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1. WO2020107994 - OPTICAL AMPLIFIER REARRANGEMENT METHOD FOR OPTICAL FIBER-UPGRADED ELASTIC OPTICAL NETWORK

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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7  

附图

1   2   3   4   5   6  

说明书

发明名称 : 一种光纤升级后弹性光网络的光放大器重排列方法

技术领域

[0001]
本发明涉及光网络技术领域,具体涉及一种光纤升级后弹性光网络的光放大器重排列方法。

背景技术

[0002]
目前,制造超低损耗(ULL)光纤的技术已经成熟。ULL光纤比标准单模光纤(SSMF)具有更低的衰减系数,这使得使用ULL光纤的网络信号传输质量更好,适合未来超大容量,超长距离的光网络使用。因此,ULL光纤被认为是在未来的光传输网络中实现先进调制格式和高频谱效率的超级光通道所必需的技术。而且,随着上个世纪在骨干网中部署的许多SSMF即将达到使用寿命,使用ULL光纤来取代这些旧的SSMF,将显著地改善当今光传输网络的传输性能,这种针对光传输网络的ULL光纤升级将在网络运营商中成为一种趋势。
[0003]
目前,国内外研究都是基于光放大器(例如,EDFA)的位置不变,然而在使用ULL光纤升级网络链路之后,由于其较低的衰减系数,其光放大器的最大放大跨度距离可以极大增加。因此,为了节省包括硬件成本和维护成本的系统成本,网络运营商希望通过沿着链路最佳地重新布置光放大器以减少网络中使用光放大器的数量。然而,增加放大跨度距离可能需要更高的放大增益,这导致更高的放大器自发发射(ASE)噪声,因此也将降低光信号的传输质量。这将导致光通道采用低级的调制格式,占用更多的频谱资源,从而影响网络的频谱使用效率。
[0004]
发明内容
[0005]
本发明要解决的技术问题是提供一种光纤升级后弹性光网络的光放大器重排列方法,其能够最大限度地减少光放大器数量的同时,不会明显降低频谱资源利用率,在节约成本的同时提高资源利用率。
[0006]
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种光纤链路的光放大器重排列方法,在光网络中光纤链路升级后,获得升级链路,针对单根所述升级链路做如下操作:尝试使用去除冗余方式对所述升级链路的放大器进行遍历,去除所述升级链路上多余的EDFA,并计算获得去除冗余所节省的成本C RR;尝试使用完全重排列方式对所述升级链路的放大器重新布置,重新排列所述升级链路上的所有EDFA,并计算获得完全重排列所节省的成本C FR;比较所述升级链路中的所述去除冗余方式所节省的成本C RR和所述完全重排列方式所节省的成本C FR,选择节约成本较多的作为所述升级链路的光放大器重排列方法;重复以上步骤,依次对所有升级链路上的光放大器进行了重排列操作,完成所有升级链路的重排列。
[0007]
作为优选的,所述尝试使用去除冗余方式对所述升级链路的放大器进行遍历,去除所述升级链路上多余的EDFA,具体包括:
[0008]
S11、设定升级链路的最大放大跨度距离D;
[0009]
S12、对所述升级链路中每一个放大器的前后两个相邻放大跨度的距离求和,获得求和值l;
[0010]
S13、比较求和值l和最大放大跨度距离D;当求和值l小于最大放大跨度距离D时,去除所述放大器;当求和值l大于最大放大跨度距离D时,保留所述放大器。
[0011]
作为优选的,所述尝试使用完全重排列方式对所述升级链路的放大器重新布置,重新排列所述升级链路上的所有EDFA,具体包括:
[0012]
S21、移除所述升级链路上所有的放大器;
[0013]
S22、沿所述升级链路重新放置EDFA。
[0014]
作为优选的,所述沿所述升级链路重新放置EDFA,使得相邻两个EDFA之间的放大跨度距离为M,而放大跨度距离M满足: 其中,l为放大器的前后两个相邻放大跨度的距离和,D为升级链路的最大放大跨度距离。
[0015]
作为优选的,
[0016]
作为优选的,所述计算获得去除冗余所节省的成本C RR,其中,C RR=N e·(C e+C p),C e为硬件成本,C p为EDFA供电和维护的总成本。
[0017]
作为优选的,所述计算获得完全重排列所节省的成本C FR,其中,C FR=N e·(C e+C p)-φ r·C r,C e为硬件成本,C p为EDFA供电和维护的总成本,φ r为新建的放置空间数,C r为构建新的放置空间的成本,N e是链路上减少的放大器数量。
[0018]
本发明的有益效果:通过对比去除冗余方式和完全重排列方式,选取节约成本较多的方式对光纤链路中的放大器进行重排列,在最大限度地减少光放大器数量的同时,不会明显降低频谱资源利用率,在节约成本的同时提高资源利用率。

附图说明

[0019]
图1是本发明的移除超低损耗光纤链路上光放大器的示意图;
[0020]
图2是本发明的去除冗余EDFA策略和EDFA重排列策略的示意图;
[0021]
图3是本发明对USNET网络的不同EDFA重排策略性能;
[0022]
图4是本发明对NSFNET网络的不同EDFA重排策略性能;
[0023]
图5是本发明通过不同的EDFA重排策略节省成本示意图;
[0024]
图6是不同放大跨度距离下CM策略的性能示意图。

具体实施方式

[0025]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0026]
所理解的是,本申请中所出现的以下名词,掺铒光纤放大器即为EDFA,标准单模光纤即为SSMF,超低损耗光纤即为ULL光纤,均为本领域专有技术名词。
[0027]
在使用ULL光纤升级网络链路之后,其较低的衰减特性允许网络运营商增加链路上两个相邻EDFA之间的放大跨度距离。图1显示了EDFA的移除如何改变所使用的EDFA的数量和光通道的光信噪比(OSNR)的示例。该示例中包括两个链路:A-B与B-C。它们都使用了ULL光纤进行升级。在每个链路的两端,有一对前置和后置放大器,中间有线路放大器。前置放大器和后置放大器由节点设备托管在相同的设备室中。通常建立独立空间用于放置和管理每个线路放大器。对于SSMF链路,放大跨度距离通常不大于80km。升级后,由于ULL光纤的衰减系数较低,其放大跨度距离最大可以扩展到120km。因此,链路上的某些EDFA变得多余并且可以被移除。比较两个重排列方案R1和R2,其中R1去除光放大器OA2和OA7,R2去除更多的EDFA,包括OA2,OA6和OA8。随着这些EDFA的移除,通过这些链路的OSNR也相应地减小。例如,在R1中,光信道A-C的OSNR从18dB降低到17.5dB,但是仍然满足QPSK的OSNR要求。因此,在其初始调制格式为QPSK的情况下,信道使用的FS数量没有变化。相反,在R2中,光信道的OSNR从18dB降低到16.9dB,不满足QPSK的OSNR容限要求。这就必须使用较低级别的调制格式(即BPSK),这需要使用更多的FS。该示例表明,不同的重新排列方案可导致所使用的EDFA数量与消耗的频谱资源之间的不同折衷。
[0028]
参照图1所示,本发明的公开了一种光纤升级后弹性光网络的光放大器重排列方法,在光网络中光纤链路升级后,获得升级链路,针对单根所述升级链路做如下操作:
[0029]
(1)去除冗余(简称RR策略):尝试使用去除冗余方式对所述升级链路的放大器进行遍历,去除所述升级链路上多余的EDFA,并计算获得去除冗余所节省的成本C RR;所述计算获得去除冗余所节省的成本C RR,其中,C RR=N e·(C e+C p),C e为硬件成本,C p为EDFA供电和维护的总成本,N e是链路上减少的放大器数量。
[0030]
所述尝试使用去除冗余方式对所述升级链路的放大器进行遍历,去除所述升级链路上多余的EDFA,具体包括:
[0031]
S11、设定升级链路的最大放大跨度距离D;
[0032]
S12、对所述升级链路中每一个放大器的前后两个相邻放大跨度的距离求和,获得求和值l;
[0033]
S13、比较求和值l和最大放大跨度距离D;当求和值l小于最大放大跨度距离D时,去除所述放大器;当求和值l大于最大放大跨度距离D时,保留所述放大器。
[0034]
例如,在图2(a)中,放大器E 1前后两个相邻放大跨度的距离求和为l 1,由于l 1小于D,因此可以移除E 1;放大器E 2前后两个相邻放大跨度的距离求和为l 2,而由于l 2大于D,所以不能进一步去除E 2,因此E 3也是如此。因此,我们可以减少一个EDFA。
[0035]
(2)完全重排列(简称FR策略):尝试使用完全重排列方式对所述升级链路的放大器重新布置,重新排列所述升级链路上的所有EDFA,并计算获得完全重排列所节省的成本C FR;所述计算获得完全重排列所节省的成本C FR,其中,C FR=N e·(C e+C p)-φ r·C r,C e为硬件成本,C p为EDFA供电和维护的总成本,φ r为 新建的放置空间数,C r为构建新的放置空间的成本。
[0036]
所述尝试使用完全重排列方式对所述升级链路的放大器重新布置,重新排列所述升级链路上的所有EDFA,具体包括:
[0037]
S21、移除所述升级链路上所有的放大器;
[0038]
S22、沿所述升级链路重新放置EDFA,相邻两个EDFA之间的放大跨度距离为M,使得放大跨度距离M满足: 其中,l为放大器的前后两个相邻放大跨度的距离和,D为升级链路的最大放大跨度距离,并且上限
[0039]
例如,在图2(b)中,如果l=170km和D=120km,则放大跨度距离M分布在 范围内,可以去除两个EDFA。与RR策略相比,FR策略可以减少一个EDFA。
[0040]
(3)基于成本最小化(简称CM策略):比较所述升级链路中的所述去除冗余方式所节省的成本C RR和所述完全重排列方式所节省的成本C FR,选择节约成本较多的作为所述升级链路的光放大器重排列方法。
[0041]
例如,我们将EDFA的硬件成本C e的标准化为1.0单位,并且EDFA构建新的放置空间的成本C r也是1.0单位。生命周期内为EDFA供电和维护的总成本C p为7.0单位,如图2(a)和(b)所示,RR策略的成本节省为8个单位,FR的成本节省为15个单位。因此,我们选择FR策略来重新排列EDFA。
[0042]
(4)重复以上步骤(1)(2)(3),依次对所有升级链路上的光放大器进行了重排列操作,完成所有升级链路的重排列。
[0043]
在另一示例中,该光网络包括两个测试网络,即14节点,21链路NSFNET网络和24节点,43链路美国骨干网络(USNET)进行改进。例如ULL光纤的衰减系数为0.168dB/km。对于基于SSMF链路的初始EDFA放置,初始设置的 最大放大跨度距离为D=80km。基于此初始放置,通过本发明中的方法对升级的ULL光纤链路的网络执行EDFA的重新布置。此外,每条光纤链路上有320个FS,每个FS的带宽为12.5GHz。四种调制格式(即BPSK,QPSK,8-QAM和16-QAM)用于光路建立。每个节点对之间的流量需求随机分布在[10,400]Gb/s的范围内。
[0044]
图3显示了不同EDFA重排策略在所使用的EDFA数量和USNET网络中使用的最大FS数量方面的性能,其中D=100km。图例“NR”对应于没有EDFA重排的情况。图例“RR”,“FR”和“CM”分别对应于RR,FR和CM的策略。我们可以看到NR策略需要的EDFA数量最多,但其最大使用的FS数最小。相反,FR策略需要的EDFA数量最少,但最大使用的FS数最多。这是因为FR策略尽可能的减少了使用的EDFA数量,这显着地影响了光通道上链路的OSNR。这会降低部分光通道的调制格式,从而影响频谱效率,最终增加网络中最大使用的FS数。RR策略的结果与NR接近。最后,CM策略是最好的,在实现接近NR和RR策略的最大使用的FS数。但是,其使用的EDFA数量接近FR策略的数量。这是因为CM策略具备RR和FR策略的优点。此外,与使用SSMF的场景(即图例“NU”)相比,当在所有策略下将所有链路升级到ULL光纤时,使用的FS的数量显着减少。我们对NSFNET网络进行了类似的研究,其结果如图4所示,与之前一样,CM策略在使用的EDFA数量和消耗的频谱资源方面达到了最佳性能。
[0045]
我们也评估了不同策略节省的总成本。节省的成本由C RR=N e·(C e+C p)和C FR=N e·(C e+C p)-φ r·C r计算。如图5所示,CM策略在节约成本方面的表现最佳,在USENT和NSFNET网络中,其节约的成本分别高达9%和10%。该现象的原因与减少的使用的EDFA数量的原因一致。
[0046]
如图6所示,CM策略的性能随着不同放大跨度距离增加而改变。该图显示了在CM策略下最大放大跨度距离如何USNET网络的性能。此处,将NR策略部署和运行EDFA的总成本标准化为1.0,随着最大放大跨度距离的增加,CM策略 的优势变得更强。然而,这是以使用的最大FS数的潜在增加为代价的。当最大放大跨度距离为100km时,CM策略使用的最大FS数略大于NR情况下,约为2%(并且仍远小于NU策略的使用的最大FS数,约24%)。然而,在该最大放大跨度距离下,CM策略的总成本节省高达约9%。因此,在这种情况下,100km是CM策略最大限度地获得其益处的最佳放大跨度距离。
[0047]
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

权利要求书

[权利要求 1]
一种光纤升级后弹性光网络的光放大器重排列方法,其特征在于,在光网络中光纤链路升级后,获得升级链路,针对单根所述升级链路做如下操作: 尝试使用去除冗余方式对所述升级链路的放大器进行遍历,去除所述升级链路上多余的EDFA,并计算获得去除冗余所节省的成本C RR; 尝试使用完全重排列方式对所述升级链路的放大器重新布置,重新排列所述升级链路上的所有EDFA,并计算获得完全重排列所节省的成本C FR; 比较所述升级链路中的所述去除冗余方式所节省的成本C RR和所述完全重排列方式所节省的成本C FR,选择节约成本较多的作为所述升级链路的光放大器重排列方法; 重复以上步骤,依次对所有升级链路上的光放大器进行了重排列操作,完成所有升级链路的重排列。
[权利要求 2]
如权利要求1所述的光纤升级后弹性光网络的光放大器重排列方法,其特征在于,所述尝试使用去除冗余方式对所述升级链路的放大器进行遍历,去除所述升级链路上多余的EDFA,具体包括: S11、设定升级链路的最大放大跨度距离D; S12、对所述升级链路中每一个放大器的前后两个相邻放大跨度的距离求和,获得求和值l; S13、比较求和值l和最大放大跨度距离D;当求和值l小于最大放大跨度距离D时,去除所述放大器;当求和值l大于最大放大跨度距离D时,保留所述放大器。
[权利要求 3]
如权利要求1所述的光纤升级后弹性光网络的光放大器重排列方法,其特征在于,所述尝试使用完全重排列方式对所述升级链路的放大器重新布置,重新排列所述升级链路上的所有EDFA,具体包括: S21、移除所述升级链路上所有的放大器; S22、沿所述升级链路重新放置EDFA。
[权利要求 4]
如权利要求3所述的光纤升级后弹性光网络的光放大器重排列方法,其特征在于,所述沿所述升级链路重新放置EDFA,具体包括: 沿所述升级链路重新放置EDFA,使得相邻两个EDFA之间的放大跨度距离为M,而所述放大跨度距离M满足: 其中,l为放大器的前后两个相邻放大跨度的距离和,D为升级链路的最大放大跨度距离。
[权利要求 5]
如权利要求4所述的光纤升级后弹性光网络的光放大器重排列方法,其特征在于,
[权利要求 6]
如权利要求1所述的光纤升级后弹性光网络的光放大器重排列方法,其特征在于,所述计算获得去除冗余所节省的成本C RR,其中,C RR=N e·(C e+C p),C e为硬件成本,C p为EDFA供电和维护的总成本,N e是链路上减少的放大器数量。
[权利要求 7]
如权利要求1所述的光纤升级后弹性光网络的光放大器重排列方法,其特征在于,所述计算获得完全重排列所节省的成本C FR,其中,C FR=N e·(C e+C p)-φ r·C r,C e为硬件成本,C p为EDFA供电和维护的总成本,φ r为新建的放置空间数,C r为构建新的放置空间的成本。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]  
[ 图 3]  
[ 图 4]  
[ 图 5]  
[ 图 6]