用于光传输网络中的媒体信道格式设置管理的方法和系统与流程

本发明属于光网络技术领域。具体地，本发明涉及确定合适的媒体信道格式的方法，其中，所述合适的媒体信道格式允许降低服务供应的复杂度，同时允许高的谱效率(spectralefficiency)。本发明的另外方面涉及采用这种方法的管理系统和离线规划工具。

背景技术：

光传输网络中的服务供应广义地包括将网络资源分配给具体的客户需求，以确保其端点之间的数据连接性。在网络基础设施级别，这意味着为每个需求分配具体的路线路径和跨所有遍历的链路的谱窗口，本领域中称为“媒体信道”。“媒体信道”(mch)在本领域中已知为媒体协议，它表示拓扑结构(即，通过媒体的路径)和它所占用的资源(频率槽)。作为拓扑结构，它表示由媒体元件(纤维、放大器、滤波器、开关矩阵等)的连接支持的频率槽。术语媒体信道通常用于识别每个链路滤波器处的端到端物理层实体及其对应的(一个或多个)频率槽。

基于该路径信息，从而有必要决定将用于创建光信道的专用接口和它们使用的参数。该决定通常有一些基本的标准来支持它，例如最低成本或最高谱效率。因此，如果例如两个端点之间需要100gb/s服务，则期望网络管理系统或软件定义的网络(sdn)控制器的服务供应模块计算那些端节点之间的网络中的物理路径。还必须选择一组可用的应答器模块(或请求安装新模块)，以及选择用于传输的、包括所谓的“mch格式”的最合适的参数。“mch格式”可具体地包括关于以下的信息：调制格式、fec开销、符号速率、mch内的载波数量、保护带大小等。

mch格式的选择通常遵循一些优化标准，例如使用不需要对路径进行再生的谱效率最高的调制格式。最后，系统必须还为新mch分配谱窗口。

在当前的技术状态下，应答器模块正在从能够动态地改变调制格式发展到还能够改变符号速率和应用不同级别的前向纠错(fec)开销。这导致对于平衡谱效率和光学接触的相同目标比特率，拓宽了可能的单载波传输选项系列。

另外，在逻辑上将多个载波聚合到mch中的可能性进一步增加了所考虑的选项的数量，因为对于每个载波类型(符号速率、调制格式和fec开销)，能够调整载波之间的间距以及mch的边缘处的保护带。结合起来，这为更有效地使用网络容量创造了更大的机会，但同时也为服务提供和规划过程增加了相当大的复杂性，因为可能的选项数量急剧增加。此外，这些不同格式在粒度方面的灵活性，以及系统中共存的mch线路速率的范围，也可能带来网络碎片化的问题，在这种情况下，由于不同网络链路的信道格式不对齐，谱资源变得无法使用。

在j.comellas和g.junyent的“提高网格控件光网络中的链路谱利用率”(《ieee/osa光通信与网络学报》，2015年7月第7卷第7期，第618-627页)中，基于所使用的信道宽度的分布，使用基于markov-chain的方法来估计柔性网格网络中的链路的阻塞概率。多个信道设置的比较分析可以指示一个设置是否将比另一设置引起更高的谱效率。

在h.beyranvand，m.maier和j.a.salehi的“用于弹性光网络中节点和网络智能操作方案的性能评估的分析框架”(《ieee通信学报》，2014年5月第62卷第5期，第1621-1633页)中提出了非常类似的方法。本文提出了具有两种近似性的markov模型来估计给定一组信道宽度的节点和网络级别上的阻塞概率。该文件中的分析受到约束，因为它假定可用信道宽度必须取1个槽与k个槽之间的所有值，其中，k为整数。换言之，如果单元槽或“粒度”为例如25ghz，则它将假定网络中需要25ghz与kx25ghz之间的所有信道宽度。

上述两个文件的方法都是试错法。为了评估给定的一组信道宽度是否比另一组更有效率，根据这两个方法，必须首先生成各自的一组信道宽度。在具有数十种可能宽度的常规部署方案中，必须手动地生成所有候选组宽度，这些候选组宽度将期望比当前的组(使用所有候选宽度)执行得更好，然后对它们进行评估。此外，除了一些直观的规定(例如在给定的固定网格粒度下对齐所有格式)之外，没有用于生成候选集的特定方法，这进一步使过程复杂化。

此外，两个文件的方法都呈现出可伸缩性问题。在comellas等人的方法中，所考虑的信道宽度数量相当有限(低于10)，因为每个链路的槽数量也相当有限(160个，当在6.25ghz粒度中将需要高达768个槽)。此外，分析仅限于单个链路，然后外推到网络级别的结论，这忽略了必须确保连接的链路之间的谱连续性可能对整体碎片化具有的影响。

在beyranvand等人的方法中，每个链路的槽数量也低于当前光传输网络的需求，并且随着可能的信道宽度的数量或每个链路的槽数量增大，该方法显示严重降低了其性能。两个文件中出现的结果都与特定的谱分配方法(例如，首次拟合或随机拟合)有关。阻塞估计取决于所使用的分配方法。

另外已知用于为特定信道选择特定谱窗口的方法，即减少碎片化的谱分配方法，例如，jp2016127354(a)中所公开的方法。其它已知的方法包括基于熵碎片化度量标准(参见例如us14/786,399)将谱分配给信道，或简单地将谱分成指定成携有用于具有特定宽度的mch的谱的多个波带(参照jp2015/002075)。

在其它方法中，试图通过重新布置现有连接的谱位置和/或路径来对网络进行碎片化整理，以消除搁浅的带宽，例如，us13/445,756或us12/945,956中所公开的。

技术实现要素：

从前一部分中可明显看出，下一代传输网络的特点是可部署的mch格式数量呈指数增长，具有从谱最有效但范围有限的格式到范围最大但占用更多谱的格式的高粒度组合系列。

可部署信道格式的激增带来了两个主要问题。首先，针对所有客户的需求，大量的可用选项迫使网络管理系统或网络规划员考虑大量的mch组合，这占用了相当多的时间，可延迟例如由sdn控制器管理的在线应用中的服务供应时间。

第二个问题是，即使计算出了用于特定需求的“最佳”mch格式(例如，在给定的光学阈值之上具有最佳谱效率的格式)，这些具有非常高谱粒度的格式的持续部署也会导致网络经受碎片化问题。部署的mch的谱宽度彼此之间可能严重的不匹配，当必须确保mch所遍历的所有链路的谱连续性时，会导致浪费谱资源。

本发明基础的问题是提供确定将在光网络中使用的一组mch宽度的方法和帮助克服上述困难的相应管理系统。该问题通过根据权利要求1的方法以及通过根据权利要求19的管理系统和根据权利要求36的离线规划工具来解决。优选实施方式在从属权利要求中限定。

根据本发明的一个方面，提供了确定将在光网络中使用的一组mch宽度的方法，该方法包括以下步骤：

基于网络拓扑，计算在所述光网络中尝试性(tentative)使用的第一组mch宽度，所述第一组mch宽度定义目标谱效率，以及通过将所述第一组mch宽度中的每个原mch宽度映射到对应的新mch宽度而从所述第一组mch宽度生成一组缩减的mch宽度，所述对应的新mch宽度等于或大于原mch宽度，从而与所述目标谱效率相比降低谱效率，其中，所述第一组mch宽度的多个不同原mch宽度映射到相同新mch宽度，从而减少所述一组缩减的mch宽度中的mch宽度的数量。

本文中，所述映射使用采用优化算法的宽度调整模块自动地进行，其中，-该优化算法抑制与较少可能导致碎片化问题的mch宽度相比更可能导致谱(spectrum)中的碎片化问题的mch宽度组合，-以及该优化算法抑制由于将所述第一组mch宽度中的原mch宽度映射到更大的新宽度而导致的谱宽度相比于目标谱效率的降低。

根据本发明，通过两步过程获得一组缩减的mch宽度。该方法开始于基于网络拓扑计算用于在光网络中尝试性使用的第一组或“原始”组mch宽度。本文中，术语“尝试性”指示这些mch信道宽度原则上可用于网络中，但是该方法的目的是提供通常数量非常小的mch宽度，即一组“缩减”的mch宽度，该组“缩减”的mch宽度允许上述问题的第一方面，因为它大大便利了供应工具或人工规划员的任务。

第一组mch宽度可以以任何可想到的方式获得，并且在常规应用中，它们将确定以提供最高可能谱效率，而无需提供额外的3r再生。换言之，第一组mch宽度的计算可通过以下方式进行：充分地利用获得由大量可部署的mch格式提供的高谱效率的潜力，尽管代价是借助于具有许多不同的、根本不匹配或根本不相关的宽度的mch。因此，由所述第一组mch宽度的mch宽度获得的谱效率通常非常高，并且在下文中被称为“目标谱效率”。应注意，该方法并不要求实际计算出该“目标谱效率”，而是将它用作参考，以某种方式比较第二步骤的映射中引入的谱效率的变化。

在第二步骤中，通过将所述第一组mch宽度中的每个原mch宽度映射到对应的新mch宽度而从所述第一组mch宽度生成一组缩减的mch宽度，所述对应的新mch宽度等于或大于原mch宽度。由于mch宽度总是保持不变或增大，因此这种映射不可避免地导致谱效率相比于目标谱效率的降低。应注意，“将原mch宽度映射到等同的宽度”意味着不影响相应的原mch宽度，这可被视为“恒等映射”或根本不映射相应的mch宽度。然而，虽然原mch宽度中的一些在映射时未必发生变化，但是在通常情况下，将有所述第一组mch宽度的多个不同原mch宽度映射到所述一组缩减的mch宽度中的同一mch宽度，使得一组缩减的mch宽度中的mch宽度数量相对于第一组mch宽度数量减少。应注意，将原mch宽度映射到更大的新mch宽度通常相当于向最初计算的mch格式添加保护带。

重要地是，该映射使用采用优化算法的宽度调整模块自动地进行，该优化算法抑制(penalty)与较少可能导致碎片化问题的mch宽度相比更可能导致谱中的碎片化问题的mch宽度组合，但是还抑制由于将所述第一组mch宽度中的原mch宽度映射到更大的新宽度而导致的谱宽度相比于目标谱效率的降低。换言之，由宽度调整模块采用的算法将操纵mch宽度的映射，使得对不容易导致碎片化问题的mch宽度组合进行优选。当从具有大量不同的mch宽度的第一组mch信道出发，如上所述，在针对谱效率逐一优化mch之后的通常情况下，然后执行映射到不容易导致碎片化问题的第二组，这将自动地导致mch宽度的数量显著降低，因为如从以下进一步的描述说明中显而易见的，碎片化问题可通过有限数量的匹配的mch宽度得到最佳避免。换言之，mch宽度数量的减少是采用优化的自然结果，这种优化抑制或限制易于出现碎片化问题的mch集组合。当然，通过映射减少的mch数量的程度将始终取决于第一mch集的性质。如果第一mch集在谱效率和碎片化避免两方面都已经很完善，则被由宽度调整模块所采用的优化算法影响的优化没有改进的余地，并且可发生mch的数量并没有减少的情况。然而，在通常的情况下，如上所述，优化将自动地导致mch宽度数量的减少。

虽然mch宽度的映射通常导致谱效率的降低(因为信道宽度被保持或增大，从而占用更多的谱)，但是在实践中看到，谱效率无须显著降低，因为由于mch宽度的变宽而引起的谱效率损失中的一部分通过由于碎片化而减少的有用谱损失弥补。换言之，大量可部署的(deployable)mch格式所能实现的大部分高谱效率实际上在所述一组缩减的mch宽度中得到保持。此外，由于宽度调整模块所采用的算法还抑制了在映射时谱宽度的降低，因此映射实际上将以进一步保持原谱效率的大部分的方式来进行。因此，该方法生成一组缩减的mch宽度，其数量远少于原始的第一组mch宽度，同时仍然差不多地允许很好地使用第一组mch所能获得的可用谱。在一些情况下，当碎片化减少的好处超过谱效率的损失时，谱的使用甚至可比原始的第一组mch宽度更好。

应注意，本发明的方法本身并不是路线和谱分配算法，因为它在提供之前确定待分配的mch的宽度分布，该过程是在光学波段中选择哪个谱分配给mch之前。然而，本发明的该方法可仍然结合路线和谱分配算法使用。事实上，本方法可结合诸如上述参考的专利文献jp2016127354a、us14/786,399和wo2015/162875a1中描述的方法使用。

技术人员还将理解本方法不仅是碎片整理方法。例如在us13/445,756和us12/945,956中所描述的碎片整理方法假定了重新布置现有连接以减少搁浅带宽的可能性。在多数情况下，不中断现有连接是不可能的，而在大多数部署实例中这是不可容忍的。碎片整理是反应性的过程，而本发明的方法是用于首先防止碎片化产生的主动措施。

此外，虽然如以上引用的专利中定义的现有技术方法集中于减少碎片化，但是它们没有考虑与减少可用于部署的这组mch分布相关的供应复杂性方面的好处，正如通过本发明的方法所获得的所述一组缩减的mch宽度中的mch数量的减少所传达的那样。

优选实施方式中，计算所述第一组mch宽度的所述步骤包括计算或估计在所述光网络上进行的实际数据传输中所述第一组mch宽度中的每个mch宽度的预期相关性，以及该算法在抑制由于将所述第一组mch宽度中的原mch宽度映射到更大的新mch宽度而导致的谱宽度的降低时考虑了所述预期相关性。该变体利用了这样一种观察，即并非第一组中的所有mch宽度都具有相同的相关性，因为在服务供应时，管理系统很可能经常采用mch宽度中的一些，这意味着可用谱中的相当大一部分将分配给具有该宽度的mch，而其它mch宽度可能具有非常小的相关性，例如，被发现仅特别适合于低优先级的路径或低需求的线路速率的mch宽度。因此，当执行mch宽度的映射时，适当考虑预期的相关性还将有助于限制映射时谱宽度的下降。本文中，术语“预期相关性”指示相关性将是基于对光网络服务需求的某种预测估计的(尽管可基于历史记录数据或实时网络数据)。

在优选实施方式中，计算所述第一组mch宽度的步骤包括以下步骤：

-针对所述网络内的所有节点对中的至少一部分，计算预定义数量的路径，其中，所述路径的计算优选地通过管理系统或sdn控制器的路径计算元件进行，以及

-针对所述已确定路径中的每个，以及针对所述路径上将采用的预定数量的线路速率中的每个，确定最佳满足谱效率优化标准的mch格式，其中，所述mch格式包括调制格式、所述mch内的载波数、所述mch内的载波的谱位置、符号速率和fec开销中的一个或多个以及所述mch宽度。

应注意，为了确定对于第一组mch宽度的最佳选择，如果针对网络内的所有节点对计算所述预定数量的路径，这是有利的。然而，这并不是绝对必要的，并且如果计算仅限于网络中所有节点对的一部分，则可获得有用的第一组mch宽度。在一些实施方式中，路径的计算仍可至少针对网络内所有节点对中的“主要部分”进行，即，它的至少50％部分。然而，在其它实施方式中，转换可被限制在相当低的比例，特别是如果对于将要携有通信量(traffic)的节点对，具有很高的确定性(在某些部署中可能是这样的情况)。

还应注意，所述“谱效率优化标准”具体地可是获得最高可能谱效率但不必提供额外的3r再生的标准。因此，它可确保第一组mch信道(形成该方法的起点)确实包含：通过使用各种现代mch信道格式的能量可在给定的情况下所获得的尽可能最佳的谱效率。然而，其它“谱效率优化标准”同样也是可能的，只要它们有助于建立允许好的谱效率的一组第一mch宽度即可。

出于许多目的，如果仅为所考虑的节点中的每一对计算单条路径，并以此为基础确定第一组mch信道并进行网络分析，这是足够了。然而，在优选实施方式中，针对每对节点计算的预定义数量的路径至少为两个，优选地至少三个，假如相应的节点对之间这样数量的路径确实存在。显然地，根据拓扑，节点对可能仅由单个唯一的路径连接，或仅由两个不同的路径连接。

此外，在各种实施方式中，每个路径上将采用的所述预定数量的线路速率至少为三个，优选地至少五个，以及最优选地至少七个。考虑如此多的线路速率可确保：确定的第一组mch宽度实际上允许采用不同的线路速率来处理相应的多样性的服务请求。然而，本发明并不局限于此。在其它实施方式中，对于网络所需的线路速率可基于可用的通信量分布和客户需求进行确定，并因此成为该方法的静态输入。可存在部署仅具有一个或两个线路速率的实施方式，而该方法将仍然有助于对齐网络中使用的宽度。还应记住，对于每个给定的线路速率，可能有若干可用的mch格式，符号速率、调制格式不同等。例如，对于200gb/s的给定线路速率，mch格式可采用50ghz处的16qam调制格式，62.5ghz处的8qam调制格式或87.5ghz处的qpsk调制格式。这些中的每个均对应于具有完全相同线路速率的不同mch格式，并且即使仅考虑一个线路速率，本发明的方法仍然可用于优化mch格式宽度。

在相关的实施方式中，所述第一组mch宽度中的每个mch宽度的所述上述相关性是基于以下计算或估计的：采用所述mch宽度的给定路径实际上被选择的可能性，和/或在所述给定路径上其中所述mch宽度满足所述谱效率优化标准需要线路速率的可能性。

如上文说明的，mch宽度数量的减小是宽度调整模块所采用的优化算法的自动结果，使得在各种实施方式中，数量减少的程度并不是该方法的输入，而是结果，该结果还取决于第一组mch宽度。然而，在一些实施方式中，当执行该方法时，第一组中的原mch宽度的数量为所述一组缩减的mch宽度中的新mch宽度的数量的至少2倍，优选地至少4倍。构成所述一组缩减的mch宽度的mch宽度的数量的这种减少已经大大降低了服务供应工具或人工规划网络的人员的复杂性和负担。应注意，在一些实施方式中，出于供应复杂性的目的，该方法可包括对于所述一组缩减的mch宽度中的mch宽度的最大数量的硬约束，以便优化算法将在有限数量的mch宽度的情况下获得尽可能最佳的谱效率妥协方案。

在一些实施方式中，所述一组缩减的mch宽度中的新mch宽度中的每个均对应于第一组mch宽度中包括的原mch宽度。然而，在优选实施方式中，该优化算法可生成第一组mch宽度中未包括的新mch宽度。

在优选实施方式中，优化算法受到阈值的约束，所述阈值定义了相比于所述第一组mch宽度，所述一组缩减的mch宽度的谱效率的最大下降。因此，它可确保在通过宽度调整模块自动生成的缩减的mch集中，作为映射的直接后果的谱效率的损失(即，未考虑或至少不是必然考虑由于避免碎片化而导致的实际增大)保持在规定的范围内。在这种情况下，优化算法受到关于由于映射而导致的谱效率允许损失的硬约束。

本文中，该阈值优选地

-由网络操作员手动地设置，和/或

-基于指示网络中实际出现的谱碎片化的程度的实时数据，动态地调整。

类似地，优化算法可受到阈值的约束，所述阈值定义了所述一组缩减的mch宽度中的mch宽度的最大数量。因此，所述一组缩减的mch宽度中保留的mch宽度的绝对数量可设置为硬约束，从而确保与较小数量的mch宽度相关联的供应复杂性的期望下降。所述一组缩减的mch宽度中保留的mch宽度的最大数量可例如由网络操作员手动地设置。

在优选实施方式中，优化算法包括加权参数，具体地加权因子，该参数平衡将碎片化最小化与整体谱效率的重要性。例如，与较小的加权参数相比，高加权参数可导致不容易出现碎片化问题(通常更少数量的mch宽度)的一组缩减的宽度(以及通常较少数量的mch宽度)，尽管代价是各个剩余mch宽度的谱效率降低。因而，这样的加权参数可用于对通过宽度调整模块进行的映射进行微调。为此目的，加权参数可由网络操作员手动地设置，或基于指示网络中实际出现的谱碎片化的程度的实时数据，进行动态地调整。技术人员将理解，加权参数和阈值(所述阈值定义了所述一组缩减的mch宽度相比于所述第一组mch宽度在谱效率中的最大下降)是紧密相关的，并且在一些实施方式中，如果适当地定义，它们可由相同的参数进行表示。在各种实施方式中，所述一组缩减的mch宽度是迭代地计算的，其中在一次或多次迭代中，将在前一计算步骤中获得的一组缩减的mch宽度用作所述第一组mch宽度。

在优选实施方式中，所述优化算法为子集分配抑制权重，具体地，在mch宽度不是彼此的倍数的情况下，向所述第一组mch宽度中的mch宽度对分配抑制权重。该实施方式基于这样的观察：如果将mch宽度组合使用(它们是彼此的倍数)，则可有效地避免碎片化问题。因此，通过简单地对未满足该条件的mch宽度组合进行抑制，就可进行非常有用的优化。然而，显然同样可使用更复杂的抑制权重(包括其它标准)。

在最简单的情况下，抑制是以成对的形式分配的，抑制不是彼此倍数的宽度对。在最简单的情况下，这种抑制可以是二进制抑制，例如，如果两个宽度是彼此的倍数，则为“0”，否则为“1”。然而，该抑制可以是不匹配度的连续函数，其中，不匹配度可以例如通过应用于宽度的模运算的结果(即，欧几里得除法的余数)进行数学表达。在更复杂的实施方式中，可对多于两个宽度的组计算抑制，具体地三个、四个或五个不同宽度，以及如果该组包括不匹配的宽度，则引入抑制。这种策略更复杂，但是允许抑制在成对的方法中未被遮盖的潜在碎片源。同样，该抑制可以是二进制抑制，或模运算结果的一些线性或非线性函数。

在一些实施方式中，还有可能实现与期望的粒度a(例如，a＝25ghz)相关联的抑制系统。例如，与nxaghz网格(n为整数)不匹配的所有mch宽度都可按与aghz或其倍数的偏差的比例进行抑制。该“偏差”又可表示为“宽度模a”。然而，在这种情况下，期望的粒度a必须作为输入给出至宽度调整模块。除了在使用“不匹配”宽度的谱优势非常明显的情况之外，所产生的mch宽度集将与aghz网格对齐(即，倾向于以aghz的倍数为特征)。

此外，所述抑制权重优选地通过与每个mch宽度相关联的所估计的通信量进行增强。即，在优化中，在尤其易于导致碎片化问题的mch宽度当中，尤其优先抑制那些期望携有高份额的估计的通信量的mch宽度，或换言之，那些在网络的预期操作中“受欢迎的mch宽度”，因为它们将对碎片化具有最大影响，并且因此应在优化中进行主要的考虑。

在优选实施方式中，所述优化算法向映射到所述一组缩减的mch宽度中的较高mch宽度的原mch宽度分配抑制权重，其中，所述抑制权重表示对由映射所引起的相对的、网络范围的谱损失的估计。此外，mch宽度的映射相对于谱损失的相关性将取决于在网络中实际上对该mch宽度的预期使用有多高，因为只有在大量和/或在许多路径上实际使用的mchs对整体具有更严重的影响，即，网络智能谱损失。

在一些实施方式中，计算所述第一组mch宽度的步骤在所述网络的离线规划阶段中进行。

另外地或可替代地，所述方法可通过网络管理系统进行，具体地通过sdn控制器，该网络管理系统接收网络拓扑和支持的一组线路速率，并基于此计算所述第一组mch宽度。应注意，对于计算第一组mch宽度，通常只需要输入网络拓扑和要支持的线路速率列表即可。然而，网络管理系统还可计算每个mch宽度分布的预期通信量信息。例如，网络管理系统可接收通信量预测或通信量历史信息，以计算每一mch宽度的更精确的量信息。在一些实施方式中，如果没有这种信息，可简单地假设所有线路速率和节点对可能都是相等的。以这种方式，在定义一组可用的mch宽度时，至少可以考虑光网络的拓扑。另外，所述网络管理系统还可使用所述一组缩减的mch宽度进行服务供应。

在相关实施方式中，所述网络管理系统还接收关于每一节点对或线路速率的通信量的通信量预测数据，以便用于计算每一mch宽度分布的预期通信量信息。因此，可更好地评估整个网络中每个mch宽度的相对重要性，使得缩减过程更加意识到与将任何给定mch宽度映射到更高值相关联的潜在效率损失。

另外地或可替代地，所述管理系统还监控关于网络中由于使用所述一组缩减的mch信道提供服务而测量到的碎片化级别的信息，并基于所述碎片化级别信息，更新定义谱效率的最大下降的所述阈值。例如，如果碎片化级别非常高，这可指示增大定义所述一组缩减的mch宽度的谱效率的最大下降的阈值，反之亦然。

另外地或可替代地，所述管理系统还监控关于提供的信道的光学性能的信息，并且在确定给定的mch上的光学性能不足的情况下，在增大所述给定的mch的mch宽度的附加约束下，重新计算所述一组缩减的mch宽度。例如，如果对具体mch格式的光学性能估计过高，即例如需要更大的保护带或mch内额外的载波，这就很重要，因为两者都需要用于mch的更大的谱宽度。在这种情况下，来自监控的反馈向宽度调整模块指示与mch相关联的宽度应优先地或强有力地放大，并且基于该约束重新计算整组mch宽度。

该发明的另外方面涉及管理系统，具体地sdn控制器，包括：

-用于接收光网络的拓扑信息的输入，

-用于基于网络拓扑进行计算的模块，计算用于在所述光网络中尝试性使用的第一组mch宽度，所述第一组mch宽度定义目标谱效率，以及

-mch宽度调整模块，用于通过将所述第一组mch宽度中的每个原mch宽度映射到对应的新mch宽度而从所述第一组mch宽度生成一组缩减的mch宽度，所述对应的新mch宽度等于或大于原mch宽度，从而相比于所述目标谱效率降低谱效率，其中，所述第一组mch宽度中的多个不同原mch宽度映射到相同新mch宽度，从而减少所述一组缩减的mch宽度中的mch宽度的数量，

其中，所述映射通过采用优化算法的所述调整模块(18)自动地进行，其中，

-该优化算法抑制与较少可能导致碎片化问题的mch宽度相比更可能导致谱中的碎片化问题的mch宽度组合，以及

-该优化算法抑制由于将所述第一组mch宽度中的原mch宽度映射到更大的新宽度而导致的谱宽度相比于目标谱效率的降低。

管理系统还可配置成执行根据如上所述的实施方式中的一个或多个的方法。

本发明的另外方面涉及离线规划工具，该离线规划工具配置成用于执行根据如上所述的实施方式中的一个或多个的方法。

附图说明

图1示出用于匹配频率和非匹配频率的同一网络和通信量分布的两个谱分配图。图2是示出本发明的方法的流程图以及执行该流程图所涉及到的部件。图3示意性示出示例性网络以及向针对用于给定的节点对的三个最有利的路径所获得的最佳mch宽度。

图4总结了由图2中所示的mch宽度调整模块所进行的由第一组mch宽度到一组缩减的mch宽度的示例映射。图5是完整(第一)组mch分布的期望部署容量和实际部署容量与根据一组缩减的mch宽度的宽度分布的比较图。

图6至图11示出本发明的方法的各种使用情况的示意图。

图12是可从网络管理系统通信至各个ne的文本文件的表示。

图13是示出在网络管理系统、各个网络元件和操作员之间的通信的流程图。

具体实施方式

为了促进对本发明的原理的理解，现在将参考图中所示的优选实施方式，并使用特定的语言来描述相同的内容。然而将理解的是，意图并非是借此限制本发明的范围，如本发明涉及领域中的技术人员现在或将来将通常想到的那样，设想这样对本文中所示装置的变更和进一步修改以及这样对本文中所示的本发明原理的进一步应用。

出于说明的目的，图1示出了用于同一网络和通信量分布的两个谱分配图，其中，在第一种情况中(图1的左部分)，部署了37.5ghz和50ghz宽度的信道格式，而在第二种情况中(图1的右部分)，可用信道宽度为37.5ghz和75ghz。就谱效率而言，最期望的设置自然是37.5ghz和50ghz信道的情况。然而，由于这些格式不“匹配”，因此它们在网络中的分配会导致谱的一部分搁浅并使其无法使用。

在37.5ghz和75ghz格式的情况下，信道宽度是“匹配”的，因为其中一个是另一个的整数倍。如从图的右部分所见，这具有现有的宽度相互匹配的效果，使得任何剩下的谱窗口可以总是被至少最小的可用格式重新使用。因此，尽管该格式设置的初始谱效率低于37.5ghz和50ghz的设置，但是其对碎片化效应的相对免疫实际上可以弥补这种明显的差谱效率。如下所述，这种观察结果在本发明的实施方式中加以利用。

参照图2和图3更详细地描述本发明的优选实施方式。图2是示出本发明的方法的流程图以及执行该流程图所涉及到的部件。在图2中，示出了网络管理系统10，该网络管理系统10包括路径计算元件(pce)12和用于对在光网络中尝试性使用的第一组mch宽度进行计算的模块14。模块14接收关于网络拓扑的信息以及将由光网络支持的一组线路速率。图3的左部分示意性示出了光网络的示例。图3还显示了将由网络支持的示例性的一组线路速率，在给定的示例中，该组线路速率达到100、150、200、300、400、500、600、750、800和1000gb/s。

基于网络拓扑，针对网络内的节点中的每对和线路速率中的每个，如图2中模块14进行的步骤14a所指示的，模块14使用pce12计算连接所述节点的路径的预定数量(在所示的实施方式中为3)。此外，针对每个路径和每个线路速率，根据一些期望的标准，计算优选的mch格式(mch宽度、mch内的载波的数量、用于载波中的每个的调制格式和符号速率、fec开销)(步骤14b)。在优选实施方式中，期望的标准是效率优化标准，例如，在不需要提供额外的3r再生的情况下实现最高可能谱效率所依据的标准。由于该方法在选择可用的mch格式时使用了高度的自由度，因此可实现非常高的谱效率。在本文中，通过选择用于整个网络的“最佳”mch格式所传递的谱效率称为“目标谱效率”，因为这类似于至少在理论上可通过优选的mch格式获得的谱效率。

图3的右部分示出了网络的一个示例性节点对的结果：针对考虑之中的线路速率中的每个，以及针对在步骤14a中确定的三个最佳排名路线路径中的每个，计算对应的最佳mch格式。虽然mch格式由mch宽度协同这些mch格式的载波的数量、调制格式、符号速率和fec开销限定，但是图3中仅显示了对应的mch宽度。

每次计算之前未用于任何其它路径或线路速率的mch宽度时，都会将该mch宽度添加到列表中(参见步骤14c，当前列表根据步骤14c使用新计算的mch权重进行更新)。当针对每个节点对和每个线路速率进行步骤14a至步骤14c时，其结果是可潜在地部署在网络中的mch宽度的列表，包含前一阶段输出的所有原mch格式所需的独特的mch宽度值。该列表的内容类似于上面提到的“在光网络中尝试性使用的第一组mch宽度”，在图2中用附图标记16表示。在本文中，表述“尝试性使用”表示这些mch宽度确实可以在网络中使用，但是在本发明的方法的框架中，如下所述，实际上将采用的仅是具有产生的对应宽度的一组缩减的mch格式。

另外，当发现具有给定宽度w的mch格式为用于路径/线路速率的“最佳”时，将与该路径/线路速率相关联的预期通信量添加到用于具有宽度w的mch的总体估计量中。在所示的实施方式中，“预期量”的估计取决于：

-节点对/线路速率的可能性：根据例如客户历史或测量值，分配给给定路径/线路速率组合的谱数量与在由路径服务的节点对之间期望的/测量的通信量的可能性成比例，以及与部署的每个线路速率的可能性成比例。

-路径的排名：对于相同的节点对，排名较高的路径(诸如最短路径)比排名较低的路径更有可能使用。

因此，相对而言，对每个mch宽度的量估计指示管理系统10可能会为任何给定宽度的mch宽度分布总体分配多少谱。基于该信息，能够限定与总是使用可用的最有效率的mch分布相对应的目标谱效率。

如以下更详细描述的，用于每个mch宽度组合的期望通信量信息提供可用来校准与网络中的活动宽度中的每组相关联的抑制的权重。这背后的基本原理是，网络中更普遍的宽度更适合于评估碎片化，反之亦然。对抑制权重的校准通过图2中示出的模块17进行，模块17接收关于每个mch宽度的频谱量的信息。

当获得可能的mch宽度的完整列表(“第一组mch宽度”)时，该方法将尝试通过将mch宽度中的一些映射到更大的值(例如，将具有112.5ghz原宽度的所有mch增大为125ghz的频谱)来缩减该列表，从而产生一组缩减的mch宽度。该缩减列表的计算通过宽度调整模块18进行，并且必须管理两个冲突的需求：(1)宽度之间的谱不匹配应尽可能的少，以及(2)因不总是使用“最佳”格式所引入的谱效率低下不应超过预定义的阈值。为了实现第一目的，该方法基于一组宽度之间的谱不匹配限定与这些宽度(优选地一对宽度，但是可能为高阶组)相关联的抑制权重，该抑制权重用于由mch宽度调整模块进行的优化算法中。换言之，该抑制权重抑制了mch宽度组合，其中，与具有匹配频率的mch宽度相比，该mch宽度组合更可能导致谱中的碎片化问题。在一个实施方式中，如果两个宽度是彼此的倍数/几分之一(除数)，则两个宽度之间的抑制可赋值为零，否则赋值为大于零的值。然而，用于抑制易于碎片化的mch宽度组合的更复杂的抑制也是有可能的。此外，这些权重的显著性可通过与每个宽度相关联的通信量估计来增强，使得更为普遍的mch宽度之间的不匹配变得更加重要。如图2中所示，关于通信量估计的信息可从通信量数据监控数据库22提供给模块17。

第二需求对宽度缩减过程可导致的原期望的谱效率(由通常使用最有效的格式所给出)的偏差设置了严格的限制。这个“最大偏差阈值”从最大偏差阈值模块24提供给mch宽度调整模块18。如图2中所示，最大偏差阈值可由网络操作员人工设置，或可与实时数据监控数据库22绑定，该实时数据监控数据库22测量当前部署的要求在网络中产生了碎片化(例如，搁浅的带宽)的多少。基于该测量数据，如果当前宽度设置导致碎片化级别超过预期，则管理系统10可决定设置更激进的阈值。反之，如果管理系统10或其相应的控制器测量到谱中碎片化级别较低，则它可逐渐减小偏差阈值，以尝试和提高总体预期的谱效率。为此，mch宽度调整模块18所使用的优化算法抑制了由于将第一组中的原mch宽度映射到新的更大宽度而导致的谱宽度相比于目标谱效率的降低。本文中，优化算法考虑了mch宽度的预期相关性，或者换言之，所有mch都具有所述预期数据量。这意味着在网络的实际操作上将很可能采用的mch宽度应优选地不被映射，或仅映射到稍微高的值，因为这将包括相对较高的谱效率下降(与不太可能被使用的信道的mch宽度的类似增大相比)。

在离线网络规划的情况下，目前描述的工作流只执行一次，没有反馈，以及使用图2中的附图标记20表示的所述一组缩减的mch宽度中的mch宽度来规划网络。然而，当该方法是监督在线网络操作和服务供应的总体管理系统的一部分时，产生的谱管理数据可提供给监控数据库22，使得在网络参数高于或低于预期时重新计算缩减的宽度集。这些参数可包括碎片化级别、光学性能数据和/或每一路径/线路速率的通信量信息。

mch宽度调整模块18通过以下执行缩减过程：将来自模块16的原始“第一”mch集、来自模块24的固定最大偏差阈值以及来自模块16或17的每一mch宽度的通信量的校准权重接收为输入，上述接收的内容指示一组mch格式与诱导碎片化的相关性。在所示的示例性实施方式中，mch宽度调整模块18执行优化算法，该优化算法在最小化以下表达式的同时执行mch宽度映射：

本文中，xw，w′指示第一组mch宽度的mch宽度w是否映射到mch宽度w’(其中，w’≥w)。本文中，在进行映射的情况下，xw，w′为1，以及如果不进行映射，则xw，w′为0。

参数δsew，w′指示因将mch宽度w映射到w’引起的谱效率中的相对预期损耗(网络范围的)。因此，包含参数δsew，w′的上述表达式的第一部分类似于分配给映射到所述一组缩减的mch宽度中的较高mch宽度的所有原mch宽度的抑制权重，该抑制权重表示对由映射所引起的相对的、网络范围的谱损失的估计。

参数ε为加权因子，平衡将碎片化最小化与整体谱效率之间的重要性。该加权因子ε是本发明的摘要中引用的“权重参数”的一般概念的具体示例。参数pw是如果组w中的所有宽度(两个或更多个)都是活动的时所引入的碎片化抑制，以及lw是与宽度w相关联的谱消耗量。pw是与宽度群组相关联的抑制。总和是指所有的群组w，其中，在最简单的情况下，w可以是一对可能的mch宽度。例如，如果一个群组w为(25ghz，37.5ghz)，则如果25ghz和37.5ghz都是所述一组缩减的mch宽度中的活动mch宽度，则pw等于一些抑制因子，否则pw为0。抑制本身取决于宽度之间的不匹配。在最简单的形式中，如果宽度不是彼此的倍数(简单地计算不匹配的对的数量)，则抑制可以是1，否则为0。以这种方式，对每个不匹配的宽度对进行抑制(由ε和lw进行加权)，给出与不匹配的活动宽度相关联的总通信量。

然而，抑制pw不需要为二进制函数，而是可以是任何类型的函数，具体为宽度群组w中的宽度之间的不匹配程度的线性函数。如本发明的摘要中所说明的，不匹配度可以例如通过应用于宽度的模运算的结果(即，欧几里得除法的余数)进行数学表达。这样就可以区分和解释关于碎片化问题的严重和不太严重的不匹配。

此外，宽度群组w可包括多于两个的宽度，具体地三个、四个或五个不同宽度，以及如果该集合包括不匹配的任何宽度，则抑制pw可以为非零值。此外，抑制可具有二进制性质或可以是连续函数，具体为集合内的宽度之间的不匹配度的线性函数。这种策略更复杂，但是允许抑制在成对的方法中未被遮盖的潜在碎片源。需要注意的是，有无数种定义抑制的方法，抑制可抑制更可能导致碎片化问题的mch宽度组合，并且本发明并不局限于它们中的任何具体的一个，因为它们中的任何一个将允许操纵所述一组缩减的mch信道，以倾向选择不易于碎片化的mch信道。

还如本发明的摘要中所说明的，有可能实现与期望的粒度a相关联的抑制系统。例如，与nxaghz网格(n为整数)不匹配的所有mch宽度都可按与aghz或其倍数的偏差的比例进行抑制。该“偏差”又可表示为“宽度模a”。在这种情况下，期望的粒度a将作为输入给出至宽度调整模块。除了在使用“不匹配”宽度的谱优势非常明显的情况之外，所产生的mch宽度集将与aghz网格对齐(即，倾向于以aghz的倍数为特征)。

另外，在一般形式下将上述最大偏差阈值t作为硬约束引入：

因此，阈值t定义所述一组缩减的mch宽度相比于第一组mch宽度在谱效率中的最大下降。换言之，虽然加权因子ε以软判定类型方式平衡了将碎片化最小化与整体谱效率的重要性，但是最大偏差阈值t提供了硬判定模式，其中，t用作对使用的额外谱量的限制约束。

技术人员将理解，加权因子ε和定义所述一组缩减的mch宽度相比于第一组mch宽度在谱效率中的最大下降的阈值t是紧密相关的，并且在一些实施方式中，如果适当地定义，它们可由相同的参数进行表示。

采用最小化上述数学表达式的优化算法，例如，梯度下降优化算法等，mch宽度调整模块18因而产生如下结果：

-将活动mch宽度组合引起的碎片化抑制和预期谱效率的加权组合最小化，-保持与第一(原始)组mch宽度的目标谱消耗(没有考虑由于碎片化的减少导致的谱效率的增益)的偏差低于规定阈值t，以及

-始终保持或改进原始组mch格式中计算的光学性能，因为所述一组缩减的mch中的mch将具有比原配置中相同的或更高的保护带。

技术人员将理解，对非匹配mch宽度的抑制将自动地导致新“缩减组(即，一组缩减的mch)”中的mch宽度的减少。通过增大加权因子ε，缩减组中保留的mch宽度的数量通常将减少。然而，应注意，在各种实施方式中，优化算法可另外地或可替代地被定义缩减组中的mch宽度的最大数量的阈值约束。因此，缩减组中保留的mch宽度的绝对数量可设置为硬约束，从而确保与较小数量的mch宽度相关联的供应复杂性的期望下降。缩减组中保留的mch宽度的最大数量可例如由网络操作员手动地设置。

在图3的网络示例中，mch宽度调整模块18的一个实施方式产生了图4中所示的缩减的mch集映射，其中，t值为8％。映射将该组mch分布从30缩减为7，与原谱效率值的总偏差低于所需的8％。应注意，由该过程产生的新宽度不需要归入到第一原始组中(例如，337.5ghz值未出现在完整宽度列表中)。此外，应注意，用于将宽度56.25ghz和75ghz映射到75ghz的δse值为0，指示没有效率损失。这是因为最初映射到56.25ghz的mch的量/重要性与mch宽度的整体相比非常小。

在该示例的具体实施方式中，原mch宽度集和缩减的mch宽度集的谱效率之间的差距(没有考虑碎片化)将为7.1％。然而，因为该组不仅缩减了，而且还尝试性对齐以使不同mch宽度之间的谱不匹配最小化，因此两组之间的谱效率(以及因此网络中的实际可部署容量)的差异将会更小。在实际网络条件下，当仅考虑格式的平均谱效率时，碎片化效应会导致可实现容量小于预期。然而，如图5中所示，对于完整的(即第一)mch宽度集，这种缩减比对于缩减组更明显，因为缩减组是在考虑将碎片化最小化的情况下集合的。最终，图5中的模拟结果显示宽度集之间的预期的7.1％谱效率(和容量)差异在实际网络条件下实际上减小为2.6％，而网络中的不同mch宽度分布的数量减小到少于完整集的三分之一。因此大大便利了供应工具或人工规划员的工作，而仅轻微地影响产生的效率。此外，如果诸如sdn控制器的在线供应工具监控和测量相对于完整集的效率下降并且仍然认为它过高，则它可触发对具有由模块24提供的较小偏差阈值的mch宽度集的重估计，以试图冒着增大碎片化级别的危险来增大效率。

本发明的范围适用于网络管理系统10(例如，sdn控制器)内的方法的情况，所述方法触发mch宽度调整、监控网络性能并可根据这样的性能参数重新平衡该组。另外，还可以设想在一次性规划(例如，在离线规划工具中)的情况下，使用一组固定的输入参数计算一次缩减的mch集。以下参照图6至图11简要地概述该方法的各种使用情况(及相应的有益效果)。

图6示意性示出了以下情形：包含该方法的管理系统10接收网络拓扑和一组支持的线路速率，并基于此计算原(即第一)mch宽度集和每一宽度分布的预期通信量信息。管理系统10触发mch宽度集缩减过程。新服务的提供符合由该系统计算的一组新的(即，缩减的)mch宽度。

图7示意性示出了以下情形：管理系统10再次接收网络拓扑和一组线路速率，并计算原(即第一)mch宽度集。然而，在这种情况下，每一宽度分布的预期通信量通过预测数据(所述预测数据是从通信量数据监控数据库22(参见图2)取得的、关于每一节点对或线路速率的通信量的)进行进一步的扩充，以平衡总网络中每个mch宽度的相对重要性。以这种方式，缩减过程更能意识到与将每个宽度分布映射到更高的值相关联的潜在效率损失。

图8示意性示出了以下情形：管理系统10计算缩减的mch宽度集，使用它以在网络中提供新服务，以及由于提供缩减的宽度集而进一步监控和编译关于在网络中测量的碎片化级别的信息。如从图2所见，该信息同样是从通信量数据监控数据库22取得，并由管理系统10的模块24使用，以通过对来自原(即第一)mch宽度集的谱效率(碎片化忽略不计)的偏差设置更激进或更保守的阈值t来重新协调缩减的mch宽度集。

在图9中示意性所示的情形中，根据所述一组缩减的mch宽度提供的监控包括与提供的信道的光学性能有关的信息，根据图2该信息同样从通信量数据监控数据库22取得并可由模块24使用，以在mch宽度集的重计算中强加更激进的偏差阈值t(参见图2处的附图标记24)。例如，如果具体mch格式的光学性能被高估并且其实际边缘低于预期，则可应用该方法。在这种情况下，来自监控服务(诸如数据库22)的反馈会向mch宽度调整模块18指示与格式相关联的宽度应优先地/强有力地放大，并基于该约束重计算整个宽度集。

在图10中示意性所示的情形中，缩减的mch宽度集的计算本身被重定向到原mch格式计算(在发出用于服务供应/规划的宽度集之前)。在这种情况下，该方法假定迭代方法。为了使碎片化最小化，计算缩减的mch宽度集。然后，可通过缩减过程施加的约束重新计算原mch格式(例如，不受谱限制计算的原mch参数可与当外部施加更高宽度时获得的参数不同)。该工作流可用于确保：对于缩减过程指定的宽度，所选的mch格式总是提供最佳的光学边缘。

在离线规划工具(例如针对申请人的transnet工具)的情况下，可能会强制人类规划员手动地定义系统允许使用的mch的类型(以限制蛮力光学性能计算的量)。在这种情况下，如图11中所示，规划员将受益于使用该方法来自动修剪所需的该组mch格式，以及增加的另一好处是调整使用的宽度集以减小碎片化的影响。应注意，这种自动计算可使用通信量具体信息(例如，需求列表)来增强，但是通常仅需要与网络拓扑和支持的线路速率有关的信息。

从本发明的上述公开和优选实施方式的描述中可明显看出，与现有技术相比，该方法具有许多显著有益效果，其中一些在以下再度强调：

-本发明的方法的规模为网络中可能的宽度组合的数量，与每个链路中的槽数量无关。对该方法的概念验证进行的模拟表明，即使对于包含数百个条目的原宽度集，该方法也能快速生成结果。

-该方法与任何特定的谱分配方法无关，因为它仅关心要使用的宽度集。

-阈值t的定义允许系统调整与目标谱效率的预期偏差(并最终在给定的网络监控数据的在线操作中对其进行管理和纠正)。

-抑制权重可调整为历史/预测数据(参见图2)，以预测特定的mch宽度(或一组宽度)是否与网络的总通信量相关，以及是否因而可能产生碎片化问题。

在上述实施方式中，所述一组缩减的mch通过网络管理系统进行创建和管理，使用来自规划工具的信息和/或来自网络的实际数据进行补给。然而，技术人员将理解，网络元件(ne)可由网络操作员使用合适的终端进行手动地配置，诸如控制线接口(cli)或所谓的本地工艺终端(lct)。鉴于此，当通过与网络元件直接通信“手动地”打开新信道而不是经由管理系统或控制平面时，出现了如何维持如上所述的一致的规划的问题。

解决这个问题的一个方法是描述具体共振峰中的mch宽度集，并将其从网络管理系统通信到各个ne。例如，图12示出可从网络管理系统经由相应的链路通信至各个ne的文本文件的简单表示。在图12的文本文件中，第一行是规定各自ne的id的头部。文件的内容包括方向id和相应的mch宽度集。本文中，“方向”是用于ne处提供的数据通信量的不同方向，诸如北、东、西、南等。对于这些方向中的每个，规定了一组mch宽度。通过接收和处理该文本文件，ne就会了解每一方向上的mch宽度集规划。由于该集合是由考虑完整网络的管理系统创建的，因此各个网络元件可考虑不直接影响ne的限制或建议，并且因此ne将通常无法识别这些限制或建议。技术人员将理解，除了文本文件之外，关于mch宽度集的、与各自的连接相关联的信息可通过指令进行通信。

在经由cli或lct终端“手动地”打开新信道的情况下，特定的ne将能够使用如图12的文本文件中定义的规划来评估打开请求的一致性。在不一致的情况下，ne可向管理系统或控制平面发出警报。

为了进一步说明这点，图13是示出控制平面/管理系统、网络元件与网络操作员之间的可行的交互作用的流程图。在步骤30中，控制平面/网络管理系统确定用于现有或规划的网络发展的所述一组缩减的mch宽度，包括ne和方向特定的mch宽度集。该信息例如通过如图12中所示的文本文件通信至ne。在步骤32中，ne处理接收到的文本文件，从而了解mch设置建议。

在步骤34中，操作员经由控制平面/管理系统部署新服务请求。在步骤36中，控制平面/管理系统处理该请求。由于控制平面/管理系统了解网络和有利的缩减的mch集，因此它可配置ne使得其与缩减的mch集一致。在步骤38中进行配置。在步骤38中，ne不针对存储的mch宽度集验证配置，因为配置是由控制平面/管理系统发起的。

然而，如果ne经由cli或clt接收来自操作员的直接命令(步骤40)，则ne将在步骤42中检查这些命令是否与在步骤32中接收和处理的方向特定的mch宽度集相符合。在矛盾的情况下，它将发出在步骤44和步骤46中分别由控制平面/管理系统和操作员确认的警报。在替代实施方式中，代替发出警报，可简单地拒绝人工配置，以及警报仅发送至管理系统，指示操作、终端和操作员用户登录。因此，网络管理员将立即被告知可危及网络状态或未来操作的操作活动。

尽管附图中和前述说明书中详细地示出和说明了优选示例性实施方式，但是这些应仅仅被视为示例性地，而不是对本发明的限制。在这点上应注意，仅示出和说明了优选的示例性实施例，并且应保护目前或将来落在如权利要求中所限定的本发明的保护范围内的所有变型和修改。