一种OTN中实现灵活栅格业务的方法及系统与流程

本发明涉及光网络技术领域，具体涉及一种otn中实现灵活栅格业务的方法及系统。

背景技术：

随着光通信技术的发展及在大数据、云计算、5g的应用背景下，原有采用固定频谱分配的dwdm系统逐渐显出其不足的一方面，首先由于超100g大颗粒业务的出现，使得原有固定频谱无法承载；其次对于固定频谱来说如果业务颗粒较少，则会造成大量的带宽资源浪费，从而降低了波道的利用率；最后由于原有wdm系统可配置性较差，因此随着sdon技术的兴起，将业务的调度、控制、配置集中到sdon控制器中是大势所趋。

对于灵活频谱分配来说，最为核心的问题为rsa(路由、调制、频谱分配问题)，如其名所示，其主要涉及路由方案选择、调制模式选择和连续与相邻频谱分配问题组成。

灵活频谱根据itu-tg.694.1中对于频谱栅格的定义，其最小频谱间隔为6.25ghz，频谱单元最小为12.5ghz，按照设备光模块技术要求，以频谱槽位(用中心频谱和谱宽定义)为单元灵活地配置业务频谱资源，通过光线路侧码型等参数调整，满足业务传输要求(信号速率、传输距离、光信号质量)。

频谱槽位参数定义：

中心频率＝193.1+n*0.00625thz，中心频率间隔6.25ghz，n为0或正负整数；

谱宽＝m*12.5ghz，槽宽粒度单位12.5ghz，m为正整数。

而对于传统dwdm网络分配固定波长作为传输业务频谱资源，固定波长属于频谱槽位的子集，50ghz固定波长对应的频谱槽位参数：

中心频率＝193.1+8*n*0.00625thz，中心频率间隔50ghz，n为0或正负整数；

槽位谱宽＝4*12.5ghz。

现有技术中灵活栅格业务的实现存在以下技术问题：

第一由于从固定波长到灵活栅格为一个演进行过程，由于经济成本等原因，灵活栅格并不会立即全部替代原有固定波长的方式，因此固定波长与灵活栅格共存的局面将长期存在。故而如何兼容固定与可调两种方式成为一个亟需解决的技术问题。

第二对于灵活栅格本身而言，如何在中心频率与业务频带宽度可调情况下进行路由波长分配(rsa)也是要进行解决的技术问题。

最后随着sdon的普及，网络功能、配置虚拟化成为大势所趋，如何将灵活栅格应用其中并将上述两种技术问题所涉及的功能集成至sdon系统中同样充满挑战。

综上所示，随着网络功能、配置虚拟化成为大势所趋，如何将灵活栅格业务应用至otn网络，特别是sdon系统中，成为亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种otn中实现灵活栅格业务的方法及系统，可适用于目前可调栅格与固定栅格共存的情况，使光层业务更加灵活的配置和下发。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种otn中实现灵活栅格业务的方法，包括以下步骤：

接收业务rsa路径计算请求，获取业务源宿端口、业务速率、最大算路次数；

根据业务下发所配置的源宿线路口，得出源宿端口共同支持的端口能力；

根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径，计算该业务路径上每段链路的可用频谱的交集，选择中心频率符合源宿端口源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力的频谱块作为该路径的频谱。

在上述技术方案的基础上，根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径，具体包括以下步骤：

根据源宿端口共同支持的端口能力和业务速率，选择调制模式和频谱宽度；依据光参数配置，使用ksp算法计算业务路径，或

获取用户配置的调制模式和频谱带宽；根据源宿端口共同支持的端口能力进行参数验证，若源宿端口能力支持用户配置的频谱宽度，则验证通过，进行下一步的路径计算和频谱分配。

在上述技术方案的基础上，根据源宿端口共同支持的端口能力和业务速率，选择调制模式和频谱宽度时，若源宿端口共同支持的频谱宽度存在两个以上，将较小的频谱宽度作为最终所选的频谱宽度。

在上述技术方案的基础上，根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径，计算该业务路径上每段链路的可用频谱的交集，选择中心频率符合源宿端口源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力的频谱块作为该路径的频谱，具体包括以下步骤：

根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径；

判断计算出的路径长度是否小于该调制模式下的最大直通传输距离，若小于，则继续判断路径上是否存在空闲、连续、直通的频谱；

若存在，则为路径上的每段子路径分配一个中心频率一致、宽度为所选频谱宽度的频谱，返回业务对应的中心频率、所占用的频谱颗粒数目、调制模式及路径信息；

若不存在，则将该路径加入中继列表中，计算下一条路径，直至达到最大算路次数；当路径计算达到最大算路次数，仍未找到一条可不中继的路径，则遍历中继列表中所有需要中继的路径，对每一条路径进行中继计算，选出所用中继点个数最少的路径作为业务的路径方案，为该路径的每段子路径分配频谱，每个子路径的频谱块都对应一个中心频率，返回每段子路径的中心频率、占用的频谱颗粒数目以及路径信息。

在上述技术方案的基础上，判断路径上是否存在空闲、连续、直通的频谱，具体包括以下步骤：

计算路径上每段链路的可用频谱的交集，从小到大遍历每一个连续的宽度为所选频谱宽度的可用频谱块，若该频谱块的中心频率满足源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力所共同支持的中心频率，则判定该路径存在空闲、连续、直通的频谱，选择该频谱块作为该路径的频谱。

本发明还提供一种otn中实现灵活栅格业务的系统，包括：

参数获取模块，其用于：接收业务rsa路径计算请求，获取业务源宿端口、业务速率、最大算路次数；

端口能力计算模块，其用于：根据业务下发所配置的源宿线路口，得出源宿端口共同支持的端口能力；

频谱分配模块，其用于：根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径，计算该业务路径上每段链路的可用频谱的交集，选择中心频率符合源宿端口源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力的频谱块作为该路径的频谱。

在上述技术方案的基础上，所述频谱分配模块根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径，具体包括以下步骤：

根据源宿端口共同支持的端口能力和业务速率，选择调制模式和频谱宽度；依据光参数配置，使用ksp算法计算业务路径，或

获取用户配置的调制模式和频谱带宽；根据源宿端口共同支持的端口能力进行参数验证，若源宿端口能力支持用户配置的频谱宽度，则验证通过，进行下一步的路径计算和频谱分配。

在上述技术方案的基础上，所述频谱分配模块根据源宿端口共同支持的端口能力和业务速率，选择调制模式和频谱宽度时，若源宿端口共同支持的频谱宽度存在两个以上，将较小的频谱宽度作为最终所选的频谱宽度。

在上述技术方案的基础上，所述频谱分配模块根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径，计算该业务路径上每段链路的可用频谱的交集，选择中心频率符合源宿端口源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力的频谱块作为该路径的频谱，具体包括以下步骤：

根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径；

判断计算出的路径长度是否小于该调制模式下的最大直通传输距离，若小于，则继续判断路径上是否存在空闲、连续、直通的频谱；

若存在，则为路径上的每段子路径分配一个中心频率一致、宽度为所选频谱宽度的频谱，返回业务对应的中心频率、所占用的频谱颗粒数目、调制模式及路径信息；

若不存在，则将该路径加入中继列表中，计算下一条路径，直至达到最大算路次数；当路径计算达到最大算路次数，仍未找到一条可不中继的路径，则遍历中继列表中所有需要中继的路径，对每一条路径进行中继计算，选出所用中继点个数最少的路径作为业务的路径方案，为该路径的每段子路径分配频谱，每个子路径的频谱块都对应一个中心频率，返回每段子路径的中心频率、占用的频谱颗粒数目以及路径信息。

在上述技术方案的基础上，所述频谱分配模块判断路径上是否存在空闲、连续、直通的频谱，具体包括以下步骤：

计算路径上每段链路的可用频谱的交集，从小到大遍历每一个连续的宽度为所选频谱宽度的可用频谱块，若该频谱块的中心频率满足源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力所共同支持的中心频率，则判定该路径存在空闲、连续、直通的频谱，选择该频谱块作为该路径的频谱。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过业务下发时，对源宿线路口所支持的频谱能力进行分析处理，求出源宿端口共同支持的频谱能力，进而进行路径计算出业务路径和频谱分配；计算该业务路径上每段链路的可用频谱的交集，选择中心频率符合源宿端口源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力的频谱块作为该路径的频谱。中心频率与业务频带宽度无论是预设还是可调，均能实现灵活频谱分配；且能够很好的适用于目前可调栅格与固定栅格共存的情况，兼容原有业务模式，很好的作到了平滑演进的目的，节省了经济成本，有效支持了增长的业务需求，可以使光层业务更加灵活的配置和下发。

附图说明

图1为本发明实施例的光参数自适应的灵活频谱分配算法流程图；

图2为本发明实施例的光参数自适应的灵活频谱分配算法流程图；

图3为本发明实施例的预置光参数的灵活频谱分配算法流程图；

图4为本发明实施例的线路口支持的频谱能力示意图；

图5为本发明实施例的多种频谱带宽混传示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种otn中实现灵活栅格业务的方法，包括以下步骤：

s1、接收业务rsa路径计算请求，获取业务源宿端口、业务速率、最大算路次数；

s2、根据业务下发所配置的源宿线路口，得出源宿端口共同支持的端口能力；

s3、根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径，计算该业务路径上每段链路的可用频谱的交集，选择中心频率符合源宿端口源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力的频谱块作为该路径的频谱。

根据现有的设备及技术限制，对灵活栅格频谱分配规则作如下约束：

1、业务在光纤上分配的频谱栅格必须连续相邻，以保证业务栅格连续性；

2、若业务经过直通节点，则在入纤和出纤上的波道中心频率和谱宽必须相同，以保证频谱槽位一致性，只有当业务经过中继节点并在其中进行电中继时，才能改变节点前后频谱中心频率；

3、光模块技术限制，业务经过线路盘必须采用相同的调制技术，线路侧码型必须相同。

作为优选的实施方式，根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径，具体包括以下步骤：

根据源宿端口共同支持的端口能力和业务速率，选择调制模式和频谱宽度；依据光参数配置，使用ksp算法计算业务路径，或

获取用户配置的调制模式和频谱带宽；根据源宿端口共同支持的端口能力进行参数验证，若源宿端口能力支持用户配置的频谱宽度，则验证通过，进行下一步的路径计算和频谱分配。

作为优选的实施方式，根据源宿端口共同支持的端口能力和业务速率，选择调制模式和频谱宽度时，若源宿端口共同支持的频谱宽度存在两个以上，将较小的频谱宽度作为最终所选的频谱宽度。

作为优选的实施方式，根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径，计算该业务路径上每段链路的可用频谱的交集，选择中心频率符合源宿端口源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力的频谱块作为该路径的频谱，具体包括以下步骤：

根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径；

判断计算出的路径长度是否小于该调制模式下的最大直通传输距离，若小于，则继续判断路径上是否存在空闲、连续、直通的频谱；

若存在，则为路径上的每段子路径分配一个中心频率一致、宽度为所选频谱宽度的频谱，返回业务对应的中心频率、所占用的频谱颗粒数目、调制模式及路径信息；

若不存在，则将该路径加入中继列表中，计算下一条路径，直至达到最大算路次数；当路径计算达到最大算路次数，仍未找到一条可不中继的路径，则遍历中继列表中所有需要中继的路径，对每一条路径进行中继计算，选出所用中继点个数最少的路径作为业务的路径方案，为该路径的每段子路径分配频谱，每个子路径的频谱块都对应一个中心频率，返回每段子路径的中心频率、占用的频谱颗粒数目以及路径信息。

作为优选的实施方式，判断路径上是否存在空闲、连续、直通的频谱，具体包括以下步骤：

计算路径上每段链路的可用频谱的交集，从小到大遍历每一个连续的宽度为所选频谱宽度的可用频谱块，若该频谱块的中心频率满足源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力所共同支持的中心频率，则判定该路径存在空闲、连续、直通的频谱，选择该频谱块作为该路径的频谱。

为使本发明实施例中的技术方案更为直观深入的理解，现结合说明书附图中的两种方案流程图及其它辅助性说明图对两种方案进行详细介绍。

首先定义频谱能力由频谱颗粒个数slotgranularity、中心频率移动间隔channelspacing来表示，每个频谱颗粒的宽度为12.5ghz。

表1源宿线路端口频谱能力

对于本发明实施例的第一种实施方案：光参数自适应的灵活频谱分配方案，流程图如附图2所示。假设源宿端口的频谱能力如表1所示，以此为条件对图2所示的算法流程进行说明。

根据表1中例举的源宿端口频谱能力，可以看出源端口和宿端口存在部分相同的频谱能力，也存在部分不同的频谱能力。

对于相同的频谱能力，源宿端口可以共同支持，在未预先设置业务频谱宽度的情况下，可以优先选择源宿端口共同支持的频谱能力。

对于不同的频谱能力，并不代表源宿端口不能同时支持。以表1中源宿端口的第二种频谱能力为例，slotgranularity均为4，表示源端口和宿端口在配置该频谱能力时均需要分配4×12.5ghz频谱，即50ghz频谱。但是源端口的频谱间隔channelspacing＝50ghz，表示源端口上配置的波道中心频率只能在与基准频率(193.1thz)间隔50ghz整数倍的位置上出现。与源端口不同的是，宿端口的频谱间隔channelspacing＝12.5ghz，表示宿端口上配置的波道中心频率只能在与基准频率(193.1thz)间隔12.5ghz整数倍的位置上出现。由此可以看出，宿端口可选中心频率位置完全覆盖了源端口的可选中心频率位置，即源端口的可选中心频率位置是宿端口可选中心频率位置的子集，因此把源端口与宿端口的可选中心频率求交集，即为源端口的所有可选中心频率的集合。由此说明，即使源端口和宿端口的频谱能力不同，只要所需分配的频谱颗粒的宽度相同，且其中一个频谱能力对应的可选中心频率是另一个频谱能力对应的可选中心频率的子集，就可以为业务分配源宿端口共同支持的频谱。这种表示端口频谱能力的方式体现了频率分配的灵活性和兼容性。

图2所示的算法流程包括以下步骤：

步骤101：接收业务rsa路径计算请求，获取业务源宿端口、业务速率、最大算路次数等参数。

步骤102：根据业务下发所配置的源宿线路口获取源宿线路口的端口能力并求端口能力的交集。若交集为空，则返回路由计算失败；若交集不为空，则进行步骤103。设源宿线路口频谱能力如表1所示，计算源宿端口能力的交集，可支持37.5ghz的灵活频谱能力和50ghz的固定频谱能力。

步骤103：根据源宿端口共同支持的端口能力和业务速率选择相应的调制方式和频谱宽度。由步骤102可知源宿端口都支持37.5ghz的灵活频谱能力和50ghz的固定频谱能力，因此频谱宽度可以选择37.5ghz或者50ghz，为了提高频谱利用效率，优先选择37.5ghz，假设业务速率为200gbps，则选择调制模式为pm-16qam，最终完成光参数配置后执行步骤104；

步骤104：依据光参数配置，使用ksp算法为业务计算一条路径。判断路径长度是否小于该调制模式下的最大直通传输距离，若满足继续判断路径上是否存在空闲、连续、直通的频谱。计算路径上每段链路的可用频谱的交集，从小到大遍历每一个连续的宽度为37.5ghz的可用频谱块，若该频谱块的中心频率满足源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力所共同支持的中心频率，则选择该频谱块作为路径的频谱，进入步骤105；若遍历完整段空闲的可用频谱之后，仍不存在中心频率符合源宿端口源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力的频谱块，即从源节点到宿节点之间的完整路径上不存在连续频谱块满足要求时，将该路径加入中继列表中，然后重复104步骤计算下一条路径。当完成n次路径计算后，仍然没有找到一条可以不中继的路径，进入步骤106；

步骤105：给整条路径分配一个连续的频谱块，对应的中心频率是f，返回业务对应的中心频率、所占用的频谱颗粒数目、调制模式及路由等信息；

步骤106：遍历中继列表中所有需要中继的路径，对每一条路径进行中继计算，选出所用中继点个数最少的路径作为业务的路由方案，即通过添加中继节点将路径分为多段子路径，然后为每段子路径分配频谱，每个子路径的频谱块都对应一个中心频率fi。返回每段子路径的中心频率、占用的频谱颗粒数目以及完成路径信息。

这种光参数自适应的灵活频谱分配算法将设备所支持的频谱能力和调制模式融入到算法中，在进行光参数适配时自动选择满足业务下发配置条件并且能提高频谱利用效率的光参数，避免用户在不了解光参数如何配置时进行光参数的错误配置，也使业务下发的配置流程更加简单。

对于本发明实施例的第二种实施方案：预置光参数的灵活频谱分配方案，其算法处理流程如图3所示，为了满足用户的多样化配置需求，其业务的调制模式和频谱带宽由用户来配置，业务在下发时根据外部的设置条件来进行路由计算和频谱分配，算法流程如图3所示，计算步骤如下：

步骤201：接收业务rsa路径计算请求，信号速率、调制模式和谱宽、最大算路次数(n)请求参数检查(按照源宿端口能力和设备实现约束检查)，如果检查成功，执行步骤202，如果检查失败，返回失败。

步骤202：ksp(k优最短路径)算法计算下一优路由，如果路由计算成功，执行步骤203；否则执行步骤205。

步骤203：按照调制模式和光信号直通最大传输距离函数关系计算路由中继，如果中继计算成功，执行204，否则执行步骤205。

步骤204：沿计算路由分配可用频谱槽位资源，直通节点上下游链路保证频谱槽位一致性，中继节点上下游链路频谱槽位中心频谱可变，上下话节点和中继节点间分段路径上，计算本地组和方向组的栅格状态交集，选取满足业务谱宽要求的频谱槽位，频谱槽位分配成功，执行步骤206，否则执行步骤205。

步骤205：如果已计算路由次数小于最大路由次数，执行步骤202，否则执行步骤206。

步骤206：返回路径计算结果。

本方案可以根据用户需求实现多种光参数组合的配置，配置可能不能满足频谱利用率最优，但对用户来说具有较高的配置灵活性。

除了以上两种场景，若用户只设置了业务的调制模式而没有设置频谱带宽，则在路由计算的过程中根据实际硬件设备所支持的配置来分配频谱。同理，若只设置了业务需要分配的频谱宽度而没有设置调制模式，则在路由计算的过程中根据实际硬件设备所支持的配置来选择调制模式。

上面对两种实施方案的处理流程作了说明，下文将结合具体设备从频谱分配的角度来说明业务频谱分配的过程，依据本发明实施例所实现的设备为采用ac400光模块的1lnc4线路盘，该盘och端口支持3种频谱槽位能力，描述如附图4所示。其中，37.5ghz栅格可调频谱槽位能力涵盖了37.5ghz固定波长频谱槽位能力，起始和终止频谱范围都是191.275～196.075thz，这两种频谱槽位能力作为一种上报和管控。对于图中的37.5ghz灵活栅格来说，其业务中心频率可以在与基准频率间隔12.5ghz整数倍的任何位置，但应保证本业务的频谱不与其它业务频谱重叠。而对37.5ghz固定波长能力这种情况，其业务中心频率只能在与基准频率间隔37.5ghz整数倍的固定位置，谱宽占用3个频谱颗粒，相邻频谱不能重叠。同样对于50ghz固定波长，其业务中心频率只能在与基准频率间隔50ghz整数倍的固定位置，谱宽占用4个频谱颗粒，相邻频谱不能重叠。

本发明实施例的具体实现多种频谱带宽混传过程如图5所示。图中所有结点均使用支持可调栅格wss构成，对结点1来说，从方向组1送来的波长与本地上话的波长通过方向组2组成混合的频谱，其中两波长频谱宽度不同，在节点2处波长的业务下话，波长的业务直通至节点3，并在节点3下话。

本发明实施例还提供一种otn中实现灵活栅格业务的系统，包括：

参数获取模块，其用于：接收业务rsa路径计算请求，获取业务源宿端口、业务速率、最大算路次数；

端口能力计算模块，其用于：根据业务下发所配置的源宿线路口，得出源宿端口共同支持的端口能力；

频谱分配模块，其用于：根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径，计算该业务路径上每段链路的可用频谱的交集，选择中心频率符合源宿端口源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力的频谱块作为该路径的频谱。

作为优选的实施方式，所述频谱分配模块根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径，具体包括以下步骤：

根据源宿端口共同支持的端口能力和业务速率，选择调制模式和频谱宽度；依据光参数配置，使用ksp算法计算业务路径，或

获取用户配置的调制模式和频谱带宽；根据源宿端口共同支持的端口能力进行参数验证，若源宿端口能力支持用户配置的频谱宽度，则验证通过，进行下一步的路径计算和频谱分配。

作为优选的实施方式，所述频谱分配模块根据源宿端口共同支持的端口能力和业务速率，选择调制模式和频谱宽度时，若源宿端口共同支持的频谱宽度存在两个以上，将较小的频谱宽度作为最终所选的频谱宽度。

作为优选的实施方式，所述频谱分配模块根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径，计算该业务路径上每段链路的可用频谱的交集，选择中心频率符合源宿端口源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力的频谱块作为该路径的频谱，具体包括以下步骤：

根据源宿端口共同支持的端口能力、调制模式和频谱宽度，计算业务路径；

判断计算出的路径长度是否小于该调制模式下的最大直通传输距离，若小于，则继续判断路径上是否存在空闲、连续、直通的频谱；

若存在，则为路径上的每段子路径分配一个中心频率一致、宽度为所选频谱宽度的频谱，返回业务对应的中心频率、所占用的频谱颗粒数目、调制模式及路径信息；

若不存在，则将该路径加入中继列表中，计算下一条路径，直至达到最大算路次数；当路径计算达到最大算路次数，仍未找到一条可不中继的路径，则遍历中继列表中所有需要中继的路径，对每一条路径进行中继计算，选出所用中继点个数最少的路径作为业务的路径方案，为该路径的每段子路径分配频谱，每个子路径的频谱块都对应一个中心频率，返回每段子路径的中心频率、占用的频谱颗粒数目以及路径信息。

作为优选的实施方式，所述频谱分配模块判断路径上是否存在空闲、连续、直通的频谱，具体包括以下步骤：

计算路径上每段链路的可用频谱的交集，从小到大遍历每一个连续的宽度为所选频谱宽度的可用频谱块，若该频谱块的中心频率满足源宿端口的灵活栅格能力和固定栅格能力所共同支持的中心频率，则判定该路径存在空闲、连续、直通的频谱，选择该频谱块作为该路径的频谱。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。