CN113067661B - 光通道性能保证下的osnr感知频谱分配方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配方法及系统，包括以下步骤：构建OSNR评估模型；获取源节点和目标节点之间的最短路径；获取多个调制格式及其对应的阈值，根据频谱效率对多个调制格式由高向低进行排序，获得排序后的调制格式列表；使用频谱效率最高的调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽；将光路业务所需的带宽代入至OSNR评估模型中，获得业务实际所需的FS数；使用首次适应算法为所述最短路径分配当前业务所需要的频谱资源，获得当前业务在光路上的中心频率。其考虑可重构光分插复用器的级联效应，提出了一种光路信噪比估计模型，对于指导在EON中使用低损耗、大有效面积光纤具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其是指一种光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配方法及系统。
背景技术
对于光传输系统来说，光纤的低损耗和大有效面积特性都可以改善性能。但是对于光纤厂商来说，制备具有低衰减系数、大有效面积的光纤将十分具有挑战性，成本也十分昂贵。文献N.Guo et al.,“Spectrum efficiency and cost evaluation for G.654.Efiber…,”in Proc.ACP 2020,paperM4A.274中公开，在点对点的光传输系统中，随着光纤衰减系数的减小，频谱效率将缓慢增长；随着光纤的有效面积从83μm2增加到130μm2，频谱效率将快速增长。
然而，现实中光纤是为网络提供光路服务，所以考虑到一个完整的网络拓扑时，点对点系统得到的结果并不能准确地反映低损耗和大有效面积光纤对网络中光信号传输带来的好处，传统的光信噪比评估模型不再准确。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中完整的网络拓扑时，点对点系统得到的结果并不能准确地反映低损耗和大有效面积光纤对网络中光信号传输带来的好处，传统的光信噪比评估模型不再准确的技术缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配方法，包括以下步骤：
S1、构建OSNR评估模型以用于评估光路信号的传输质量，所述OSNR评估模型包括放大自发辐射噪声、非线性干扰和ROADM级联导致的滤波窄化效应；
S2、发送光路业务需求，获取源节点和目标节点之间的最短路径；
S3、获取多个调制格式及其对应的阈值，根据频谱效率对多个调制格式由高向低进行排序，获得排序后的调制格式列表；
S4、使用频谱效率最高的调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽；
S5、将光路业务所需的带宽代入至OSNR评估模型中，获得业务实际所需的FS数；
S6、使用首次适应算法为所述最短路径分配当前业务所需要的频谱资源，获得当前业务在光路上的中心频率。
作为优选的，所述使用首次适应算法为最短路径分配当前业务所需要的频谱资源，获得当前业务在光路上的中心频率，之后还包括：
分别使用全频谱加载策略、裕度预留策略和频谱依赖策略对OSNR质量进行评估，保证频谱分配后的光通道性能最佳。
作为优选的，使用全频谱加载策略对OSNR质量进行评估，包括：
在链路上所有的频谱资源都被占用，OSNR性能最差时，评估光路的传输质量OSNR；
当OSNR满足当前调制格式的阈值，建立光路并终止分配过程；否则，使用调制格式列表中当前调制格式的下一个调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽，重复S5及其之后的步骤，直至所述光路业务需求建立；
在所有光路业务需求成功建立后，考虑非线性干扰并检查所有光路业务需求，重新计算OSNR是否还满足选择的调制格式，如果不满足当前调制格式，阻塞该业务。
作为优选的，使用裕度预留策略对OSNR质量进行评估，包括：
根据光线链路上当前的频谱资源的中心频率计算光路的传输质量OSNR；
预留裕度值M；
当(OSNR-M)满足当前调制格式的阈值，建立光路并终止分配过程，否则，使用调制格式列表中当前调制格式的下一个调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽，重复S5及其之后的步骤，直至所述光路业务需求建立；
在所有光路业务需求成功建立后，考虑非线性干扰并检查所有光路业务需求，重新计算OSNR是否还满足选择的调制格式，如果不满足当前调制格式，阻塞该业务。
作为优选的，使用频谱依赖策略对OSNR质量进行评估，包括：
根据光线链路上当前的频谱资源的中心频率计算光路的传输质量OSNR；
当OSNR满足当前调制格式的阈值，建立光路并终止分配过程；否则，使用调制格式列表中当前调制格式的下一个调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽，重复S5及其之后的步骤，直至所述光路业务需求建立；
在所有光路业务需求成功建立后，考虑非线性干扰并检查所有光路业务需求，重新计算OSNR是否还满足当前的调制格式；
若OSNR不满足当前的调制格式，则从失败的光路径开始，释放所有未被检查的光路所使用的频谱资源；
对于失败的业务需求，降低使用的调制格式的级别，并沿着相同的最短路径重新分配频谱。
作为优选的，对于失败的业务需求，降低使用的调制格式的级别，并沿着相同的最短路径重新分配频谱，之后还包括：
对于没有检查过的光路，使用之前使用过的调制格式重新分配频谱，并检查是否能满足信噪比要求；
重复上述过程，直至所有新的光路成功建立后，所有光路都能满足信噪比。
作为优选的，所述S1包括：
当信号带宽是BWs，滤波器的3dB带宽为：
其中，T是滤波器的插入损耗(以dB为单位)，Nf是级联滤波器的数目，n是高斯函数的阶数；
光路的总信噪比OSNRlightpath为：
其中，Pin是光路的发射功率，PASE是ASE噪声的功率值，PNLI是NLI干扰的功率值；
在每个光放大器都能恰好完全补偿前面信号的损耗的情况下，PASE的计算公式为：
PASE＝F×h×(G-1)×fi×Bi (3)
其中，F是光放大器的噪声系数，h是普朗克常量，G是光放大器的增益，fi是信号的中心频率，Bi是信号的带宽；
对于非线性干扰，在加性高斯的假设下，PNLI可以计算为：
其中，
γ＝2π×n2/(λ×Aeff)，“asinh”是双曲反正弦函数，α是光纤衰减系数，β2是二阶光纤色散系数，Lspan是跨段长度，跨段是指两个相邻光放大器之间的物理链路，λ是信号的波长，n2是光纤的非线性折射率，Aeff是光纤的有效面积。
作为优选的，所述S3中多个调制格式包括：PM-64QAM、PM-32QAM、PM-16QAM、PM-8QAM、PM-QPSK和PM-BPSK。
本发明公开了一种光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配系统，包括：
OSNR构建模块，所述OSNR构建模块用于构建OSNR评估模型以用于评估光路信号的传输质量，所述OSNR评估模型包括放大自发辐射噪声、非线性干扰和ROADM级联导致的滤波窄化效应；
最短路径获取模块，所述最短路径获取模块用于发送光路业务需求，获取源节点和目标节点之间的最短路径；
调制格式排序模块，所述调制格式排序模块用于获取多个调制格式及其对应的阈值，根据频谱效率对多个调制格式由高向低进行排序，获得排序后的调制格式列表；
频谱分配模块，所述频谱分配模块使用频谱效率最高的调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽，将光路业务所需的带宽代入至OSNR评估模型中，获得业务实际所需的FS数，使用首次适应算法为所述最短路径分配当前业务所需要的频谱资源，获得当前业务在光路上的中心频率。
作为优选的，还包括：
OSNR质量评估模块，所述OSNR质量评估模块分别使用全频谱加载策略、裕度预留策略和频谱依赖策略对OSNR质量进行评估，保证频谱分配后的光通道性能最佳。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本发明在传统高斯噪声(GN)模型的基础上，考虑可重构光分插复用器(ROADM)的级联效应，提出了一种完整的光路信噪比(OSNR)估计模型。
2、本发明考虑到先前建立的光路和当前将要建立的光路之间的交叉信道干扰(XCI)，提出了三种频谱分配方案。仿真结果表明，所提出的频谱依赖策略是最有效的，此策略的频谱分配对每个光路都考虑到当前的XCI值。
3、与传统观点相反的是，本发明中，尽管降低光纤损耗总是有助于提高频谱效率，但是当有效面积超过110μm2时，进一步增加有效面积并不能显著地提高频谱效率，这一发现对于指导在EON中使用低损耗、大有效面积光纤具有重要意义。
附图说明
图1为光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配方法；
图2为光路的频谱资源示例图；
图3为测试网络图；
图4为OSNR性能保证策略的性能比较图；
图5为不同光纤类型的性能比较图，其中，(a)NSFNET；(b)USNET。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1所示，本发明公开了一种光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配方法，包括以下步骤：
步骤一、构建OSNR评估模型以用于评估光路信号的传输质量，所述OSNR评估模型包括放大自发辐射噪声、非线性干扰和ROADM级联导致的滤波窄化效应，具体包括：
当信号带宽是BWs，滤波器的3dB带宽为：
其中，T是滤波器的插入损耗(以dB为单位)，Nf是级联滤波器的数目，n是高斯函数的阶数；
光路的总信噪比OSNRlightpath为：
其中，Pin是光路的发射功率，PASE是ASE噪声的功率值，PNLI是NLI干扰的功率值；
在每个光放大器都能恰好完全补偿前面信号的损耗的情况下，PASE的计算公式为：
PASE＝F×h×(G-1)×fi×Bi， (3)
其中，F是光放大器的噪声系数，h是普朗克常量，G是光放大器的增益，fi是信号的中心频率，Bi是信号的带宽；
对于非线性干扰，在加性高斯的假设下，PNLI可以计算为：
其中，
γ＝2π×n2/(λ×Aeff)，“asinh”是双曲反正弦函数，α是光纤衰减系数，β2是二阶光纤色散系数，Lspan是跨段长度，跨段是指两个相邻光放大器之间的物理链路，λ是信号的波长，n2是光纤的非线性折射率，Aeff是光纤的有效面积。
步骤二、发送光路业务需求，获取源节点和目标节点之间的最短路径。
步骤三、获取多个调制格式及其对应的阈值，根据频谱效率对多个调制格式由高向低进行排序，获得排序后的调制格式列表。步骤三中多个调制格式包括：PM-64QAM、PM-32QAM、PM-16QAM、PM-8QAM、PM-QPSK和PM-BPSK。
步骤四、使用频谱效率最高的调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽。
步骤五、将光路业务所需的带宽代入至OSNR评估模型中，获得业务实际所需的FS数。
步骤六、使用首次适应算法为所述最短路径分配当前业务所需要的频谱资源，获得当前业务在光路上的中心频率。
步骤七、分别使用全频谱加载策略、裕度预留策略和频谱依赖策略对OSNR质量进行评估，保证频谱分配后的光通道性能最佳。
(1)使用全频谱加载策略对OSNR质量进行评估，包括：
在链路上所有的频谱资源都被占用，OSNR性能最差时，评估光路的传输质量OSNR；
当OSNR满足当前调制格式的阈值，建立光路并终止分配过程；否则，使用调制格式列表中当前调制格式的下一个调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽，重复S5及其之后的步骤，直至所述光路业务需求建立；
在所有光路业务需求成功建立后，考虑非线性干扰并检查所有光路业务需求，重新计算OSNR是否还满足选择的调制格式，如果不满足当前调制格式，阻塞该业务。
(2)使用裕度预留策略对OSNR质量进行评估，包括：
根据光线链路上当前的频谱资源的中心频率计算光路的传输质量OSNR；
预留裕度值M；
当(OSNR-M)满足当前调制格式的阈值，建立光路并终止分配过程，否则，使用调制格式列表中当前调制格式的下一个调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽，重复S5及其之后的步骤，直至所述光路业务需求建立；
在所有光路业务需求成功建立后，考虑非线性干扰并检查所有光路业务需求，重新计算OSNR是否还满足选择的调制格式，如果不满足当前调制格式，阻塞该业务。
(3)使用频谱依赖策略对OSNR质量进行评估，包括：
根据光线链路上当前的频谱资源的中心频率计算光路的传输质量OSNR；
当OSNR满足当前调制格式的阈值，建立光路并终止分配过程；否则，使用调制格式列表中当前调制格式的下一个调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽，重复S5及其之后的步骤，直至所述光路业务需求建立；
在所有光路业务需求成功建立后，考虑非线性干扰并检查所有光路业务需求，重新计算OSNR是否还满足当前的调制格式；
若OSNR不满足当前的调制格式，则从失败的光路径开始，释放所有未被检查的光路所使用的频谱资源；
对于失败的业务需求，降低使用的调制格式的级别，并沿着相同的最短路径重新分配频谱；
对于没有检查过的光路，使用之前使用过的调制格式重新分配频谱，并检查是否能满足信噪比要求；
重复上述过程，直至所有新的光路成功建立后，所有光路都能满足信噪比。
本发明还公开了一种光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配系统，包括OSNR构建模块、最短路径获取模块、调制格式排序模块、频谱分配模块和OSNR质量评估模块。
所述OSNR构建模块用于构建OSNR评估模型以用于评估光路信号的传输质量，所述OSNR评估模型包括放大自发辐射噪声、非线性干扰和ROADM级联导致的滤波窄化效应。
所述最短路径获取模块用于发送光路业务需求，获取源节点和目标节点之间的最短路径。
所述调制格式排序模块用于获取多个调制格式及其对应的阈值，根据频谱效率对多个调制格式由高向低进行排序，获得排序后的调制格式列表。
所述频谱分配模块使用频谱效率最高的调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽，将光路业务所需的带宽代入至OSNR评估模型中，获得业务实际所需的FS数，使用首次适应算法为所述最短路径分配当前业务所需要的频谱资源，获得当前业务在光路上的中心频率。
所述OSNR质量评估模块分别使用全频谱加载策略、裕度预留策略和频谱依赖策略对OSNR质量进行评估，保证频谱分配后的光通道性能最佳。
下面，结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
一、OSNR评估模型
本发明利用OSNR来评估光路信号的传输质量，包括三个方面：放大自发辐射噪声(ASE)，非线性干扰(NLI)和ROADM级联导致的滤波窄化效应。当光路中信号经过一个ROADM时，代表着信号将会通过两个带通滤波器，而级联的ROADM滤波器将导致滤波带宽减少。通过将整个滤波器的通带拟合到一个高阶高斯函数，本发明将概况出级联滤波器的通带形状。如图2所示，如果信号带宽是BWs，滤波器的3dB带宽为：
其中，T是滤波器的插入损耗(以dB为单位)，Nf是级联滤波器的数目，n是高斯函数的阶数。此外，为了使光路中信号的功率保持一致，本发明需要光放大器如掺铒光纤放大器(EDFA)来增强光信号，这就引入了ASE噪声(如图2所示)。然后，光路的总信噪比OSNRlightpath可以计算为：
其中，Pin是光路的发射功率，PASE是ASE噪声的功率值，PNLI是NLI干扰的功率值。本发明做出假设，每个光放大器都能恰好完全补偿前面信号的损耗，PASE的计算公式为：
PASE＝F×h×(G-1)×fi×Bi (3)
其中，F是光放大器的噪声系数，h是普朗克常量，G是光放大器的增益，fi是信号的中心频率，Bi是信号的带宽。
对于非线性干扰，在加性高斯的假设下，PNLI可以计算为：
其中
公式(4)中，“asinh”是双曲反正弦函数，α是光纤衰减系数(单位是km-1)，β2是二阶光纤色散系数，Lspan是跨段长度，跨段是指两个相邻光放大器之间的物理链路，λ是信号的波长，n2是光纤的非线性折射率，Aeff是光纤的有效面积。
从上面公式可以看出，ASE噪声主要与光纤衰减系数有关，而NLI干扰主要与光纤有效面积有关。
二、OSNR感知频谱分配
为了计算光路的信噪比，本发明首先需要知道光路的中心波长和带宽。因此，ONSR的计算与每个光路的频谱分配有关。而不同的频谱分配算法将导致不同的OSNR值，为此，本发明接下来介绍路由和频谱分配过程。
与以往算法相比，本发明提出的信噪比估计模型考虑了所有的损伤效应：ASE噪声、NLI干扰和级联ROADM滤波器导致的带宽窄化。后面两种损伤与链路上的频谱信息有关，因此需要将信噪比估计与频谱分配过程结合起来。相比之下，传统算法认为ASE噪声是损伤的主要影响，与分配到光路的频谱无关，这是有缺陷的。
本发明的路由与频谱分配算法如下：
第1步、输入一个网络拓扑，一系列光路业务需求列表和一组调制格式。
第2步、对于每个需求，运行最短路径算法，找到它在需求的源节点和目标节点之间的路由。。
第3步、首先尝试最高调制格式，调制格式是PM-64QAM、PM-32QAM、PM-16QAM、PM-8QAM、PM-QPSK和PM-BPSK。
表1展示了不同调制格式的频谱效率和前向纠错编码(FEC)限制，注意到，这里的FEC限制值就是调制格式对应的OSNR阈值。
表1.不同调制格式的频谱效率和FEC限制
基于带宽需求和FEC开销，计算出业务所需要的带宽BWs＝Ns×f，其中f是网络中每个灵活栅格(FS)的带宽，Ns是业务带宽所需要的FS的数目。
第4步、考虑到级联ROADM滤波器窄化信号带宽的影响，利用公式(1)计算出当前光路滤波器所需的带宽，然后计算出业务实际所需的FS数为
第5步、使用首次命中策略为最短路径分配当前业务所需要的频谱资源，这将决定当前业务在光路上的中心频率。
第6步、评估光路的传输质量OSNR。如果OSNR满足当前调制格式的阈值，建立光路并终止分配过程，否则，转至第3步，考虑列表中的下一个调制格式。
三、OSNR性能保证策略
本发明考虑的是增量业务场景，每次只到达一个业务需求。当新的业务需求来临时，一条新的光路被设置，如果先前成功建立的某条光路与新光路经过了相同的链路和节点，那么新光路上所分配的频谱将对它的信号质量产生负面影响，这主要是由于光路之间存在交叉信道干扰(XCI)。多个光路之间也存在多信道干扰(MCI)，但MCI比XCI弱得多，因此本发明在这里将忽略MCI的影响。同时，共享链路或节点的其他光路的频谱中心频率和当前光路的中心频率越接近，带来的XCI影响越大。但是先前建立的某条光路如果与新光路没有经过相同的链路或节点，新光路的频谱分配将对此光路的信号质量没有任何影响。所以，为了成功建立一条新光路，除了保证新光路的信噪比满足阈值要求外，本发明还需要考虑之前建立的所有光路是否受到影响，是否还能满足所设置的OSNR阈值。因此，本发明提出了以下三个策略：
全频谱加载策略：假设所有链路的传输质量都是最坏的情况，也就是光信号传输的整个C波段都被占用，即全频谱加载，提前考虑存在的所有的XCI影响，这可以保证新的光路建立后不会再产生额外的XCI干扰。
裕度预留策略：从第一个光路业务需求开始，首先根据光纤链路上的当前频谱信息计算所建立光路的信噪比为OSNRcurrent。考虑到后面光路请求潜在的XCI效应，在为当前光路选择调制格式时先预留了一个OSNR裕度值，也就是要求OSNRcurrent-M≥FEClimit，其中M是设置的裕度值，FEClimit是调制格式所需的OSNR阈值。其中裕度值是通过测试确定的，能够保证以后所有的光路请求都能成功建立。
频谱依赖策略：这种策略比前两种策略更先进，但代价是更高的计算复杂度。为了成功建立新的光路LPnew，首先为LPnew分配频谱资源，然后本发明会检查之前已经成功建立的光路列表{LPpre}，观察列表中与LPnew共享链路的光路是否还能满足各自的OSNR阈值。如果任何一个光路径失败，那么本发明从失败的光路径开始，释放所有未被检查的光路所使用的频谱资源。然后，对于失败的业务需求，本发明降低使用的调制格式的级别，并沿着相同的路由重新分配频谱。对于没有检查过的光路，本发明会使用之前使用过的调制格式重新分配频谱给它们，并检查它们是否能满足信噪比要求。本发明重复这个过程，直到新的光路成功建立后，所有的光路都能满足它们的信噪比要求。
四、仿真和性能分析
表2
本发明考虑了如表2所示的三种不同类型的光纤，分别是G.652，G.654.E-A110和G.654.E-A130。在弹性光网络中，为了评估提出的三种不同的OSNR保证策略的性能，同时评估光纤的衰减系数和有效面积如何影响光路服务配置性能，本发明将采用14个节点、21条链路的NSFNET网络和24个节点、43条链路的USNET网络作为本发明的测试网络。具体测试网络如图3所示，链路距离以km为单位。在这里本发明假设每个节点对之间都存在一个业务流量需求，并且每次都增量地提供一个需求。每个业务的带宽需求均匀分布在[120，X]Gb/s的范围内，其中X是带宽需求的最大值，在NSFNET和USNET网络中X分别设置为700和300。假设每个FS的带宽是12.5GHz，FEC的开销是25％。在裕度预留策略中，NSFNET和USNET网络的裕度值分别设置为1.5dB和2dB，因为USNET网络比NSFNET网络更大更复杂，所以裕度值设置地更大一点。另外，EDFA的噪声系数将设置为5.5dB，每条光路的发射功率是0dBm。
如图4所示，本发明首先比较了三种OSNR性能保证策略的性能。其中光纤参数设置如下：衰减系数为0.185dB/km，有效面积为83μm2。因为全频谱加载策略考虑了所有光纤链路的最坏情况，每条光路的信噪比都被低估，因此分配的调制格式级别较低，需要的频谱资源也更多。相比之下，由于频谱依赖策略只考虑来自当前光路频谱的干扰，因此实际受到的干扰将低于全频谱加载策略的结果，这样可以计算出更高的信噪比，从而实现更有效的频谱资源分配，使用的FS数目也是最少，比NSFNET和USNET全频谱加载策略下的结果分别降低了40.8％和38.9％。虽然裕度预留策略也只考虑了来自当前光路频谱的干扰，但此策略对每个光路使用相同的信噪比惩罚。因此，该策略不能充分考虑当前光路的实际干扰值，需要的FS数目属于中间值，比两个网络的全频谱加载策略分别降低了28.4％和28.2％。
基于频谱依赖策略，如图5所示，本发明进一步评估光纤损耗和有效面积对光路配置性能的影响。可以看到，所使用的FS数量随着光纤损耗的降低和有效面积的增加而减少，这是因为前者可以降低ASE噪声，而后者可以减小NLI干扰。当光纤衰减系数减小时，所使用的FS数量几乎呈线性下降，这个发现与点对点系统中的结果是相似的，因为这个参数主要影响放大器的增益，进而影响ASE噪声，与网络中光路的频谱信息关系不大。相比之下，随着有效面积的增加，所使用的FS数目呈现饱和趋势，特别是从110μm2到130μm2。主要有两点原因：(1)有效面积与OSNR的对数关系；(2)在频谱依赖策略下，链路上的频谱并不是满负荷状态，因此XCI的改善将随着有效面积的增加而减小。这一结果对于光纤的制备是非常有用的，因为从网络性能的角度来看，这意味着制备衰减系数尽可能低的光纤非常重要，但是有效面积超过110μm2后不必再继续增加。
综上所述，为了评估光纤损耗和有效面积对EON中光路服务配置的影响，本发明提出了一种信噪比计算模型来评估光路的信号质量。本发明还提出了一种OSNR感知的频谱分配算法和三种OSNR性能保证的光路分配策略。仿真结果表明，频谱依赖的ONSR性能保证策略是最有效的，需要最少的FS数量，并能够保证每个光路的ONSR需求。研究发现，虽然降低光纤损耗可以获得较好的业务性能，但无需制备有效面积大于110μm2的光纤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建OSNR评估模型以用于评估光路信号的传输质量，所述OSNR评估模型包括放大自发辐射噪声、非线性干扰和ROADM级联导致的滤波窄化效应；
S2、发送光路业务需求，获取源节点和目标节点之间的最短路径；
S3、获取多个调制格式及其对应的阈值，根据频谱效率对多个调制格式由高向低进行排序，获得排序后的调制格式列表；
S4、使用频谱效率最高的调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽；
S5、将光路业务所需的带宽代入至OSNR评估模型中，获得业务实际所需的FS数，其中，FS数指的是灵活栅格数；
S6、使用首次适应算法为所述最短路径分配当前业务所需要的频谱资源，获得当前业务在光路上的中心频率。
2.根据权利要求1所述的光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配方法，其特征在于，所述使用首次适应算法为最短路径分配当前业务所需要的频谱资源，获得当前业务在光路上的中心频率，之后还包括：
分别使用全频谱加载策略、裕度预留策略和频谱依赖策略对OSNR质量进行评估，保证频谱分配后的光通道性能最佳。
3.根据权利要求2所述的光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配方法，其特征在于，使用全频谱加载策略对OSNR质量进行评估，包括：
在链路上所有的频谱资源都被占用，OSNR性能最差时，评估光路的传输质量OSNR；
当OSNR满足当前调制格式的阈值，建立光路并终止分配过程；否则，使用调制格式列表中当前调制格式的下一个调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽，重复S5及其之后的步骤，直至所述光路业务需求建立；
在所有光路业务需求成功建立后，考虑非线性干扰并检查所有光路业务需求，重新计算OSNR是否还满足选择的调制格式，如果不满足当前调制格式，阻塞该业务。
4.根据权利要求2所述的光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配方法，其特征在于，使用裕度预留策略对OSNR质量进行评估，包括：
根据光线链路上当前的频谱资源的中心频率计算光路的传输质量OSNR；
预留裕度值M；
当OSNR-M满足当前调制格式的阈值，建立光路并终止分配过程，否则，使用调制格式列表中当前调制格式的下一个调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽，重复S5及其之后的步骤，直至所述光路业务需求建立；
在所有光路业务需求成功建立后，考虑非线性干扰并检查所有光路业务需求，重新计算OSNR是否还满足选择的调制格式，如果不满足当前调制格式，阻塞该业务。
5.根据权利要求2所述的光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配方法，其特征在于，使用频谱依赖策略对OSNR质量进行评估，包括：
根据光线链路上当前的频谱资源的中心频率计算光路的传输质量OSNR；
当OSNR满足当前调制格式的阈值，建立光路并终止分配过程；否则，使用调制格式列表中当前调制格式的下一个调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽，重复S5及其之后的步骤，直至所述光路业务需求建立；
在所有光路业务需求成功建立后，考虑非线性干扰并检查所有光路业务需求，重新计算OSNR是否还满足当前的调制格式；
若OSNR不满足当前的调制格式，则从失败的光路径开始，释放所有未被检查的光路所使用的频谱资源；
对于失败的业务需求，降低使用的调制格式的级别，并沿着相同的最短路径重新分配频谱。
6.根据权利要求5所述的光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配方法，其特征在于，对于失败的业务需求，降低使用的调制格式的级别，并沿着相同的最短路径重新分配频谱，之后还包括：
对于没有检查过的光路，使用之前使用过的调制格式重新分配频谱，并检查是否能满足信噪比要求；
重复上述过程，直至所有新的光路成功建立后，所有光路都能满足信噪比。
7.根据权利要求1所述的光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配方法，其特征在于，所述S1包括：
当信号带宽是BWs，滤波器的3dB带宽为：
其中，T是滤波器的插入损耗(以dB为单位)，Nf是级联滤波器的数目，n是高斯函数的阶数；
光路的总信噪比OSNRlightpath为：
其中，Pin是光路的发射功率，PASE是ASE噪声的功率值，PNLI是NLI干扰的功率值，其中，ASE是放大器自发辐射噪声；
在每个光放大器都能恰好完全补偿前面信号的损耗的情况下，PASE的计算公式为：
PASE＝F×h×(G-1)×fi×Bi (3)
其中，F是光放大器的噪声系数，h是普朗克常量，G是光放大器的增益，fi是信号的中心频率，Bi是信号的带宽；
对于非线性干扰，在加性高斯的假设下，PNLI计算为：
其中，
γ＝2π×n2/(λ×Aeff)，“asinh”是双曲反正弦函数，α是光纤衰减系数，β2是二阶光纤色散系数，Lspan是跨段长度，跨段是指两个相邻光放大器之间的物理链路，λ是信号的波长，n2是光纤的非线性折射率，Aeff是光纤的有效面积，NLI是光纤中的非线性干扰，η为光纤的非线性系数，Pch为光通道的发射功率，Rs是信号传输的波特率，Nch是已建立的光路业务的数目。
8.根据权利要求1所述的光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配方法，其特征在于，所述S3中多个调制格式包括：
PM-64QAM、PM-32QAM、PM-16QAM、PM-8QAM、PM-QPSK和PM-BPSK。
9.一种光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配系统，其特征在于，包括：
OSNR构建模块，所述OSNR构建模块用于构建OSNR评估模型以用于评估光路信号的传输质量，所述OSNR评估模型包括放大自发辐射噪声、非线性干扰和ROADM级联导致的滤波窄化效应；
最短路径获取模块，所述最短路径获取模块用于发送光路业务需求，获取源节点和目标节点之间的最短路径；
调制格式排序模块，所述调制格式排序模块用于获取多个调制格式及其对应的阈值，根据频谱效率对多个调制格式由高向低进行排序，获得排序后的调制格式列表；
频谱分配模块，所述频谱分配模块使用频谱效率最高的调制格式，基于带宽需求和FEC开销，计算出光路业务所需的带宽，将光路业务所需的带宽代入至OSNR评估模型中，获得业务实际所需的FS数，使用首次适应算法为所述最短路径分配当前业务所需要的频谱资源，获得当前业务在光路上的中心频率，其中，FS数指的是灵活栅格数。
10.如权利要求9所述的光通道性能保证下的OSNR感知频谱分配系统，其特征在于，还包括：
OSNR质量评估模块，所述OSNR质量评估模块分别使用全频谱加载策略、裕度预留策略和频谱依赖策略对OSNR质量进行评估，保证频谱分配后的光通道性能最佳。
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