光数据传输的制作方法
【专利说明】光数据传输
[0001] 本发明涉及与光数据传输有关的装置、系统和方法，特别地但是不排他性地关于 优化电信网络中的光谱资源的使用。
[0002] 使用光网络的方式正在经历显著改变，部分被诸如多媒体服务的业务的巨大增长 推动，以及被由于内容供应商通过互联网不断改变模型导致在预测该业务的源时增加的不 确定性推动。用于更高带宽100Gb/s服务及以上的复杂调制方案是已知的并且在链路和节 点数量大的且日益增加的光网络中被投入商业使用。
[0003] 广泛部署这样的方案的瓶颈是由国际电信联盟（ITU)指定的"固定"波长栅格方 法，其中，C带中的相关光谱范围被划分为固定尺寸光谱时隙。如在此使用的，"时隙"、"波 长"或者"信道"被限定为与特定信号尺寸相关联的波长或者波长的光谱。通过在包括源与 目的地之间的路径的光链路上分配光谱（即，波长）时隙进行连接。大于l〇〇Gb/s的比特 率产生这样的问题：其占用太宽的光谱宽度以致不适应这样的固定尺寸的光谱时隙或者信 道；通过采用倾向于折衷传输距离的更高光谱效率调制方法来强制适应。看起来清楚的是， 这十年前的ITU"固定栅格"方法针对明显大于100Gb/s(例如，400Gb/s及以上）的比特率 不起作用，增强了对开发更灵活的方法的需求。对这样的新"弹性光联网"方法的研究基于 "灵活栅格（flexgrid)"WDM(波分复用）方法正在进行，其中，光谱可以以一种方式被分割 以形成根据例如正在使用的比特率可选择的任意宽度的光谱时隙，光谱时隙被调整以适应 光收发器的要求并且适应新比特率服务。
[0004] 在图1中所示的示例曲线图中示出固定和灵活栅格方法的表示，其中，曲线图 (a)、（c)和⑷示出固定栅格实现的示例，同时（b)和（e)示出灵活栅格方法。曲线图（a) 示出在固定栅格实现中分割相邻光信道的严格保护带，以及在特定比特率处的需求或波 长。曲线图（b)示出需要的信道如何被分组为单个"超级信道"，超级信道在灵活栅格系统 中可以作为一个实体被传送。在曲线图（c)中，假设正交相移键控（QPSK)调制，在固定栅格 上示出（改变比特率和距离的）五个需求和它们的光谱需要。曲线图（d)示出曲线图（c) 的相同服务需求，具有针对所要求的比特率和到达率（reach)优化的自适应调制。在曲线 图（e)的灵活栅格实现中示出任意尺寸光谱时隙分配，曲线图（e)具有与曲线图（c)和（d) 相同的需求。
[0005] 简言之，当波长比特率、光到达率、以及光谱参数在它们的可允许实现解决方案中 被严格约束以与固定栅格架构最终一致时，在固定栅格网络中通常仅存在一种方式来实现 给定需求。这意味着该需求可能占用不完整个时隙，导致光谱容量浪费，就像曲线图（c)中 所示的那样。另一方面，（b)中所示的比固定时隙宽度更宽的超级信道宽度不能被容纳在 固定栅格网络中。在灵活栅格方案中，当实现需求时，可以通过分配给予足够性能以达到所 要求的距离的调制格式，同时放宽对由光路径占用的光谱带宽的实际宽度的要求来进行选 择。可以通过在（d)中所示的固定栅格方案与相同情形在（e)中所示的灵活栅格方案下被 使用时的比较看出，使用灵活栅格方法可以实现光谱节省。换句话说，远离使用在固定栅格 方法中限定信道宽度的固定位置保护带可以通过在光谱中连续地或者至少相互靠近地隔 开信道来实现效率。这可能会导致针对其它需求的光谱资源的释放。以此方式，灵活栅格 方案在分配光谱时允许更大灵活性和选择。
[0006] 然而，灵活栅格系统特别经受的缺点在于，光谱可能变为"碎片"，碎片以类似于包 括碎片磁盘块的计算机硬盘的方式由非连续使用的光谱部分构成。这是因为当信号或需求 达到其目的地节点时，光连接终止，并且波长或信道"空出"光谱时隙。防止光谱碎片化的一 种方式是找到具有相同或者几乎相同的时隙宽度的新资源请求，以紧在该时隙变得可用的 时间点占用该时隙。然而，发生这样巧合的几率不高，并且如可能期望的，这样的空出时隙 可能整体保留或者部分未填充。换句话说，即使找到能够适于空出时隙的波长信道，其宽度 有可能比先前波长信道宽度更窄，导致产生光谱的未使用部分，使得碎片化的水平倾向于 随着时间增加。光谱包括非连续使用或未使用部分的状态导致"熵"（随机的或者无序的） 的状态。当未使用的光谱部分如此窄地分裂使得它们不能被用于适应需求时，即使实际未 使用的光谱的总（总计）量可能是另外可使用时，但事情也变得尤其困难。通过举例说明， 图1的曲线图（e)示出灵活栅格环境中的最佳情况，其中，需求本质上占用了光谱中的连续 位置。在不太理想的情况下，未使用的"标准"光谱碎片的碎片可以被表示为相邻使用时隙 之间的间隙，如例如图3(以下论述）中所示。可以预期，无法解决该问题可能最终导致在 使用先前光谱资源时的显著无效，可能导致需要建立昂贵的新链路以处理业务水平。
[0007] 如可以被预期的，由于相互连续布置的标准化时隙尺寸，在固定栅格系统中的问 题少的多。实际上，光谱的分裂不仅是固定栅格系统中的问题，因为所有时隙都具有相同标 准的尺寸，使得当信道终止并且释放光谱空间时，所产生的任何新需求将自动地具有相同 (标准化）宽度以适应可用时隙。
[0008] 因此，需要解决以上问题，特别是在弹性光联网范例中的灵活栅格实现中与光数 据业务的路由结合时。
[0009] 已知沿着光链路参考熵测量的一些方法。例如，〃UtilizationEntropyfor AssessingResourceFragmentationinOpticalNetworks"（W.Xi等人，光纤通信会议， 0SA技术文摘（美国光学学会，2012))论述了使用定性和算法描述的光谱碎片化，其作为一 种方法，可以不提供总光谱碎片化的预测测量。这是因为算法方法通常暗示非线性的程度 (例如，存在二进制逻辑步骤，即，X〇R、〇R、AND运算等），其可能导致算法的输出结果的非单 调（和/或非线性）行为。算法也不一定提供在碎片化的细微差异之间进行区分的能力或 "敏感"的程度，这取决于算法的构造及其定量行为。基于该方法的方法对于本领域中的部 署可能不足够可靠。
[0010] 名为"PlanningandProvisioningofElastic0-0FDMNetworkswith Fragmentation-AwareRoutingandSpectrumAssignment(RSA)Algorithms'，％Zhang等 人，亚洲通信和光子学会议，〇SA技术文摘（在线）（美国光学学会，2012))的另一个文献描 述了碎片化感知RSA，当进行资源分配时碎片化感知RSA使用碎片化比率。然而，碎片化感 知RSA针对选择路线不使用基于熵的度量，并且该论文明确地表明了以上W.Xi文献的利用 熵方法不足以量化带宽碎片化是有帮助的。
[0011] "DynamicRoutingandFrequencySlotAssignmentforElasticOpticalPath NetworksthatAdoptDistanceAdaptiveModulation"（T.Takagi等人，光纤通信会议 / 国家光纤工程师协会2011，0SA技术文摘（⑶）（美国光学学会，2011))描述了应用至弹性 网络的经典风格RSA并且不考虑光谱熵。
[0012] 如此，已知评估资源碎片化和碎片化感知路由的思想，就像是在光纤谱领域中应 用熵概念。然而，在使用熵的信息论定义的统计机械原理上的光联网的随机有序研究还不 知道结合光网络来进行，其具有不断变大的链路和节点数量的尺寸和不断增加的可利用光 谱的特征（分裂为不断变小的量子，100GHz- 6. 25GHz)现在使得它们特别可服从这样的统 计机械（热力学）分析。具体地，当前没有允许以行为本质上定量的方式计算熵测量的已 知方法，（即，其可以被表示为紧凑数学方程）其具有高度预测行为，像熵的测量那样是单 调的，并且可以敏感地区分碎片化的任意细微差别。也不存在允许这样的测量以如下方式 被用在光路径路由选择中：在总联网分块概率开始超过特定阈值（例如，在5%)之前，允 许总网络资源（即，总网络容量的利用）更多被使用。具体地，首先减少或者停止光谱变为 碎片是有用的。为了完全并有效地使用光谱资源，网络运营商希望具有解决以上问题的手 段。
[0013] 根据本发明的第一方面，提供一种用于在光系统中使用的路由和波长分配方法， 该方法包括如下步骤：
[0014] (i)在源节点与目的地节点之间的光路径中，选择包括一个或更多个相邻波长信 道的光谱资源的块，所述块的宽度足以适应具有占用一个或更多个相邻波长信道的谱宽度 的需求，以及
[0015] (ii)基于所选择的块中的波长信道的数量与所述光路径的所述光谱带中的波长 信道的总数量的比率的对数，确定所述块的光谱熵水平的熵值。
[0016] 路径可以包括相邻节点之间的光链路、或者不是相邻节点的源节点与目的地节点 之间的端到端的光路径。光谱碎片化（或者熵）水平的计算可以被表示为用于这样的链路 或者端到端的路径的值，其有用地允许在具有不同熵值的路径之间进行比较，其中，在路径 上可用的多个潜在路径是可用的。这使得诸如网络运营商的用户基于例如最小化光谱熵的 策略选择以选择性地准许需求。