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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。
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