CN113965264B - C波段和l波段eon中l波段光放大器放置方法及系统 - Google Patents

C波段和l波段eon中l波段光放大器放置方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种C波段和L波段EON中L波段光放大器放置方法及系统，该方法包括以下步骤：S1、在所有已部署C波段放大器的网络链路上，假设将L波段放大器放在与C波段放大器相同的放大器站点上，记为联合放置；S2、选择一条网络链路，假设在选择的网络链路中用L波段放大器与C波段放大器独立放置替换原来的联合放置，并计算所有网络链路在L波段使用的相应频隙数；遍历所有网络链路，选择相应频隙数最少的网络链路用L波段放大器与C波段放大器独立放置替换原来的联合放置。本发明C波段和L波段EON中L波段光放大器放置方法及系统可以实现C波段和L波段EON中L波段光放大器的最优放置，最大限度地提高频谱资源利用率。

Description

C波段和L波段EON中L波段光放大器放置方法及系统
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种C波段和L波段EON中L波段光放大器放置方法。
背景技术
为了提高基于标准单模光纤(SSMF)的光传输系统的频谱效率，传统的C波段光传输正在被扩展到L波段的数据传输。这样的系统被称为C+L波段光纤传输系统。相比于空分复用技术，C+L波段光纤传输系统利用已安装的传输设备，可以获得最大的投资回报。此外，该系统和空分复用并不互斥，因为C+L波段传输是一种最大限度地利用每根光纤传输的技术，当需要的时候，它可以通过激活额外的光纤，最终与空分复用结合起来。
目前，有关如何在C+L波段光纤传输系统上放置L波段光放大器的研究很少，大多数研究假设L波段放大器被放置在与C波段放大器相同的位置，C和L波段信号同时被放大。然而，与C波段相比，L波段的信号会受到更高的光纤损耗，这就需要更短的放大跨度距离。因此，如果L波段放大器与C波段放大器的跨度距离相同，L波段信号可能遭受较低的光信噪比(OSNRs)，因此光路透明到达距离较短。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可最大限度地提高频谱资源利用率、节省成本的C波段和L波段EON中L波段光放大器放置方法。
为了解决上述问题，本发明提供了C波段和L波段EON中L波段光放大器放置方法，其包括以下步骤：
S1、在所有已部署C波段放大器的网络链路上，假设将L波段放大器放在与C波段放大器相同的放大器站点上，记为联合放置；
S2、选择一条网络链路，假设在选择的网络链路中用L波段放大器与C波段放大器独立放置替换原来的联合放置，并计算所有网络链路在L波段使用的相应频隙数；遍历所有网络链路，选择相应频隙数最少的网络链路用L波段放大器与C波段放大器独立放置替换原来的联合放置。
作为本发明的进一步改进，还包括步骤：
S3、在已替换掉一条网络链路的基础上，继续通过计算相应频隙数的方式对剩余网络链路进行替换，直至完成替换的网络链路数量达到预设值。
作为本发明的进一步改进，还包括以下步骤：
S4、将L波段最大频隙数作为评估指标来评估放置方法的性能。
作为本发明的进一步改进，步骤S4包括：
S41、构建OSNR估算模型以估算C波段和L波段光路的信号质量；
S42、根据业务请求，优先选择最高的调制格式，按照调制格式对应的OSNR阈值，在频谱窗内寻找满足该调制格式下OSNR阈值要求的路由；
S43、找到满足条件的路由后，根据构建的OSNR估算模型计算出所需要的FS数并进行频谱分配，得到L波段最大频隙数；如果无法找到路由，则降低调制格式再重复上述步骤。
作为本发明的进一步改进，所述OSNR估算模型如下：
Figure BDA0003282283030000021
其中，OSNRtotal是光路的总OSNR，L是光路穿越的链路集合，OSNRs是光路穿越的第S条链路的OSNR，PASE是第S条链路上积累的总ASE噪声；PNLI是由于链路上信道间受激拉曼散射引起的累积非线性干扰，Pch是信道发射功率。
作为本发明的进一步改进，所述调制格式包括：16-QAM、8-QAM、QPSK、BPSK。
本发明还提供了一种C波段和L波段EON中L波段光放大器放置系统，其包括：
联合放置模块，用于在所有已部署C波段放大器的网络链路上，假设将L波段放大器放在与C波段放大器相同的放大器站点上，记为联合放置；
频隙数计算模块，用于选择一条网络链路，假设在选择的网络链路中用L波段放大器与C波段放大器独立放置替换原来的联合放置，并计算所有网络链路在L波段使用的相应频隙数；
替换模块，用于遍历所有网络链路，选择相应频隙数最少的网络链路用L波段放大器与C波段放大器独立放置替换原来的联合放置。
作为本发明的进一步改进，所述替换模块还用于在已替换掉一条网络链路的基础上，继续通过计算相应频隙数的方式对剩余网络链路进行替换，直至完成替换的网络链路数量达到预设值。
作为本发明的进一步改进，还包括：
评估模块，用于将L波段最大频隙数作为评估指标来评估放置方法的性能。
作为本发明的进一步改进，所述评估模块包括：
估算模型构建模块，用于构建OSNR估算模型以估算C波段和L波段光路的信号质量；
路由寻找模块，用于根据业务请求，优先选择最高的调制格式，按照调制格式对应的OSNR阈值，在频谱窗内寻找满足该调制格式下OSNR阈值要求的路由；
最大频隙数计算模块，用于在找到满足条件的路由后，根据构建的OSNR估算模型计算出所需要的FS数并进行频谱分配，得到L波段最大频隙数。
本发明的有益效果：
本发明C波段和L波段EON中L波段光放大器放置方法及系统可以实现C波段和L波段EON中L波段光放大器的最优放置，最大限度地提高频谱资源利用率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明优选实施例中C波段和L波段EON中L波段光放大器放置方法的流程图；
图2是本发明优选实施例中C波段和L波段EON中L波段光放大器放置方法概念图；
图3是不同L波段放大器放置方法的性能对比图。
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。
如图1所示，本发明优选实施例中的C波段和L波段EON中L波段光放大器放置方法，包括以下步骤：
S1、在所有已部署C波段放大器的网络链路上，假设将L波段放大器放在与C波段放大器相同的放大器站点上，记为联合放置；
S2、选择一条网络链路，假设在选择的网络链路中用L波段放大器与C波段放大器独立放置替换原来的联合放置，并计算所有网络链路在L波段使用的相应频隙数(FS)；遍历所有网络链路，选择相应频隙数最少的网络链路用L波段放大器与C波段放大器独立放置替换原来的联合放置。
其中，联合放置(Joint Placement，JP):这种放置策略将L波段放大器放在与C波段放大器相同的放大器站点上。参照图2，有两个链路A-B和B-C。JP策略将C波段和L波段的放大器放在同一个放大器站点中，这就需要总共9个L波段的放大器，包括2个前置放大器、2个后置放大器和5个线路放大器，而且不需要建造新的放大器站点。在这种配置下，A-B-C光路的L波段OSNR可以估算为12.6dB。
其中，独立放置(Independent Placement，IP):这种放置策略将C波段和L波段放大器独立放置。L波段放大器的放置受最大放大跨度距离的限制(例如，每20dB的损耗)。因此，给定一个具有一定距离的链路，我们可以找到任何两个相邻L波段放大器之间的实际放大跨度距离为
Figure BDA0003282283030000052
其中l为光纤链路距离，D为最大放大跨度距离。参照图2，IP策略总共需要11个放大器，需要建造7个新的放大器站点。由于更频繁的放大，这里L波段光路的OSNR比JP策略要好(例如，16.2dB对比12.6dB)。然而，随着放置更多的L波段放大器和建造更多的放大器站点，整体系统成本也会增加。
本发明中的放置方法也成为混合放置(Mixed Placement，MP):该策略针对不同的网络链路联合采用了IP和JP策略。参照图2，MP策略采用了IP和JP策略，分别在A-B和B-C链路上放置L波段放大器。总共放置了10个L波段放大器，并建造了三个新的放大器站点，与其他两种策略相比，L波段光路的OSNR落在中间，为14.5dB。
在本实施例中，当需要对多条网络链路进行替换时，该方法还包括步骤：
S3、在已替换掉一条网络链路的基础上，继续通过计算相应频隙数的方式对剩余网络链路进行替换，直至完成替换的网络链路数量达到预设值。
为了评估本发明中放置方法的性能，该方法还包括步骤：
S4、将L波段最大频隙数作为评估指标来评估放置方法的性能。其中，在EON中，不同波段都有各自的频谱资源，FS数越小说明放置策略的频谱性能越好，为了得到L波段最大FS数，我们考虑在EON背景下基于OSNR的路由、调制格式、波段和频谱分配(RMBSA)问题。
进一步地，步骤S4包括：
S41、构建OSNR估算模型以估算C波段和L波段光路的信号质量；
所述OSNR估算模型如下：
Figure BDA0003282283030000051
其中，OSNRtotal是光路的总OSNR，L是光路穿越的链路集合，OSNRs是光路穿越的第S条链路的OSNR，PASE是第S条链路上积累的总ASE噪声；PNLI是由于链路上信道间受激拉曼散射(ISRS)引起的累积非线性干扰(NLI)，Pch是信道发射功率。其中，在C波段和L波段中，PASE和PNLI是不同的，因为它们有不同的放大增益和噪声系数(NF)、光纤色散以及光信道中心频率。
S42、根据业务请求，优先选择最高的调制格式，按照调制格式对应的OSNR阈值，在频谱窗内寻找满足该调制格式下OSNR阈值要求的路由；其中，调制格式包括：16-QAM、8-QAM、QPSK、BPSK。
S43、找到满足条件的路由后，根据构建的OSNR估算模型计算出所需要的FS数并进行频谱分配，得到L波段最大频隙数；如果无法找到路由，则降低调制格式再重复上述步骤。
在该方法中，尽可能选择调制格式较高的优先选择将C波段的频谱资源耗尽，再考虑使用L波段的频谱资源。
本发明优选实施例还公开了一种C波段和L波段EON中L波段光放大器放置系统，其包括：
联合放置模块，用于在所有已部署C波段放大器的网络链路上，假设将L波段放大器放在与C波段放大器相同的放大器站点上，记为联合放置；
频隙数计算模块，用于选择一条网络链路，假设在选择的网络链路中用L波段放大器与C波段放大器独立放置替换原来的联合放置，并计算所有网络链路在L波段使用的相应频隙数；
替换模块，用于遍历所有网络链路，选择相应频隙数最少的网络链路用L波段放大器与C波段放大器独立放置替换原来的联合放置。
进一步地，所述替换模块还用于在已替换掉一条网络链路的基础上，继续通过计算相应频隙数的方式对剩余网络链路进行替换，直至完成替换的网络链路数量达到预设值。
可选的，该系统还包括：
评估模块，用于将L波段最大频隙数作为评估指标来评估放置方法的性能。
进一步地，所述评估模块包括：
估算模型构建模块，用于构建OSNR估算模型以估算C波段和L波段光路的信号质量；
路由寻找模块，用于根据业务请求，优先选择最高的调制格式，按照调制格式对应的OSNR阈值，在频谱窗内寻找满足该调制格式下OSNR阈值要求的路由；
最大频隙数计算模块，用于在找到满足条件的路由后，根据构建的OSNR估算模型计算出所需要的FS数并进行频谱分配，得到L波段最大频隙数。
该系统实施例中所涉及的计算步骤与上述方法实施例中相同，在此不多赘述。
为了评估不同L波段放大器放置策略的性能，我们采用了两个测试网络，即6节点9链路(n6s9)网络和14节点21链路(NSFNET)网络，进行仿真研究。我们假设C和L波段的光纤衰减系数分别为0.2和0.23dB/km，C和L波段的最大放大跨度距离分别为100km和87km。基于不同的放大器放置策略，我们将光放大器放置在C+L波段的EON中。此外，每个光纤链路上最多有800个FS，其中C波段有320个FS，L波段有480个FS。每个FS占用12.5GHz的带宽。四种调制格式(即BPSK、QPSK、8-QAM和16-QAM)被考虑用于建立光路，其FS容量和OSNR阈值遵循[2]中的相应表格。每个节点对之间的流量需求是随机分布的，范围为[200,300]Gb/s。在评估系统成本时，我们只考虑L波段放大器的成本、新的放大器站点，以及在L波段放大器的寿命期内为其供电和维护。出于案例研究的目的，我们假设这些归一化成本分别为1.45、1.0和3.0单位，成本＝L波段新增放大器的数量*(1.45+3)+新的放大器站点数量*1。
我们评估了不同的L波段放大器放置策略的性能，与不放置L波段放大器的情况相比，在L波段使用的最大FS数量和增加的系统成本方面。图3(a)显示了n6s9网络的结果，其中每个节点对之间的流量需求数量为40。图例"IP"和"JP"分别对应于IP和JP策略的结果。图例"MP"对应的是MP策略的结果，其中k从1增加到5。比较三种放置策略，我们看到JP策略总是在L波段使用最大的FS数量，并且增加的系统成本最低。相比之下，IP策略总是要求在L波段使用最低的最大FS数量，但增加的系统成本最高。这是因为IP策略根据其自身的放大跨度距离放置L波段放大器，这带来了更好的链路OSNR，同时以更多的L波段放大器和新的放大器站点为代价。我们还看到，与JP策略相比，MP策略总是显示出在L波段使用的FS数量较少，对于不同的k，MP策略的FS数量最高为19％。当k为5时，MP策略在L波段使用的最大FS数量几乎与IP策略相同，只有0.94％的微小差别。同时，我们还注意到，MP策略增加的系统成本仍然远远低于IP策略(高达16.2％)，尽管它比JP策略(高达20.1％)高一些。因此，MP策略可以有效地权衡频谱效率和系统成本。
我们对NSFNET进行了类似的研究，其结果见图3(b)。我们看到，与JP策略相比，MP策略在L波段使用的最大FS数量总是较少，k从1增加到6，其差异高达25.7％。当k为6时，MP策略在L段使用的最大FS数量略大于IP策略，约为1.2％。此外，MP策略增加的系统成本仍然远远低于IP策略(高达23.3％)，尽管它比JP策略(高达13.5％)高一些。这些结果再次验证了MP策略在权衡频谱效率和系统成本方面的有效性。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.C波段和L波段EON中L波段光放大器放置方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在所有已部署C波段放大器的网络链路上，将L波段放大器放在与C波段放大器相同的放大器站点上，记为联合放置；
S2、选择一条网络链路，在选择的网络链路中用L波段放大器与C波段放大器独立放置替换原来的联合放置，并计算所有网络链路在L波段使用的相应频隙数；遍历所有网络链路，选择相应频隙数最少的网络链路用L波段放大器与C波段放大器独立放置替换原来的联合放置；
还包括以下步骤：
S4、将L波段最大频隙数作为评估指标来评估放置方法的性能；
步骤S4包括：
S41、构建OSNR估算模型以估算C波段和L波段光路的信号质量；
S42、根据业务请求，选择最高的调制格式，按照调制格式对应的OSNR阈值，在频谱窗内寻找满足该调制格式下OSNR阈值要求的路由；
S43、找到满足条件的路由后，根据构建的OSNR估算模型计算出所需要的频隙数并进行频谱分配，得到L波段最大频隙数；如果无法找到路由，则降低调制格式再重复上述步骤。
2.如权利要求1所述的C波段和L波段EON中L波段光放大器放置方法，其特征在于，还包括步骤：
S3、在已替换掉一条网络链路的基础上，继续通过计算相应频隙数的方式对剩余网络链路进行替换，直至完成替换的网络链路数量达到预设值。
3.如权利要求1所述的C波段和L波段EON中L波段光放大器放置方法，其特征在于，所述OSNR估算模型如下：
Figure FDA0003833759970000011
其中，OSNRtotal是光路的总OSNR，L是光路穿越的链路集合，OSNRs是光路穿越的第S条链路的OSNR，PASE是第S条链路上积累的总ASE噪声；PNLI是由于链路上信道间受激拉曼散射引起的累积非线性干扰，Pch是信道发射功率。
4.如权利要求1所述的C波段和L波段EON中L波段光放大器放置方法，其特征在于，所述调制格式包括：16-QAM、8-QAM、QPSK、BPSK。
5.一种C波段和L波段EON中L波段光放大器放置系统，其特征在于，包括：
联合放置模块，用于在所有已部署C波段放大器的网络链路上，将L波段放大器放在与C波段放大器相同的放大器站点上，记为联合放置；
频隙数计算模块，用于选择一条网络链路，在选择的网络链路中用L波段放大器与C波段放大器独立放置替换原来的联合放置，并计算所有网络链路在L波段使用的相应频隙数；
替换模块，用于遍历所有网络链路，选择相应频隙数最少的网络链路用L波段放大器与C波段放大器独立放置替换原来的联合放置；
评估模块，用于将L波段最大频隙数作为评估指标来评估放置方法的性能，所述评估模块包括：
估算模型构建模块，用于构建OSNR估算模型以估算C波段和L波段光路的信号质量；
路由寻找模块，用于根据业务请求，选择最高的调制格式，按照调制格式对应的OSNR阈值，在频谱窗内寻找满足该调制格式下OSNR阈值要求的路由；
最大频隙数计算模块，用于在找到满足条件的路由后，根据构建的OSNR估算模型计算出所需要的频隙数并进行频谱分配，得到L波段最大频隙数。
6.如权利要求5所述的C波段和L波段EON中L波段光放大器放置系统，其特征在于，所述替换模块还用于在已替换掉一条网络链路的基础上，继续通过计算相应频隙数的方式对剩余网络链路进行替换，直至完成替换的网络链路数量达到预设值。
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