灵活栅格光网络技术论文

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灵活栅格光网络技术论文

1高速率光纤通信网络

光纤通信网是当前长途骨干传输网的首选网络,在光纤通信网络中,一根光纤的传输带宽可高达50Tbps,而现实中正在使用的光通信网络,则远远没有达到这个带宽速率,也就是说,光纤巨大的带宽传输能力远远没有充分发挥出来和得到充分利用。为了发挥光纤巨大的带宽传输能力,人们开发了波分复用(WDM)技术,构建了长途传输的WDM光通信网络。所谓WDM技术,就是在发送端将不同波长信号组合复用后,发送到一根光纤上传输,然后再在接收端进行一个反向的解复用过程,将这些波长进行分离。现在的骨干传输网络,基本上都是WDM光网络了,当然,按照不同区域的大小,还可以将WDM光网络再进一步细化为不同层级的网络。光网络里数据的载体是激光,也就是光波的波长。现在,一个波长传输100Gb/s的高速率已经实现了,目前主流的大容量波分复用DWDM系统是N×100Gb/s,频率效率为2bit/s/Hz。更高的400Gb/s系统也在实验室中实现了,并正走向应用。但对于传输介质光纤来说,并不是任意一个激光的波长都能用来进行传输的。只有在光纤的所谓通信窗口上的激光波长,才能用于进行光纤通信。因此,看起来激光的频谱很宽,但仅有落在光纤的通信窗口上的激光频率(波长)才为可用,其他位置的频率(波长)并不可用。这样一来,在光纤通信网络中就造成了可用波长资源不足的问题。可见,波长资源对于光通信网络来说是非常稀少而又珍贵的。为了解决光纤中波长资源不足的问题,人们想到了波长的重复利用技术,那就是进行波长转换。

2波长可变光网络

对于光网络来说,波长是最重要的网络资源。对于一个无波长变换的光网络来说,波长是全局性的宝贵资源。在这种无波长变换的光网络中,必须满足波长连续一致性要求。从全光网来说,重要的就是要科学、合理地分配波长资源,对于网络中的每一个光通道,都有一个波长与之对应。但当需要建立更多通道时,波长资源就会显得不足,波长不够用了。为了提高波长资源的利用率,人们开发了一种光器件,即波长变换器,用来进行波长的变换。有了波长变换器,在光网络中,就可以在不同地方、不同区域重复利用波长,也就是使用相同的波长。对于波长可变网络来说,每一条新路径,都可以选用不同的波长。

3灵活栅格光网络

在光网络里,虽然有了波长可重复利用的波长变换技术,波长宝贵资源的使用效率有了一定的提高,但对于稀少而又珍贵的波长资源的充分利用程度来说,仍然是不够的。波长频谱资源仍然存在着浪费现象。如果有更宽的通道带宽,就能更好地保证各通道之间没有码间干扰。另外,更低的通道间隔,也就意味着可用带宽的增加,这样就可以容纳更多的波长数量。国际电信联盟ITU-TG.694.1规定的DWDM栅格有:12.5GHz、25GHz、50GHz和100GHz。光波长频谱承载着各种各样的业务。当光网络运行一阵后,难免出现一些所谓的频谱碎片。光网络中出现的频谱碎片,对网络是不利的,因为频谱碎片的出现,降低了频谱的使用效率。灵活栅格光网络对于频谱是有一定的技术上的要求的。首先,要求频谱一致性约束。即在网络所有链路上,业务传输都必须使用相同的子载波段。例如,对于如下的一个光网络拓扑结构,光网络由3个节点P1、P2、P3组成。现在假设有一个业务S在这个光网络中传输。路径是由P1-P2-P3组成的,P1为源节点,P3为目标节点。这个业务S占用了8个子载波。现在有2个链路P1-P2,P2-P3。在链路P1-P2中,业务S占用的是1~8号位置上连续的8个子载波。在链路P2-P3中,业务S占用的也同样是1~8号位置上连续的8个子载波。因此,链路P1-P2与链路P2-P3业务S占用子载波情形是一样的。但是,最下面一个链路P2-P3情形就有点不同了,这时业务S占用的位置已经不是1~8号连续位置了,而是从第2个位置上开始占用,一直到第9个位置,也就是说,业务S占用了2~9号位置的8个子载波。这与前面2个占用的情形不同,因而这最后一个所示的情形,不满足频谱一致性约束条件,最后一个是不行的。灵活栅格光网络对于频谱分配中,第2个要满足的条件是频谱连续性约束条件。所谓的连续性,是指光网络业务所分配的频谱不能分离开来,必须是连续的频谱子载波。可以看到,业务S的分配是一种连续相邻的8个子载波组成的,这是频谱连续性的表现。业务S却被分成了两个不连续的部分,一个占据1~5号位置,另一部分占据8~10号位置。在这种情况下,频谱6~7号位置空着,并无任何业务,那么这2个子载波就浪费掉了,其他业务无法利用这2个子载波。灵活栅格光网络对于频谱分配的第3个条件是频谱非混叠性。如图10所示。所谓的频谱非混叠性,主要是指不同业务各占各的位置,同一位置上不能既有第1个业务占据,又有第2个业务占据,发生重叠现象。业务S1占据前6个子载波,S2则占据着随后的2个子载波,也就是7~8号这2个子载波。情况发生了变化,业务S1仍然是占据着1~6号子载波,但业务S2占据的却是6~7号位置,其中的6号位置与S1的6号发生了重叠,换句话说,业务S1与业务S2发生了混合重桑现象。这就不满足频谱非混叠性约束条件。比起WDM波长路由网络的波长大粒度来,由于灵活栅格光网络中的子载波的粒度更小,因此,灵活栅格光网络也就更加灵活,业务匹配性高,更能适应不同大小粒度业务的需要,更能较好地实现业务的匹配,频谱利用效率也更高。

4灵活栅格光网络需要克服的困难

对于光网络来说,在进行业务传输的过程中,不可避免地会出现一些频谱碎片。尤其是在光网络经过一段较长时间的运行之后,在频谱上会产生许多的碎片,而且这些碎片分散度较高,碎片在频谱上产生的空隙,造成了大量的非连续性频谱资源,这些不连续的频谱资源不能承载大的业务,一旦出现大业务到来,频谱资源不足,就会造成网络的阻塞。大量的非连续性频谱资源的产生,造成宝贵的频谱资源浪费现象,这给珍贵的光网络频谱充分利用带来了较大的困难。对于这种困难,目前解决的方法是通过一定的优化算法,开发面向频谱融合的路由频谱分配算法,以及频谱碎片整理的相关算法,来对频谱碎片进行整理,重构频谱,以便能最大程度地减少频谱碎片现象。光网络经过一段较长时间运行之后,在频谱上产生的碎片。从3个业务的频谱初始分布来看,这3个业务只需要8个子载波就行了,但却占用到了第11个子载波。分散的频谱碎片使得中间的子载波无法利用,造成极大的浪费。业务占据了前8个连续的子载波,后面的频谱就可用于新进的业务。显然,经过整理重构后的频谱利用率大大提高了。

5结束语

本文探讨了灵活栅格光网络技术,分析了灵活栅格光网络中频谱碎片的优化问题。采用灵活栅格光网络新技术,对于灵活栅格光网络中的频谱碎片进行优化,按照一定的规则和算法,开发面向频谱融合的路由频谱分配技术,支持更多网络通道数,提高网络灵活性,这对于现代光网络技术的发展具有启示意义。

作者:张宁 张杰 单位:北京联合大学信息学院 北京邮电大学信息光子学与光通信研究院