一种光网络中基于物理损伤信息的传输质量优化方法

摘要

本发明提供了一种光网络中基于物理损伤信息的传输质量优化方法。所述方法通过将可调光器件引入至光传送网的传送平面，并对光传送网控制平面中路由模块的功能进行扩展，以完成对底层可调光器件状态信息的感知及对底层传输质量的评估；同时，路由模块结合获得的状态信息和评估结果，计算各可调光器件的调节量，通过控制平面的信令模块发送至各节点，各节点根据调节量完成可调光器件的调节，从而实现对传输质量的优化。按照本发明所述方法，可以以较低成本实现光网络中光信号的传输质量的优化。

说明书

技术领域

本发明涉及光网络技术领域，具体涉及一种光网络中基于物理损伤信息的传输质量优化方法。

背景技术

以自动交换光网络(ASON，Automatically Switched Optical Networks)为典型代表的智能化光网络，从网管系统中分离出了控制平面，给光网络引进了一部分的自动控制功能，实现了自动连接管理，但它对传送平面并没有更好的改进。目前，智能化光网络还不能对传送平面进行智能化监测、控制及调节，从而也就不能为上层连接自动拆建和多业务传输提供坚实的基础。

同时，为增加光网络的灵活性和可扩展性，减少光电光转换带来的开销和时延，降低由于引入光电光转换器所增加的成本，全光网络将成为光网络的一种发展趋势。在全光网络中，光电光转换器将逐渐从光网络的核心节点中淡出，以实现光信号在光网络中的透明传输。但随着光电光转换器的退出，长距离传输的光信号将会由于光域中功率损耗、色散、噪声等物理损伤的积累，造成传输质量的劣化，以致无法满足接收端对接收信号质量的要求，进而无法从光信号中正确解析出相关信息。

因此，在智能光网络中，如何依据传送平面的物理信息，通过控制平面进行适当的选择控制，来改进传送平面的传输质量，提供灵活可靠的传输，成为了光传送网的一个主要研究方向。为解决这个问题，现有技术主要有以下两种解决方法：

1.将感知的传送平面物理信息与路由信息、波长信息相结合，综合考虑物理损伤信息、物理拓扑关系和不同波长对传输质量的影响，对不符合传输质量要求的选路进行过滤。

2.在传送平面中引入能够对物理损伤进行补偿的自适应光器件，引入自适应光器件的节点将对链路传输质量进行监测。通过对不符合传输质量要求的链路进行反馈，完成自适应光器件的自适应调节，实现传输质量的优化。

上述两种解决方案中，第一种方案虽然通过综合考虑路由波长信息，可以对路由波长算法进行优化。但该方案只是放弃了某些不符合传输质量要求的可能路径，不能对传输信号质量进行优化，并且降低了提供可靠传输路径的几率。

对于第二种方案，已经有一些厂商生产一些自适应光器件，这些自适应光器件与固定参数的同类型器件相比，能够在传送平面实现参数自动调节，使网络更加高效、灵活、可靠。但对于自适应光器件，每个自适应光器件都需要具备检测、反馈、调节功能，而这些功能的实现需要硬件设备具有各种相关功能模块，这大大增加了自适应补偿器件的成本。同时，自适应光器件只存在于网络中某些节点中，所以自适应器件的反馈调节只是针对连接中的一部分链路进行调节，提高局部链路的传输质量，这种局部传输质量的提高未必能满足整条连接的传输质量要求。此外，这种基于传送平面的传输质量优化，未能与控制平面相结合，在补偿上存在盲目性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光网络中基于物理损伤信息的传输质量优化方法，通过控制平面和传送平面相结合，由传送平面的可调光器件对光信号传输物理损伤进行补偿，以较低成本实现了光信号传输质量的优化。

为解决上述技术问题，本发明提供方案如下：

一种光网络中基于物理损伤信息的传输质量优化方法，在所述光网络中的节点处设置用于对光信号物理损伤进行补偿的可调光器件，各节点利用路由协议的链路状态通告将本节点处的可调光器件信息和本节点处的各段链路的光信号物理损伤信息在所述光网络中泛洪；各节点根据接收到的所述链路状态通告，收集所述光网络中各节点处的可调光器件信息和各节点处的各段链路的光信号物理损伤信息，实现同时维护所述光网络的物理拓扑信息、可调光器件信息和光信号物理损伤信息，所述方法还包括以下步骤：

A，接收到建路请求的源节点，在根据自身维护的光网络的物理拓扑信息，确定了所述建路请求对应的路由时，进一步根据自身维护的光信号物理损伤信息和可调光器件信息，对所述路由的信号传输质量进行评估，得到一评估质量；

B，判断所述评估质量是否满足预定的物理损伤约束：若是，则根据所述路由建立光路；否则，进入步骤C；

C，根据源节点自身维护的可调光器件信息，判断是否能够通过调节所述路由上各节点处的可调光器件，使得所述路由的信号传输质量满足所述物理损伤约束：若是，则计算出满足所述物理损伤约束时的各可调光器件的调节值并发送至各可调光器件对应的节点，并根据所述路由建立光路；否则，拒绝所述建路请求。

优选地，上述方法中，所述光网络包括控制平面、传送平面和管理平面，所述控制平面上各节点包括连接控制器模块、路由模块、链路资源管理模块和信令模块；

所述链路资源管理模块通过与传输层硬件的交互，获取本节点处的可调光器件信息和本节点处各段链路的光信号物理损伤信息，并将所获取的信息发送给本节点的路由模块；各节点的路由模块利用所述链路状态通告在所述光网络中泛洪所述可调光器件信息和光信号物理损伤信息，维护所述光网络中各节点处的可调光器件信息和光信号物理损伤信息。

优选地，上述方法中，所述可调光器件信息包括可调光器件对应的链路ID、光纤ID、波长ID、可调光器件的当前状态值以及调节范围，所述物理损伤信息包括链路信息、该链路的光纤色散信息、该链路功率衰减信息、链路噪声信息和光纤非线性系数。

优选地，上述方法中，所述步骤A中，所述对所述路由的信号传输质量进行评估包括：源节点的路由模块查找自身维护的可调光器件信息，获取所述路由上的可调光器件的当前状态值；以及查找自身维护的光信号物理损伤信息，获取所述路由上各段链路的光信号物理损伤信息；根据所述路由上的可调光器件的当前状态值以及所述路由上各段链路的光信号物理损伤信息，评估所述路由的信号传输质量。

优选地，上述方法中，所述评估质量针对以下物理指标进行评估：光色散、信号功率、光信噪比和非线性相移。

优选地，上述方法中，所述步骤B中，进一步在所述评估质量的所有物理指标均满足所述物理损伤约束时，判定所述评估质量满足所述物理损伤约束。

优选地，上述方法中，所述步骤C具体包括：

选择出所述评估质量中不满足所述物理损伤约束的第一物理指标；

根据源节点自身维护的可调光器件信息，确定所述路由上与所述第一物理指标相关的第一可调光器件以及第一可调光器件的当前状态值和调节范围；

根据第一可调光器件的当前状态值和调节范围，判断是否能够通过调节第一可调光器件，使得第一物理指标满足所述物理损伤约束：若是，则计算出在所述第一物理指标满足所述物理损伤约束时各个第一可调光器件的调节值并统一下发到各个第一可调光器件对应的节点，并根据所述路由建立光路；否则，拒绝所述建路请求。

优选地，上述方法中，所述步骤C中，进一步由所述源节点的信令模块将所得各个第一可调光器件的调节值统一下发到各个第一可调光器件对应的节点；接收到所述调节值的各节点，由该节点的链路资源管理模块按照所述调节值对可调光器件进行调节。

优选地，上述方法中，所述可调光器件包括色散补偿器、光放大器和偏振模色散补偿器。

从以上所述可以看出，本发明提供的一种光网络中基于物理损伤信息的传输质量优化方法，将可调光器件引入至光传送网的传送平面，并对光传送网控制平面中路由模块的功能进行扩展，以完成对底层可调光器件状态信息的感知及对底层传输质量的评估；同时，路由模块结合获得的状态信息和评估结果，计算各可调光器件的调节量，通过控制平面的信令模块发送至各节点，各节点根据调节量完成可调光器件的调节，从而以较低成本实现了对传输质量的优化，同时使光网络具有较好的灵活性和可靠性。本发明通过控制平面和传送平面的结合，利用可调光器件实现了自适应器件的功能，降低了网络成本。

附图说明

图1为本发明实施例所述基于物理损伤信息的传输质量优化方法的流程图；

图2为本发明实施例中信号传输质量评估的示意图。

具体实施方式

本发明将可调光器件引入至光传送网的传送平面，并对光传送网控制平面中路由模块的功能进行扩展，以完成对底层可调光器件状态信息的感知及对底层传输质量的评估；同时，路由模块将结合获得的状态信息和评估结果，计算各可调光器件的调节量，通过控制平面的信令模块发送至各节点，各节点根据调节量完成可调光器件的调节，对光信号传输物理损伤进行补偿，从而实现了传输质量的优化。以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明实施例中，预先在现有的智能光网络(如ASON)的传送平面的节点上设置各种可调光器件。这里，所述可调光器件用于对光传输物理损伤进行补偿，具体包括色散补偿器、光放大器和偏振模色散补偿器等器件。

同时，为了感知传送平面的物理损伤和可调光器件的相关信息，本发明实施例中对控制平面也进行了扩展。智能光网络(如ASON)的控制平面上各控制节点主要包含四个模块：连接控制器模块、路由模块、链路资源管理模块和信令模块。本发明实施例在现有智能光网络的控制平面的基础上，对其链路资源管理模块作进一步扩展，使其在原有自动发现功能的基础上，可以通过和传输层硬件进行信息交互，获取本地节点的物理损伤信息和可调光器件信息。获取上述信息后，链路资源管理模块将上述信息通报给本节点的路由模块，从而路由模块在获得本地节点连接状况的同时还能够获得本地节点的物理损伤信息和可调光器件信息。

对于传输层传输质量的评估和优化，依赖于对整个光路中的各段链路的物理损伤信息和可调光器件状态信息的感知。各段链路的物理损伤信息可以由分布于光网络中各节点的链路资源管理模块获得，同时，可调光器件也是分布于光网络传送平面的各节点中，对这些分布式信息的提取成为了控制平面自适应传输需要解决的首要问题。

传统的智能光网络中，路由模块主要负责对网络物理拓扑信息的收集，在每个节点形成全网物理拓扑信息数据库，依据网络物理拓扑信息进行路由的计算。路由模块具体包括路由协议控制器和路由控制器，其中，路由协议控制器主要用于对物理拓扑信息进行分发、泛洪，使各节点具有相同的全网物理拓扑信息数据库，以使每个节点能够了解全网各节点的连接情况，达到全网物理拓扑信息同步，以便路由控制器能够根据全网物理拓扑信息，正确计算出由源节点到目的节点的路由。在本发明实施例中，由于物理损伤信息和可调光器件信息也是分布于网络中各节点处，本实施例中通过对路由协议控制器进行扩展，借助于路由协议控制器的泛洪过程，将物理损伤信息和可调光器件信息分发至光网络中的各个节点，使各个节点的路由模块在形成物理拓扑信息数据库的基础上，还增加对物理损伤信息和可调光器件信息的存储和维护，使各节点能够了解到全网各处的物理损伤和可调光器件的情况，以实现传输层的物理损伤信息和可调光器件信息的感知。

路由协议控制器的扩展主要是通过对路由协议的扩展，实现对相关信息的收集。本发明实施例中，设计了两种新型的链路状态通告(LSA，Link StateAdvertisement)：损伤信息相关LSA(ILSA)和补偿信息相关LSA(CLSA)。其中ILSA用于携带与本节点处的各段链路的光信号物理损伤相关的具体信息，CLSA用于携带本节点处的各可调光器件的相关信息。下面分别详解介绍这两种LSA的设计方式。

ILSA详细设计请参见表1。ILSA除包含开放最短路径优先(OSPF，OpenShortest Path First)协议中规定的LSA头部外，还携带与链路相关的基本信息。根据RFC3630中的具体定义，该基本信息主要包括链路光纤的基本信息，如表1中拓扑信息中所示。除此之外，本实施例在拓扑信息后加入对应于各段链路的物理损伤的具体信息，如可用波长子信息、光纤色散值信息、链路功率衰减信息、链路噪声因素和光纤的非线性系数等子信息。

 

LSA头部拓扑信息：控制平面路由节点信息传送平面节点信息传送平面链路信息物理损伤信息：可用波长子信息光纤色散信息链路功率衰减信息链路噪声因素光纤的非线性系数......

表1

CLSA主要用于携带本节点处的各个可调光器件的当前状态值和调节范围。由于可调光器件的补偿信息主要是基于波长的，所以在该CLSA头部后首先包括了该补偿信息对应的链路ID、光纤ID和波长ID；然后是各可调光器件的当前状态值，例如色散补偿器的当前调节值、光放大器的当前增益值以及偏振模色散补偿器的当前补偿值等信息；最后，由于各可调光器件都是在一定的范围内进行调节，所以CLSA中还包含各可调光器件的调节范围。表2为CLSA详细设计。

 

LSA头部波长识别信息：链路ID 光纤ID 波长ID可调光器件的当前状态：色散补偿器的当前调节值光放大器的当前增益值偏振模色散补偿器的当前补偿值......

 

可调光器件的调节范围：色散补偿器的调节范围光放大器的调节范围偏振模色散补偿器的调节范围......

表2

以上两种LSA的设计就是对路由协议功能的扩展。其中ILSA用于对物理损伤信息进行分发，而CLSA中含有的可调光器件的具体信息，用于告知各节点处的可调光器件的当前调节值和调节范围。通过对上述信息进行泛洪，可以使全网形成相同的传输层物理状态信息数据库，实现了对底层物理信息的感知。

本发明实施例中，通过对路由模块中的路由协议控制器进行扩展，使其能够感知底层物理信息；同时本发明实施例还对路由模块中的路由控制器在原有的功能基础上也进行了扩展，使路由控制器能够对感知的物理信息进行处理，对传输质量进行评估，以实现传输质量优化的目的。

本发明实施例所述基于物理损伤信息的传输质量优化方法，其流程请参照图1，具体包括以下步骤：

步骤101，用户向网管提交一个建路请求，要求建立源节点到目的节点的光路；网管将该建路请求发送到源节点的连接控制器，该连接控制器将该建路请求转发给源节点的路由模块。

步骤102，源节点的路由模块，根据其路由协议控制器所维护的光网络的物理拓扑信息，计算并判断是否存在理想无损伤路由：如果存在，则进入步骤103，否则进入步骤108。这里，所述理想无损伤路由是指在不考虑各个链路物理损伤的情况下，仅依据光网络的物理拓扑信息确定的源节点到目的节点的路由。

步骤103，根据路由协议控制器所维护的光信号物理损伤信息和可调光器件信息，评估步骤102中所确定的理想无损伤路由的信号传输质量。

这里，所述理想无损伤路由可能包括多段链路，路由控制器通过查找路由协议控制器维护的光信号物理损伤信息，获取所述路由上各段链路的光信号物理损伤信息；以及通过查找路由协议控制器维护的可调光器件信息，获取所述路由上的可调光器件的当前状态值；然后，根据所述路由上的可调光器件的当前状态值以及所述路由上各段链路的光信号物理损伤信息，评估所述路由的信号传输质量。

步骤104，判断所述理想无损伤路由的信号传输质量是否满足接收端对接收信号质量的要求：如果满足，则进入步骤107；否则，进入步骤105。这里，接收端对接收信号质量的要求又称作物理损伤约束，具体可以包括对光信号的色散、功率和信噪比等方面的多个物理指标约束条件。

步骤105，根据所述理想无损伤路由上的可调光器件的当前状态值以及调节范围，判断是否能够通过调节所述理想无损伤路由上的可调光器件，使得所述理想无损伤路由的信号传输质量满足物理损伤约束：若是，则进入步骤106；否则，进入步骤108。

步骤106，计算出在满足物理损伤约束时，所述理想无损伤路由上各可调光器件的调节值，将计算出的各可调光器件的调节值发送给源节点的连接控制器；该连接控制器再将上述调节值发送给信令模块，最终信令模块通过信令消息将上述调节值统一下发到各对应的节点，由各节点的链路资源管理模块按照接收到的调节值对其可调光器件进行调节，以实现对所述理想无损伤路由信号传输质量的优化，然后进入步骤107。

步骤107，将所述理想无损伤路由发送给源节点的连接控制器；源节点的连接控制器根据所述理想无损伤路由，建立源节点到目的节点之间的光路。

步骤108，向源节点的连接控制器返回连接拒绝消息，建路失败。

上述步骤103～104中，对于信号传输质量的评估，应根据物理损伤约束中所包括的物理指标进行评估。如图2所示，当接收端对于光色散、信号功率和光信噪比这三个物理指标有相应要求时，需要同时对这些指标进行评估。只有所有这些物理指标都满足接收端要求(即图2中所示的“与”关系)时，才表示信号传输质量符合要求；只要有任一物理指标不满足接收端要求(即图2中所示的“或”关系)，就判定信号传输质量不符合要求。这里，具体的物理指标由接收端根据其要求确定，可以包括光信号的色散、信号功率、光信噪比和非线性相移等指标。

通过步骤103和104，如果找到所述理想无损伤路由上不符合要求的一个或多个物理指标(为描述方便，以下称呼这种物理指标为第一物理指标)，从而在步骤105中，根据源节点的路由协议控制器维护的可调光器件信息，确定路由上与第一物理指标相关的可调光器件(为描述方便，以下称呼这种可调光器件为第一可调光器件)以及第一可调光器件的当前状态值和调节范围；根据第一可调光器件的当前状态值和调节范围，判断是否能够通过调节第一可调光器件，使得第一物理指标满足所述物理损伤约束：若是，则计算出在所述第一物理指标满足所述物理损伤约束时的各个第一可调光器件的调节值。

在对理想无损伤路由进行传输质量优化时，其中某个节点的可调光器件的调节，会对其他节点的可调光器件的调节有相应的影响，因此，可以充分利用可调光器件的调节范围，对其中一部分可调光器件进行较大范围的调节，以减少需要调节的可调光器件的数目，同时减少信令模块需要发送的信令消息。

综上所述，本发明将可调光器件引入传送平面，并将传送平面的补偿功能和控制平面的自动控制功能相结合，通过控制平面的自适应性实现对网络传输质量的优化，使光网络在具有补偿功能的同时又能够具有较好的灵活性和可靠性。本发明通过控制平面和传送平面的结合，利用可调光器件实现了自适应器件的功能，降低了网络成本。此外，本发明中还通过各节点间可调光器件的调节量的相互影响，减少调节点数量和平均调节量，从而降低了可调光器件的调节所造成的功率损耗。

以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。