OTN网络的光信噪比计算方法与流程

本发明涉及智能电网技术领域，特别是涉及一种OTN网络的光信噪比计算方法。

背景技术：

在智能电网的大力发展下，电网的信息化工作产生了大量的业务数据，对原有支撑系统的带宽造成极大压力，为解决这一难题，可以采用全光交叉、万兆互联的OTN(光传送网，OpticalTransportNetwork)技术来进行组网，进一步形成光传输网，以支撑电网信息化所产生的大量数据。OTN技术以往主要用于运营商，其网络架构一经设计就是稳定的，但在电网的实际运行过程中，电网的不断建设将导致OTN网络结构的改变，网络结构的改变主要影响底层物理参数，而在全光交叉的OTN网络中，物理层最重要的参数就是光信噪比，其值的大小直接决定了光路是否能够开通，一旦不能满足开通指标要求将会影响整网的性能，对电网信息化建设过程造成极大影响。

目前对于光信噪比的研究主要包括，一种是根据光信噪比的特性，求取包含光放大器的DWDM系统的光信噪比；另一种通常是研究通过不同的测量方法或测量系统来确定信道的光信噪比。然而这下方法都只是集中在现有网络拓扑的情况下，计算或测量信道的光信噪比，对于网络拓扑的变化，光信噪比的变化情况无法通过理论分析得知。

为了解决上述问题，解决的方法有根据光放大器的噪声系数和增益得到方法自辐射噪声功率，然后计算出光放大器的单通道输入功率，根据单通道输入功率和输入光信噪比得到输入噪声功率，然后再得到输出噪声功率，最后求取单通道的输出信号功率，根据输出信号功率和输出噪声功率得到信号的输出光信噪比。上述方法虽然克服了光信噪比估算方法的一些缺陷，但是还是未考虑到网络拓扑的变化情况下，原系统能否继续传输的问题。

技术实现要素：

本发明实施例中提供了一种OTN网络的光信噪比计算方法，以解决现有技术中的光信噪比计算方法未考虑网络拓扑的变化导致系统传输状态变化的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种OTN网络的光信噪比计算方法，所述方法包括：

根据OTN网络中的级联链路建立光信噪比计算模型；

获取所述计算模型的输出参数和链路参数；

改变所述计算模型中的节点数；

对节点变化后的计算模型进行光信噪比计算。

优选地，所述根据OTN网络中的级联链路建立光信噪比计算模型，包括：

获取OTN网络终级联链路中的放大器的个数；

根据所述放大器的个数确定所述OTN网络中级联链路的级数；

建立与所述级联链路的级数相同级数的光信噪比计算模型。

优选地，所述获取所述计算模型的输出参数和链路参数，包括：

获取所述模型的输出端的信号输出功率和积累的ASE功率；

计算所述计算模型链路中的放大器增益和链路损耗。

优选地，所述改变所述计算模型中的节点数，包括：

增加或减少所述计算模型中的放大器的个数。

优选地，还包括：判断改变节点后的计算模型是否满足传输的条件。

优选地，所述判断改变节点后的计算模型是否满足传输的条件，包括：

判断所述改变节点后的计算模型的是否满足光信号功率的约束条件和光信噪比约束条件；

如果满足，则进行光信噪比计算。

优选地，所述对节点变化后的计算模型进行光信噪比计算，包括：

计算节点增加或减少后的计算模型的输出端信号功率和积累的ASE功率；

根据所述节点增加或减少后的计算模型的输出端信号功率和积累的ASE功率获得节点增加或减少后的计算模型的光信噪比。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种OTN网络的光信噪比计算方法，所述方法包括：根据OTN网络中的级联链路建立光信噪比计算模型；获取所述计算模型的输出参数和链路参数；改变所述计算模型中的节点数；对节点变化后的计算模型进行光信噪比计算。本发明实施例建立相应的光信噪比计算模型，通过计算出的所述计算模型的输出参数和链路参数，获得所述计算模型的光信噪比。之后基于所述计算模型进行增加节点、删除节点等操作，使得OTN网络的网络拓扑变化，考虑了OTN网络拓扑变化及拓扑变化后是否还能继续传输的问题，判断出拓扑变化后的OTN网络如果满足继续传输的条件，完成对网络拓扑变化后的光信噪比进行计算。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种OTN网络的光信噪比计算方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种OTN网络中的级联链路结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种OTN网络中的级联链路结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参见图1，为本发明实施例提供的一种本发明实施例提供的一种OTN网络的光信噪比计算方法的流程示意图，所述方法包括：

S101，根据OTN网络中的级联链路建立光信噪比计算模型。

获取OTN网络终级联链路中的放大器的个数；根据所述放大器的个数确定所述OTN网络中级联链路的级数；建立与所述级联链路的级数相同级数的光信噪比计算模型。

如图2为一种OTN网络中的级联链路结构示意图，如图所示Pin为输入端信号功率，Pout为输出端信号功率，图2中的级联链路包括N个放大器。因此确定所述OTN网络中级联链路的级数为N级。

OSNR的定义是在光有效带宽为0.1nm内光信号功率和噪声功率的比值，通常可以表达为：

OSNR＝Sout/Nout (1)

其中，Sout为输出端信号功率，Nout为输出端噪声功率。噪声功率由两部分构成，一部分是输入端的外部噪声功率经过设备后的输出，另一部分是设备的内部噪声功率输出。由于外部输入噪声功率难以测量，在此忽略不计，从而设定输出端光噪声功率仅由设备的内部噪声构成。则OSNR可以表达为：

OSNR＝Sout/PASE (2)

OSNR(dB)＝Sout-PASE (3)

其中，PASE是由设备内部噪声产生的输出端噪声功率。由于在OTN网络中，节点和链路相互串联生成业务路由，传输信号在业务路由上传输时会依次经过级联的具有放大功能的设备。假设每个放大器输出端的总输出功率(包括积累ASE功率)、链路中所有EDFA的噪声指数F、增益、每段光纤衰减L都相同时，OSNR可以表示为：

R_out(dB)＝P_in-F-10lgN-10lg(hvB₀)＝P_out-L-F-10lgN-10lg(hvB₀) (4)

S102,获取所述计算模型的输出参数和链路参数。

获取所述模型的输出端的信号输出功率和积累的ASE功率；计算所述计算模型链路中的放大器增益和链路损耗。

在级联EDFA系统中，由于实际中每个WDM系统的光传送段(OTS)段落长度及其损耗是不尽相同的，各个局(站)所配置的放大器也不完全相同，因此上述表达式在实际场景下的应用会受到明显的限制。因此对于级联的放大器设备，我们采用光信噪比的基本定义来计算级联系统的光信噪比：

OSNR＝Sout/PASE总 (5)

OSNR(dB)＝Sout-PASE总 (6)

其中，Pout为输出端的信号功率，PASE总是积累的ASE总功率，物理含义为每一个设备内部噪声经过级联系统的增益和衰减之后，在输出端体现的噪声功率。

1)输出端的信号功率Pout

在实际的电网应用中，我们能够采集到的放大设备的输出功率Pout(单位为dBm)，理论上Pout包含了信号功率上和积累的ASE功率，但由于信号功率远大于积累的ASE功率，因此在计算时，我们将Pout视为输出端的信号功率。

2)积累的ASE功率PASE总

对于信号经过的第i个放大设备的内部噪声功率可由以下公式计算得到：

PASEi(dB)＝NF_i+G_i+N_in (7)

或

PASEi(W)＝2n_sp(G_i-1)hvB₀ (8)

PASEi(dB)＝10log2n_sp+10log(G_i-1)+10loghvB₀≈4+(-58)+G_i (9)

其中，NF_i为外部噪声系数，为输入端信噪比与输出端信噪比的比值。G_i为放大器增益。N_in为输入的噪声功率，N_in＝10loghvB₀，即输入噪声为一个光子的功率。n_sp为反转因子，通常大于或等于1。

则业务路由上级联的放大器积累的总ASE噪声功率可以表达为：

其中，P_ASEi、L_i、G_i的单位为dBm，L_i链路损耗，G_i为放大器增益。则

PASE总(W)＝P_ASE1·L₁△₂…△_n-1G_n+P_ASE2·L₂△₃…△_n-1G_n+P_ASEn (11)

其中，△_j＝G_jL_j。

3)放大器增益G

放大器增益与其类型相关，其实际增益符合其标称值范围。而且可以从现网资料中获取放大器的输入与输出功率，因此可以根据下述公式计算放大器的实际增益。对于非纯放大器设备(该设备可能含有两个及以上放大器)，将此设备看作一个放大器，将其信号输入功率与信号输出功率的比值视为等效总增益。

4)链路损耗L

链路损耗可以直接从现网拓扑中读取链路损耗的标称值或者根据论文资料参考值，光缆损耗系数为0.275dB/km。

S103,改变所述计算模型中的节点数。

增加或减少所述计算模型中的放大器的个数，当所述计算模型中的放大器个数发生变化后，对应的级联链路发生变化，此时还需要判断改变后节点后的计算模型是否满足传输的条件。具体为：判断所述改变节点后的计算模型的是否满足光信号功率的约束条件和光信噪比约束条件；如果满足，则进行光信噪比计算。

当在网络中增加节点后，由于节点在放大信号的同时，会产生内部噪声，在对光信号输出功率造成影响的同时，也会对光信号的光信噪比造成影响，这两个要素对于光信号能否在业务链路上传输具有并关系，即只有当满足节点的最小输入功率和输出信号功率的OSNR值在合理范围之内，该光信号才能继续传输。由于接受光信号的放大器无法识别功率过小的光信号，如果经过链路传输的光信号如果衰减严重，导致光功率小于放大设备的最小额定输入功率，则该放大设备无法对该光信号进行放大，即此光路不连通，承接在光路上的业务也会中断，所以必须满足节点的最小额定输入功率。为保证业务数据传输的稳定和准确，OTN光网络的OSNR值必须满足18dB，若小于18dB，即使输入光功率高于放大设备的最小额定输入功率，业务也无法在光网络上准确稳定地传输，所以输出信号的OSNR值必须在合理范围之内。

因此考虑网络拓扑变化对业务路由能否正常传输的影响主要有两个方面：节点变化后光信号功率是否满足放大设备的最小额定输入功率；节点变化后业务路由的OSNR值是否满足18dB。则根据上述两个方面构建满足业务路由正常传输的约束条件，首先考虑增加节点：

若要在现有业务链路中增加节点，需要确定节点的放大器类型、节点位置，如图3所示为本发明实施例提供的另一种OTN网络中的级联链路结构示意图，相比图2中的级联链路，图3中增加了一个放大器相对的就增加了1个节点，假设在级联链路中节点1、2分别代表原有的节点，节点3表示待增加的节点，G1、G2、G3分别节点1、2、3的增益。L为节点1和节点2之前原有的链路损耗，L1、L2分别为增加节点3后与节点1和节点2的链路损耗。P1out为节点1的输出功率，P3in为节点3的输入功率，P3out为节点3的输出功率，P2in为节点2的输入功率，P2out为节点2的输出功率。

1)光信号功率约束条件：

网络拓扑变化后的各个站点的输入功率要大于等于该设备的最小额定输入功率，即：

P_2in(W)＝P_1outG₃/L₁L₂≥P_min (12)

P_min为节点2能够接受的额定最小功率。

2)光信噪比约束条件

网络拓扑变化后的各个站点输出信号的光信噪比要大于等于18dB，该信号才能继续传输，即：

OSNRout＝P_2out/PASE总≥18dB (13)

根据光信噪比公式我们首先计算节点2的输出功率：

P_2out＝P_2inG₂ (14)

再计算节点2的输出噪声功率：

PASE总(W)＝P_ASE1G₃/L₁L₂+P_ASE3/L₂+P_ASE2 (15)

P_ASEi为节点的噪声功率，可以由公式(7)得到。

S104,对节点变化后的计算模型进行光信噪比计算。

计算节点增加或减少后的计算模型的输出端信号功率和积累的ASE功率；根据所述节点增加或减少后的计算模型的输出端信号功率和积累的ASE功率获得节点增加或减少后的计算模型的光信噪比。若上述两个条件都满足，则可以利用公式(5)得到增加节点后的光信噪比。

若删除节点，以上述实施例中描述为例，删除节点3，则链路L1和L2合并成L，与增加节点需要满足的约束条件相似，会分为两种情况，即删除该节点后节点变化后光信号功率是否满足放大设备的最小额定输入功率；节点变化后业务路由的OSNR值是否满足18dB。具体的计算模型与计算步骤和增加节点后的光信噪比约束条件相似。

由上述实施例可见，本发明实施例提供的一种OTN网络的光信噪比计算方法，所述方法包括：根据OTN网络中的级联链路建立光信噪比计算模型；获取所述计算模型的输出参数和链路参数；改变所述计算模型中的节点数；对节点变化后的计算模型进行光信噪比计算。本发明实施例建立相应的光信噪比计算模型，通过计算出的所述计算模型的输出参数和链路参数，获得所述计算模型的光信噪比。之后基于所述计算模型进行增加节点、删除节点等操作，使得OTN网络的网络拓扑变化，考虑了OTN网络拓扑变化及拓扑变化后是否还能继续传输的问题，判断出拓扑变化后的OTN网络如果满足继续传输的条件，完成对网络拓扑变化后的光信噪比进行计算。

通过以上的方法实施例的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

需要说明的是，在本文中，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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。