扰值

从S^cl中的第f₀候选频谱块开始往下查找满足交叉串扰值阈值要求的候选频谱块，即候选频谱块的交叉串扰值小于或等于调制格式对应的交叉串扰阈值A_max，即

如果第f₀候选频谱块不满足交叉串扰阈值要求，继续往下查找第f₁候选频谱块，直到所有候选频谱块都查找完成；如果没有找到，即这个业务请求被阻塞，如果找到满足交叉串扰阈值要求的候选频谱块，则记录这个候选频谱块

所述第一公式(1)的表达式为：

其中，τ₀、τ₁为交叉串扰权值调节因子，τ₀∈[0，1]，τ₁∈[2，3]；τ₀、τ₁为交叉串扰权值调节因子，τ₀∈[0，1]，τ₁∈[2，3]；r∈n，n为与纤芯r相邻的纤芯序号集合，

表示光纤链路l的纤芯r上的编号为j的频谱间隙占用状态，若

表示该频谱间隙被占用，若

则表示该频谱间隙空闲；FM_i＝{f_i，f_i+1，f_i+2，...，f_i+FS-1}为第i个候选频谱块上的频谱间隙编号集合；

所述第二公式(2)的表达式为：

其中，

h为每单位长度交叉串扰的平均增长，n为相邻纤芯的个数，L为光纤长度，κ、r、β、ω_th均为光纤物理参数，分别代表耦合系数、弯曲半径、传播常数和中心距；FS表示需求的频谱隙数目；

为光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值；

指光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块受相邻纤芯串扰影响值；

的值越大，表明光纤链路l纤芯c上被计算的频谱块可能受到串扰影响越大；

带宽压缩控制模块，用于在保护路径和保护纤芯上预留的与业务请求带宽需求大小相等的所有候选频谱块对应的交叉串扰值高于串扰阈值或无法找到与业务请求带宽需求大小相等且满足频谱连续性、频谱一致性的频谱资源时，调整业务请求传输的线速率和调制格式；

频谱资源分配模块，用于在所选择的工作路径和保护路径上，查找满足频谱连续性和频谱一致性，以及满足交叉串扰阈值要求的频谱块，以及在找到可用频谱块后，为业务请求分配频谱资源。

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