专利名称：光传输系统中的瞬态控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及光传输系统，并具体而言，涉及用于响应这些系统中故障的技术。
背景技术：
经常在长距离、波分复用(WDM)传输系统中使用宽带喇曼光放大器。当在这些系统中使用透明连网元件诸如光分插复用器(OADM)和光交叉连接器(OXC)时，由网络故障所产生的放大器功率瞬态能够导致在存活于该网络故障的WDM信道上产生严重的功率偏移。这些偏移由光放大器中的增益饱和和泵损耗产生。用于存活信道的期望放大器增益设置和泵功率电平将取决于被放大的WDM信道的数量及其在WDM频谱内的配置而改变。可能出现瞬态尖峰和残留增益误差，除非控制该光放大器充分响应于这些事件。
对于宽带喇曼放大器，多个泵在不同的波长提供功率，其中位于不同波长的WDM信道能够取决于各种泵功率设置接收不同放大。设置正确的泵功率以获得用于每个WDM信道的目标增益是一项复杂的操作，它通常通过测量一个或更多信道的功率电平以及调节一个或更多泵功率实现，以便所述信道功率接近于目标电平。通常执行多次这些测量和泵调节，以便获得匹配其目标功率电平的一组信道。在正常的系统操作中，这些测量和调节的发生率相对低(例如，典型几秒到几分钟)。
放大器对于瞬态事件的控制响应应该足够快以充分抑制存活WDM信道中的功率偏移。上述的传统喇曼放大器调节过程一般会太慢而不能响应于许多常见网络故障诸如光纤断裂。
发明内容
一种用于抑制由于光纤断裂和其他网络故障而引起的瞬态的可能技术是基于由例如在放大器的输入或输出端所测量的全部WDM带宽上总的光功率变化而推导出的比值，调节受影响喇曼放大器的所有泵。使用总功率测量具有相对快速且不昂贵的优点。但是，由于在喇曼放大器内存在若干非线性效应，对全部喇曼泵的统一调节通常将会导致不可接受的巨大的取决于信道的增益误差。有可能获得正确的总功率增益，但是仍然在各个信道增益中具有不希望的巨大误差。
另一种可能的瞬态控制技术通过确定用于每个喇曼泵的个别调节，最小化了不同的信道增益误差。独特地调节每个泵，而不是使用单个比值简单调节全部泵，以便为存活的WDM信道最小化由放大器瞬态所产生的总的增益误差和个别增益误差。在一种实现中，可以基于一组固定的系数为不同的泵选择不同的比值，该组系数最佳地配置泵以尽可能加宽存活信道配置的范围。这能够动态地增加具有令人满意的瞬态控制的存活信道配置的数量。
应该注意到，对于给定的存活信道配置，存在一组理想的表现出最小增益误差的泵比值。但是，确定该组比值将会要求输出信道频谱的全部知识。因此，存在用于选择这些比值的分级方法，仅仅以总功率变化开始并且包括有关信道功率和信道配置的越来越多的信息。
通过引入为瞬态控制而优化的信道增长计划，能够进一步改进实现个别泵调节的这些瞬态控制技术，其中能够调整该瞬态控制技术以为限制范围的存活信道配置提供优化性能，这将有可能在应用信道增长计划的所述系统中发生。
由于对可用于减轻瞬态的系统信息的典型限制，瞬态控制技术可以就有关瞬态之后的信道负载作出若干假设。由于该原因，一些不满足这些假设的信道配置就对存活信道的损害大小而言将会具有差的瞬态响应。通过引入基于瞬态抑制性能的信道增长计划，能够显著地减小所述存活信道经历的该瞬态所导致的性能恶化。基于瞬态的信道增长计划能够被利用优良的系统设计来构造，以与最低成本和/或最好稳态性能增长计划相叠加。而且，通过限制存活信道的可能配置，能够简化瞬态控制，这导致了较好的性能和较低的成本。
根据以下详细的描述以及附图，本发明的其他方面、特征和优点将会变得更加显而易见，其中在附图中类似的附图标记表示相似或相同的元件。
图1示出了示例性光通信系统的一部分的方框图，用于示例一些可以对其实现瞬态控制的不同类型元件；图2示出了前向泵激的喇曼放大器的高层方框图；图3示出了后向泵激的喇曼放大器的高层方框图；图4示出了示例性连续-线路光通信系统的方框图，用于示例能够导致不希望的瞬态影响的网络故障，在本例中是光纤断裂；图5图形化示例了在诸如图4所示网络故障之后的可能信道瞬态的存在和接下来的控制；图6示出了被实现用于在图4的示例性传输系统中选择接下来提供业务的信道的处理流程图；图7A-E示出了表格IV，该表格所示为根据基于示例性基于瞬态的信道增长计划而产生的可能信道分配列表；以及图8A-C示出了表格V，该表格所示为使用表格IV的信道分配列表提供跟随有10个端到端信道的10个OADM信道所产生的信道配置。
具体实施例方式
瞬态控制图1示出了示例性光通信系统100的一部分的方框图，用于示例一些可以对其实现瞬态控制的不同类型的元件。具体而言，图1示出了系统100的一部分，它具有通过14根光纤114相互连接的五种不同类型的元件(即，终端(ET)102、光分插复用器(OADM)104、光交叉连接器(0XC)106、可重新配置的OADM(ROADM)108和110、以及8个中继器112)。
一般而言，终端能够分插WDM信道，而OADM能够插入和分出将通过其他信道的信道。OXC能够切换信道至不同的路径。除了能够插入/分出信道以外，ROADM还能够切换信道至不同的路径。ROADM典型比OADM更为复杂之处在于ROADM还可能能够插入/分出(或通过)任何信道，而OADM可能仅能够插入/分出一组有限的信道。另外，ROADM可能能够改变通过信号的波长，以便特定信号的输入信道不同于该信号的输出信道。中继器主要利用放大来通过和重新调节信道。
在图1中，光信号通常从左到右来表示(即，在从ET102到ROADM110的方向)。特别是，在ET102插入45个WDM信道并向OADM104发送。OADM104分出这45个信道中的10个并插入5个信道用于向OXC106发送。注意到在OADM104所插入的这5个信道中部分、全部或没有一个可以具有和在OADM104所分出信道相同的波长。
在从OADM104发送给OXC106的40个信道中，至少20个信道被向ROADM108发送，而剩余的信道则被向ROADM110发送。ROADM108分出从OXC106所接收信道中的20个信道并插入10个信道到无论如何通过的用于发送至ROADM110的许多信道。ROADM110组合从OXC106和ROADM108所接收的信道，将总共30个信道转发到系统的其他部分(未示出)。
尽管图1表示通常从左到右流动的单向信号，一般而言，光通信系统的这些部分还将会具有通常从右到左(即，从ROADM110向ET102的方向)流动的单向信号。根据特定的实现，可以单独地在不同的单向光纤或者一起在双向光纤上发送所产生的双向信号。
为了有效地在大的地理区域上利用互连各个节点的长光纤工作，光传输系统诸如图1的系统100依赖于光信号放大以保证具有足够信噪比(SNR)的信号到达其期望的目的地。一种用于光信号放大的典型机制是基于喇曼放大，其中在光纤的一端插入各种波长的光信号，使得随着在光纤内传播喇曼信号和WDM信号，将来自该喇曼信号的功率转移到该WDM信号，因此增加了WDM信号的强度。在一定的系统实现中，每个中继器和每个不同节点利用一个或更多喇曼放大器实现。
一般而言，存在两种不同类型的喇曼放大前向泵激和后向泵激。在前向泵激的喇曼放大中，所述喇曼信号连同所述WDM信号沿光纤传播，即喇曼信号与WDM信号的传播方向相同，而在后向泵激的喇曼放大中，所述喇曼信号反向传播，即与所述WDM信号的传播方向相反。典型地，喇曼泵信号的频率位于WDM信道频带之外。
图2示出了前向泵激喇曼放大器200的高层方框图。N个喇曼光泵202中的每个泵将不同的喇曼泵信号注入到光纤204中，该光纤还载有图2中从左到右传播的一个或更多WDM信号。随着所述WDM信号和N个喇曼泵信号沿光纤204传播，来自该泵信号的功率被转移到该WDM信号。
图3示出了后向泵激喇曼放大器300的高层方框图。M个喇曼光泵302中的每个泵将不同的喇曼泵信号注入到光纤304中，该光纤还载有图3中从左到右传播的一个或更多WDM信号。在放大器300中，所述泵信号是反向传播的(即，在图3中从右到左)。随着所述WDM信号和M个喇曼泵信号在光纤304内沿不同方向传播，来自该泵信号的功率被转移到该WDM信号。
图2和3的方框图意图用于示例瞬态控制而不是用于显示实际的喇曼放大器实现的全部细节，所述细节对于本领域普通技术人员来说是已知的。
在一种可能的系统实现中，每对端接单方向光纤的元件利用位于上游元件的前向泵激的喇曼放大器和位于下游元件的后向泵激的喇曼放大器实现。例如，再次参考图1，为了在光纤114-3上从OADM104传输WDM信号到中继器112-2，OADM104可具有将喇曼泵信号注入到光纤114-3的上游一端的前向泵激喇曼放大器，而中继器112-2可具有将喇曼泵信号注入到光纤114-3的下游一端的后向泵激喇曼放大器。在本例中，两个喇曼放大器都将功率加到从OADM104发送到中继器112-2的WDM信道中。在其他可能的实现中，特定的光纤可仅仅具有单个喇曼放大器(例如，仅位于上游元件的前向泵激喇曼放大器或仅位于下游元件的后向泵激喇曼放大器)。
再次参考图2，前向泵激喇曼放大器200还具有分接头206、光监控器208、和控制器210。分接头206分接光纤204中的一部分光信号以输入到光监控器208，该监控器产生有关分接光信号的测量以转发到控制器210，该控制器使用这些测量来控制各个喇曼泵202的操作。例如，对于稳态控制，光监控器在大量不同WDM频率的每个频率上产生不同的功率测量(并且对于每个不同的WDM信道可能产生一个功率测量)，以确定用于该N个喇曼泵202的各个泵电平。控制器210能够使用任何适当的基于软件和/或硬件的处理元件而实现。
同理，图3的后向泵激喇曼放大器300还具有分接头306、光监控器308、和控制器310。分接头306分接光纤304中的一部分光信号以输入到光监控器308，该监控器产生有关分接光信号的测量以转发到控制器310，该控制器使用这些测量来控制各个喇曼泵302的操作。例如，对于稳态控制，光监控器在大量不同WDM频率的每个频率上产生不同的功率测量(并且对于每个不同的WDM信道可能产生一个功率测量)，以确定用于该N个喇曼泵302的各个泵电平。
图4示出了示例性连续线路光通信系统400的方框图，用于示例能够导致不希望的瞬态影响的网络故障，在本例中是光纤断裂。为了进行说明，“连续-线路”系统是(严格)具有经由光纤通过一个或更多中间光学元件诸如OADM、中继器等等的一个串联配置互连的两个终端的光通信系统。因此，连续-线路系统不同于具有环形或网状拓扑的系统。
对于示例性的连续-线路系统400，图4示出了通过第一光链路404、光分插复用器(OADM)406、和第二光链路408连接的终端(ET)402和410。尽管在图4中未示出，但是对于在图4中从左到右发送的WDM信号来说，ET402可以利用位于光链路404上游一端的前向泵激喇曼放大器而实现，OADM406可以利用位于光链路404下游一端的后向泵激喇曼放大器和位于光链路408上游一端的前向泵激喇曼放大器而实现，以及ET410可以利用位于光链路408下游一端的后向泵激喇曼放大器而实现。
在光链路404的指示故障之前，光链路404被插入有对应于45个不同WDM波长(λ)的光信道，而光链路408具有50个波长。如表I所示，链路404上的45个波长中的40个波长以及链路408上50个波长中的40个波长用于从ET402到ET410的端到端业务量。链路404上的剩余5个波长用于在OADM406分出的来自ET402的业务量，而链路408上的剩余10个波长用于在OADM406插入的发送到ET410的业务量。
在链路404发生故障后，只存活的信道是链路408上在OADM406插入的用于发送到ET410的10个波长。(注意到，当每个波长用于双向发送时，仍有在链路408上从ET410发送的50个波长，尽管这些50个信道中的40个信道由于链路404中的光纤断裂而不能到达其期望的目的地(即，ET402)。因此，链路404的故障将不会导致对从ET410发送并且在OADM406分出的10个波长的瞬态影响。)图5图形化示例了在诸如图4所示网络故障之后的可能信道瞬态的存在和接下来的控制。例如，图5可以用于描述在图4的OADM406插入的并且在链路408上发送到ET410的存活于链路404故障的10个信道之一中的光功率。
如图5所示例，在时间t1之前，链路408载有50个信道，并且以其目标光功率电平正发送每个信道。在时间t1，链路404发生故障，并且链路408的负载突然下降到10个信道。同时，该特定存活信道中的功率(以及其他9个存活信道中的功率，尽管在图5中未表示)开始增加，这是由于沿链路408的喇曼放大特性导致的损失其他40个信道的结果，而喇曼泵(仍旧以其故障前的电平工作)注入的功率开始转移到较少的WDM信道(即，10个信道而不是50个信道)。
在该特定的实例中，在所述信道超出它最大允许功率电平之前，瞬态控制算法检测到在整个WDM信道频道上链路408总的光功率的下降(由链路404故障产生)并开始减少喇曼泵的功率电平，从而在时间t2开始，减少所示例信道中的光功率。到时间t3为止，该信道中的光功率已经返回到它的目标水平。
尽管在图5的实例中，所述信道在一定的系统工作要求下从未超出它的“最大”允许功率电平，但是可以允许信道功率超出这样的电平的持续时间不超过特定的最大时间量。在这种情况下，只要在该特定持续时间内瞬态控制技术使信道功率电平返回到低于“最大”电平，就将会满足系统工作要求。
根据一种可能的用于系统的瞬态控制技术，在该系统中，每个光链路在其上游一端具有前向泵激的喇曼放大器并且在其下游一端具有后向泵激的喇曼放大器，所述瞬态控制算法仅仅在后向泵激喇曼放大器上实现。在本例中并再次参考图3，由光监控器308(连续)产生的测量之一是在整个WDM信道频道带上用于光纤304中光信号的总共光功率电平的测量。控制器310使用该总的光功率电平在网络发生故障诸如链路404或链路408中的断裂的情况下提供瞬态控制。
在一定的实现中，控制器310只有当总功率(相对或绝对的，取决于该实现)的减小超出某具体的门限电平时，才开始瞬态控制操作。在其他实现中，控制器310被设计成一直应用瞬态控制，其中总功率中相对小的变化将导致对泵操作的相对小的瞬态控制调节。在这些后者的实现中，瞬态控制算法将对总功率电平中“正常”变化起作用，诸如当不提供现存信道时，但是与响应于在影响信道有效数量的光纤断裂期间所发生的、总功率电平中相对急剧变化所作的调节相比，这些调节将会相对小。
在任意情况下，控制器310产生控制泵302功率电平的控制信号，其中控制器310能够不同地调节每个不同泵工作的所述功率电平。在一个实施例中，控制器310配置有一组泵系数mi，对于每个不同的光泵302配置一个系数。当放大输出信号的总功率电平变化时，能够根据如下的方程(1)和(2)调节第i个泵的功率电平pipi(之后)＝γi·pi(之前)(1)γi＝1-mi·ΔpTOT(2)这里ΔpTOT是测量的总光功率的变化，单位为dB。
尽管在控制瞬态的上下文中已经描述了瞬态控制，该瞬态当例如由于光纤断裂而导致信道数量急剧下降时产生，但是例如当在修复光纤断裂之后恢复业务，信道数量急剧增加时也能够应用该瞬态控制。在这种情况下，所测量的总光功率中的变化ΔpTOT将会是负值，以及方程(1)和(2)仍然能够应用于适当的增加而不是应用于减少各个泵功率电平来最小化该瞬态影响。
用于喇曼放大器300的该组M个泵系数mi能够以经验为根据或者通过仿真确定，以优化用于存活信道的大量不同可能配置的瞬态控制。泵系数的具体确定主要取决于打算优化的系统的性能方面。例如，能够最小化用于一组均匀分布信道的信道增益误差。在这种情况下，为了确定泵系数，通过从系统中移除信道而保持在频谱上均匀分布的信道，以固定的增量来改变目标功率。对于这些配置中的每一配置，能够通过标准的稳态确定方法来确定该组光泵功率。通过绘制目标功率变化相对泵功率变化的曲线，所述泵系数将会对应于相应曲线的斜率。还有可能使用较高阶多项式拟合并因此与方程(2)相比使用更为复杂的函数形式确定γi。另一种方法将是测量并计算这些曲线以产生用于泵调节值的查询表。这种方法能够单独地应用于各个喇曼放大器或总体应用于一组具有相似特性(例如，泵、光纤类型和衰减)的放大器。
一般而言，可以根据频率和功率来选择任何信道分布并执行这里所述的优化，以便确定用于瞬态控制的一组适当的泵调节值。根据频率的另一个信道分布实例包括从频谱一端次序载入的信道。因此，当移除信道时，剩余的信道将不会均匀地分布，但是相反它们将会位于该频谱的开始一端。根据功率的信道分布实例包括所有功率相等的信道或者具有线性增加功率的信道，其中该线性增加功率作为来自频谱一端的信道频率的距离的函数。
注意到，对于瞬态控制技术，其中仅仅在后向泵激喇曼放大器实现瞬态控制，如有的话，在特定后向泵激喇曼放大器的泵电平的变化需要用于补偿由于下游后向泵激喇曼放大器所产生的放大以及由于上游前向泵激喇曼放大器所产生的放大。还应注意到，其他技术也可以在前向和后向泵激喇曼放大器或者仅仅在前向泵激喇曼放大器上实现瞬态控制。
基于瞬态的信道增长除了实现调节每个泵功率电平的瞬态控制算法以外或者作为它的一种替换，其中对于被优化成信道配置的喇曼放大器中的每个光泵来说每个泵功率电平的调节都不同，还能够实现基于瞬态的信道增长计划，它控制信道配置的类型，该信道配置存在一定类型网络故障，诸如光纤断裂，以减少由这些网络故障产生的瞬态，或者优化实现无论什么瞬态控制算法或二者的有效性。
一般而言，对于WDM光传输系统，术语“信道增长计划”指的是响应于请求系统所提供业务的变化而更新系统现存信道配置的策略。一种类型的业务改变请求是为最新提供的光传输系统选择全局信道配置。另一种类型是当在该系统中提供新业务时，选择单独的信道波长。理想情况下，为这些类型而获得的信道配置将会产生相同的信道配置；但是，在实际上，提供新的光系统能够更加接近于最佳的信道配置。尽管不是被普遍实践，但是第三类型的业务改变请求是在系统变化诸如移除信道或者一定系统组件的性能恶化之后重新配置所述信道。
根据该特定的实施例，信道增长计划可以在例如系统层服务器实现为集中功能，或者例如在整个系统中的不同节点实现为分布功能。
典型地，信道增长计划指用于为系统中提供的新业务选择光信道的策略。信道增长计划能够以各种不同方式实现。一种技术是为不论何时在系统中提供新业务而将应用的信道分配定义一组规则。根据该项技术，不论何时接收一组新业务需求，都将应用该规则以选择用于这些请求的信道，这里应用所述规则考虑到了系统的现存信道配置。
根据另一种技术，在产生表示用于分配信道的优选次序的优先信道分配列表之前应用该规则。在这种情况下，通过参照预先确定的选择具有最高优先级的可用信道的信道分配列表为新业务需求分配信道。
不论当接收业务需求时应用该规则(如在前一种技术中)还是在产生预先确定的信道分配列表之前应用该规则(如在后一种技术中)，都能够通过自动化(例如，基于计算机的)工具辅助实现信道增长计划，所述工具估计不同的可能信道分配选择并识别一个或更多满足规则的好于其他选择的选择。
传统的信道增长计划包括(1)最低成本信道增长计划，它以这样一种方式选择波长，即延迟使用附加硬件资源直到初始的(例如，最少的)硬件资源被完全使用以及(2)最佳性能信道增长计划，它以这样一种方式选择波长，即提供最佳的总体稳态网络性能(例如，最高吞吐量、最低错误率)。典型的实际实现可能打破这些最低成本和最佳性能目标之间的平衡以提供相对低成本、相对高性能的混合信道增长计划。
基于瞬态的信道增长计划包括第三类型的目标，在提供光信道中提供信道配置，以便对于最有可能的网络故障，该组存活信道将使得能有效地处理由这些故障产生的瞬态。如上所述，典型的实际实现可能打破不同信道增长目标之间的平衡以基于瞬态控制和低成本和高性能其中之一或二者来提供混合信道增长计划。
信道增长计划包括两个主要部分可用频率的列表和业务需求的列表。可以基于增加计划的目标给该频率列表分配优先级。例如，由于某些频率不需要特定组件诸如光复用器或放大器，因此这些频率是低成本的。在出现瞬态事件中，某些频率还可以取决于在系统中实现的特定瞬态控制算法提供较好的性能。因此，在所述增加计划中可以基于各种准则或规则分类这些频率或给其赋予优先级。所述业务需求包括将每个频道分配给频率的细节，诸如传输距离、带宽、和调制格式。这些细节将依据稳态和瞬态性能对信道施加某些要求。根据这些要求能够给所述请求赋予优先级或对其进行分类。该增加计划提供用于根据该需求列表给适当的频率分配信道的规则和方法。
对于某些光传输系统，为了最小化由事件诸如上游光纤断裂产生的瞬态，用于光纤中所有WDM信道的总功率增益在该事件之前应该等于用于光纤存活WDM信道的总功率增益，这里总功率增益定义为在光纤输出端的总光功率与光纤输入端的总光功率的比值。对于某些系统实现，通过分配信道可能使该目标提前，从而在该瞬态事件之前存活信道均匀地分布在信道所跨越的频率范围上。这种信道增长计划将协调将不存活于瞬态事件的信道分配与将存活于瞬态事件的信道分配。
在一些光传输系统中，某些信道频率比其他信道频率提供更好的瞬态控制。在这些系统中，基于瞬态的增加计划可能通过分配最佳性能的频率开始，接下来可替换地在最佳性能频率任一侧上以均匀分布的方式来分配信道。
假设例如，光传输系统400支持在从Ch1到Ch100中频率均匀间隔(例如，以50GHz的增量)的100个不同的WDM信道(Ch1到Ch100)。对于光链路408，用于从ET402到ET410的信号的信道在这里被称之为“端到端信道”，而用于发送到ET410的在OADM406插入的信号的信道被称之为“OADM信道”。还假设只有奇数信道(即，Ch1、Ch3、…、Ch99)能够成为OADM信道，而100个信道中的任何信道都能够成为端到端信道。还进一步假设从瞬态控制角度来说，Ch51是最佳性能信道，对于远离Ch51的信道瞬态控制性能降低，直到最坏性能信道的Ch1和Ch99。
在这种情况下，信道增长计划可能基于以下分配次序分配信道
用于OADM信道的分配次序Ch51、Ch49、Ch53、Ch47、Ch55、Ch45、Ch57、Ch43、Ch59、Ch41、Ch61、…、Ch99、Ch1；用于端到端信道的分配次序Ch51、Ch50、Ch52、Ch49、Ch53、Ch48、Ch54、Ch47、Ch55、Ch46、Ch56、…、Ch100、Ch1。
例如，如果用于系统的初始业务需求组具有四个OADM信道和六个端到端信道，那么在端到端信道之前分配OADM信道的信道增长计划将以表II所示的次序分配信道。
如果在提供该组初始的业务需求之后，接下来的业务需求是对于OADM信道，那么根据上述定义的OADM信道的信道分配次序，该信道增长计划将分配Ch45作为最高优先级的、可用OADM信道。另一方面，如果接下来的业务需求是对于端到端信道，那么，根据先前定义的端到端信道的信道分配次序，该信道增长计划将分配Ch56作为最高优先级的、可用端到端信道。
通过信道编号重新安排表II的信道分配次序指示产生的如表III所示的信道配置。
就表III的信道配置而言，如果图4的光纤404断裂，那么存活信道将会是Ch47、Ch49、Ch51、和Ch53上的4个OADM信号。正如从表III能够看出，在瞬态事件之前该组存活信道基本上均匀地分布在信道所跨越的频率范围上(即，“瞬态之前的频率范围”对应于从Ch46到Ch55的10个信道)。
这个实例展现了一般原理，即几组存活信道能够均匀地分布在瞬态之前的频率范围上(即，在本实例中，Ch46到Ch55)而不必在频率的整个可用范围上(即，在本实例中，Ch1到Ch100)最大化地分隔。但是，应该注意到，当瞬态之前的频率范围跨越该可用的频率范围时，均匀分布建议在该范围上最大的分隔。
尽管在该特定实例中，为该组10个业务需求分配10个连续信道(即，Ch46到Ch55)，还能够通过分配非连续的信道实现均匀的分布，这里所产生的信道配置跨越了具有一个或更多分布在10分配信道中的未分配信道的频率范围。
到目前为止，对于示例性的基于瞬态的信道增长计划的讨论还没有考虑除了瞬态控制以外的任何准则。正如前面所建议的，增加计划的实际实现还将会考虑到成本和稳态性能。特定的实现可以将所述可用信道分割成不同的组。
例如，可以将该可用信道分割成启动组和一个或更多增长组，这里每个增长组比前一组都需要更多的硬件。例如，考虑示例性的200信道的WDM系统，在该系统中能够利用特定的硬件配置来处理Ch1到Ch100，而Ch101到Ch200需要使用附加的喇曼泵。在该情况下，由于成本的考虑，所述增长计划可以将200个信道分割成对应于Ch1到Ch100的启动组和对应于Ch101到Ch200的增长组，其中在从所述增长组分配信道之前，优选地从所述启动组分配信道。
另外，可以将所述可用信道分割成不同的频率分组，这里每个频率分组对应于通过特定可调谐光转换器(OT)处理的这些信道。例如，所述200个信道可以被分割成10个不同频率分组，频率分组1(FG1)对应于Ch1到Ch20，FG2对应于Ch21到Ch40，FG3对应于Ch41到Ch60，依次类推直到对应于Ch181到Ch200的FG10。由于性能方面的原因，当分配信道时优选可以在不同的频率分组之间循环。
另外，可以将所述可用信道分割成不同的偏移类型。例如，在一种可能的系统硬件实现中，Ch1、Ch5、Ch9、…Ch197被称之为0GHz偏移信道，Ch2、Ch6、Ch10、…Ch198被称之为50GHz偏移信道，Ch3、Ch7、Ch11、…Ch199被称之为100GHz偏移信道，以及Ch4、Ch8、Ch12、…Ch200被称之为150GHz偏移信道，其中例如，Ch2与Ch1偏移50GHz，Ch3与Ch1偏移100GHz，以及Ch4与Ch1偏移150GHz。这些术语参考以下事实，即在该系统硬件实现中(i)50GHz偏移信道包括附加使用50GHz偏移的光复用器(OM)和光解复用器(OD)，(ii)100GHz偏移信道包括附加使用100GHz偏移OM/OD，以及(iii)150GHz偏移信道包括附加使用150GHz偏移OM/OD。因此，由于成本和/或性能考虑，可以优选提供所有的0GHz偏移信道，然后，提供所有的100GHz偏移信道，接着是所有50GHz偏移信道，以及最后提供所有的150GHz偏移信道。
正如在以上100个信道的实例中所描述的，由于瞬态性能考虑，如果所述系统是连续-线路系统(例如与环形系统或网状系统相反)，它可以优选在每根光纤中具有OADM信道(即，在至少一个OADM或ROADM上插入/分出的信道)，该信道均匀地分布于在该光纤上提供的所有信道的频率范围上。为了支持该目标，示例性的信道增长计划可能仅仅启动在OADM插入和/或分出的每个其他信道(例如，奇数信道)，而所有信道(例如，偶数信道和任何未使用的奇数信道)能够用于端到端信道(即，为从连续-线路系统的一端到另一端的业务所使用的信道)。
基于这些低成本和高性能目标，示例性的混合信道增长计划可能保留100个信道启动组中的50个奇数信道用于OADM业务，而所述100个启动信道的任何信道都能够用于端到端业务。同理，所述增长组中的50个奇数信道被保留用于OADM业务，而100个增长信道的任何信道都能够用于端到端业务。
注意到，由于这些限制和依赖于当前的信道配置，在提供所有的100个启动信道之前，所述示例性的信道增长计划可能从第一增长组中选择信道。例如，当当前只有100个启动信道中的99个信道被分配给50个OADM业务和49个端到端业务时，如果将要提供另一项OADM业务，那么将会从所述增长组中选择所述信道，即使还未分配另一个启动信道，这是因为未使用的启动信道是不能用于OADM业务的偶数信道。
如上所述，对于某些示例性系统，为了在瞬态条件下获得最佳的系统性能，瞬态之后(在光纤断裂之后，等等)的存活信道应该(理想地)均匀地分布在瞬态之后的频率范围上。例如，当前提供OADM信道的分布(即，只有存活于OADM的上游光纤断裂的信道)优选地通过相同的频率分段进行分隔。在包含若干OADM的线路系统中，对于所有潜在的存活组可能难以均匀地分布(例如，考虑到单个存活信道的情况)。这有助于强调以下事实即还应该考虑请求要求。在特定的入口和出口点之间的独立请求应该分配给高性能频率，以便保证稳定的瞬态响应。
为了本说明的目的，“唯一的网络路径”在终端A(即，任何终端(ET)或OADM)开始，在终端B(即，另一个ET或OADM)，并具有起源于A和终止于B(反之亦然)的一个或更多波长。在典型的线路系统中具有非限制数量的插入和分出信道的多个OADM的可用性意味着若干“唯一的网络路径”可以共享光纤的长度。这意味着可能组的存活信道耦合不同的“唯一的网络路径”的瞬态响应，其给出了用于瞬态减轻非本地性质的信道选择。通过在能够用于每次给系统插入一个信道的所有潜在信道配置或近似规则上进行搜索的自动化工具能够处理该非本地性质。以下的4个信道增长规则(以优先级次序列表)可用于当为唯一的网络路径选择信道时，平衡低成本、高性能、和瞬态控制这三个目标规则1无论何时有可能，从增长组之前的启动组选择信道。
规则2无论何时有可能，通过在不同频率分组之间循环选择信道。
规则3无论何时有可能，在选择另一个偏移类型的信道之前选择相同偏移类型的信道。
规则4无论何时有可能，选择OADM信道以最小化诸如在存活于上游光纤故障的信道中能够发生的信道瞬态影响。
根据特定系统的特征，规则4可以以大量的不同方式实现，包括以下的一种或多种规则4a无论何时有可能，选择OADM信道以保持瞬态之后存活信道的总功率增益等于瞬态之前的总功率增益。
规则4b无论何时有可能，选择OADM信道以便瞬态之后存活信道均匀地分布在瞬态之前的信道频率范围上。
规则4c无论何时有可能，选择OADM信道以便瞬态之后存活信道的平均功率基本上等于瞬态之前信道的平均功率。
规则4d无论何时有可能，选择OADM信道以便瞬态之后存活信道的平均功率基本上等于特定信道的功率电平。
规则4b可能适合用于实现在前一部分中所描述的瞬态控制技术的系统。规则4c适合于当WDM信道频谱不具有均匀的功率电平时。规则4d可能适合于当WDM信道频谱的功率电平以可预测的方式诸如均匀频谱或倾斜频谱变化时，其中功率电平随信道编号的增加而增加或减少。规则4的其他形式也是可能的，并且这些形式将取决于系统的特定特征和任何可以实现的瞬态控制技术。
能够使用规则的上述列表产生优先级排序的频率列表。这样的列表将表示与理想信道分配的近似。一旦产生该列表，则能够组织请求的该列表以优化信道分配。当根据增加计划规则完成信道分配时，能够应用优良矩阵给该产生的配置以用信号通知是否需要进行调节或者简单地提供警告或其他性能指示符。当对于理想上满足信道增长计划的信道分配来说不能改进所述优良矩阵时，由于使用一组近似的选择规则，因此这样的一种信道分配将会很少发生。
图6示出了被实现用于在图4的示例性传输系统中选择用于接下来提供业务的信道的处理流程图。例如，该处理可以应用于提供(i)ET402和ET410之间的端到端信道以及(ii)ET402和OADM406之间的OADM信道，和(iii)OADM406和ET410之间的OADM信道。注意到，当端到端信道的提供为链路404和408分配该信道时，OADM信道的提供只给一个链路分配该信道。因此，相同的波长可以仍然可用于在另一链路上提供另一个OADM信道。一般而言，实现信道增长计划包括用于光传输系统中的每个不同链路的簿记，以便利用在该系统内波长再利用效率的优点。
步骤602确定是否将要提供的业务需要OADM信道或端到端信道。如果需要OADM信道，那么为新的OADM业务选择可用的OADM信道(步骤604)。这可以包括选择可用的OADM信道，该信道在预先确定的、优先级排序的、OADM信道分配列表中具有最低的选择编号。可替换地，考虑到现存的信道配置，所述选择可以包括应用信道增长计划的规则来选择可用的OADM信道。
另一方面，如果需要端到端信道，那么为新的端到端业务选择可用的信道(步骤606)。这里，该选择可以包括参考预先确定的端到端信道分配列表或应用于现存信道配置的规则。
注意到，由于从系统中能够取消提供各个业务，在任何给定的时间，可能在当前的信道分配中存在“缺口”，其中一个或更多可用信道具有低于其他当前提供信道的信道选择次序编号。因此，图6的处理优选地寻找可用的OADM或具有最低信道选择编号的端到端信道，而不是简单地选择位于具有最高信道选择次序编号的当前提供信道之后的下一信道。
应用所述四个规则给示例性的200个信道，连续-线路光传输系统可以产生表IV的信道分配列表(参见图7A-E)。如表IV所示，根据OADM信道次序即从Ch41开始、然后Ch61、接着Ch21、再接着Ch81、再然后Ch1等等来分配OADM信道。同理，根据端到端信道次序即从Ch53开始、然后Ch73、接着Ch23、再接着Ch93、再然后Ch13等等来分配端到端信道。
应该注意到首先的50个OADM信道和首先的100个端到端信道全部都落入启动信道组的范围内，而第二50个OADM信道和第二100个端到端信道全部都落入增长信道组的范围内，从而满足规则1。
还应该注意到，在所述启动组范围内，OADM和端到端信道分配次序都遵循FG3、然后FG4、接着FG2、再接着FG5、最后FG1的频率分组循环。同理，在所述增长组范围内，OADM和端到端信道分配次序都遵循FG6、然后FG7、接着FG8、再接着FG9、最后FG10的频率分组循环。这指示如果给定了较高优先级规则1的限制，也是满足规则2的。
还应该注意到，在所述启动组范围内，对于OADM信道，分配所有的0GHz偏移信道，然后分配所有的100GHz偏移信道，而对于端到端信道，分配所有的0GHz偏移信道，然后分配所有的100GHz偏移信道，接着分配所有的50GHz偏移信道，以及最后分配所有的150GHz偏移信道，并且在所述增长组范围内也是同理。这指示如果给定了较高优先级规则1的限制，也是满足规则3的。
在典型的实际光传输系统中，没有任何单个信道分配列表能够为每个可能的信道配置提供最佳的瞬态性能。尽管如此，表IV的信道分配列表被设计成优化在不同信道配置的相对宽范围上的瞬态性能。
例如，如果提供50个OADM信道，随后提供50个端到端信道，那么所产生的信道配置将具有被分配为OADM信道的首先50个奇数信道和被分配为端到端信道的首先50个偶数信道，从而提供信道配置，在该配置中所述存活信道(即，50个OADM信道)均匀地分布在瞬态之前的频率范围(即，首先100个信道)上。
同理，如果提供100个OADM信道，随后提供100个端到端信道(对应于最大负载光纤)，那么所产生的信道配置将具有被分配为OADM信道的100个奇数信道和被分配为端到端信道的100个偶数信道，从提供另一种信道配置，在该配置中所述存活信道(即，100个OADM信道)均匀地分布在瞬态之前的频率范围(即，全部的200个信道频带)上。
作为另一个实例，表V(参见图8A-C)示出了使用表IV的信道分配列表由提供10个OADM信道然后提供10个端到端信道所产生的信道配置。(应该注意到，由于在本例中没有分配Ch121到Ch200，因此从表V中将其省略。)尽管10个OADM信道可能没有必要完全均匀地分布在20个信道的瞬态之前的频率范围上，然而，它们也是基本上均匀地分布在该范围上。
应该明白的是，从应用这些规则获得的信道选择关键依赖于根本的网络拓扑的性质以及被分配信道的数量。如果根本的拓扑发生变化，所述组可能的存活信道也发生变化。这是由于多个唯一网络路径能够共享放大器和光纤链路而产生的。由于我们参考规则范围内的存活信道组的性质(例如，总功率增益或分布)。不同的网络将典型表现出不同的信道分配模式。网络中信道的数量还会改变所产生的信道分配模式。例如，在找到均匀分布信道的情况下，基本上均匀分布的4信道系统(例如，Ch1、Ch34、Ch67、和Ch100)可能与基本上均匀分布的5信道系统(例如，Ch1、Ch25、Ch50、Ch75和Ch100)仅仅共同地具有两个信道。为了将单个信道插入到预先存在的不可改变的传输系统，仍然能够选择插入新的信道以在任何可能时间符合上述规则组；但是，所产生的信道分布可能不同于通过重新优化所有信道的位置而获得的分布。
这些相关性意味着通常不可能产生信道位置的将被优化用于所有意外事故的唯一列表。而是，诸如上述定义的规则通常将解决最佳的最终信道配置，但是将很少获得全局优化。为了获得全局优化，能够使用自动化优化工具来搜索所有可能的信道配置以平衡增加计划的目标。理想上，这种工具能够设计成本、性能、和瞬态稳定性的重要方面以匹配特定网络的需要。对于这种工具还重要的是估计网络潜在的未来增加，启动将要插入到网络的未来信道而不急剧地减少瞬态稳定性或网络性能特征。
当在系统上需要一组新的请求时，这些请求穿过不止一条唯一路径(正如特别地可能是用于新系统的情况)，然后，能够组织该组请求以便优化用于这些请求的信道选择。具有长距离要求或与极少数信道共享公共路径的某些请求，优选地被提供在关于瞬态具有最佳性能的频率上。如果盲目地分配所述信道，那么，在分配具有特殊需求的这些请求之前，可能采取所有的最佳执行频率。因此，应该给请求列表分配优先级。
一般而言，关心不同的可能存活信道组的性能。因此，作为第一步骤，能够将共享公共唯一路径的请求一起分组或者能够将共享公共链路的请求一起分组。对于第一种情况，分组是相互排斥的，但是第二种情况典型地导致重叠分组。位于每一组内的请求能够被进一步根据各种准则诸如例如与租赁信道相关的传输距离或调制带宽或甚至是服务质量参数而分配优先级。最后，如果所有的请求共享唯一路径，则根据其特征诸如传输距离能够给各个分组分配优先级。长距离信道被赋予较高的优先级。
根据请求通过一个一个地向下移动优先级列表或者通过各个请求分组循环能够执行信道分配。通过所述信道分组循环，从一个分组选择一个信道所具有的优点是没有分组将以不良执行配置中的所有信道而结束。而且，在完全地分配较大分组之前，将给单个或少数请求分组分配好的频率。这利用了以下事实，如果信道总数变化的大小较大，则瞬态控制更加困难，如果存活信道组小，则能够发生这种情况。较大的信道分组能够忍受较差的信道分配，因为瞬态的大小将典型较小并且存在具有更多信道的集中利益。
注意到，示例性的表IV的信道分配列表是基于假设连续-线路传输系统具有位于两个终端之间的单个OADM。如果存在不止一个OADM和/或用于非连续-线路传输系统诸如环形网络和网状网络，所述信道分配列表可以变化。基本变化由为共享放大器和光纤链路的唯一网络路径增加的潜在而产生。该增加的重叠急剧地增加唯一瞬态之后存活信道组的组数。所述组数使用于确定最佳信道配置的优化处理更加耗费时间，但是选择最佳组的基本方法仍与连续-线路系统相同。
正如先前所建议的，能够设计自动化工具来估计不同可能信道配置的可接受性，以便选择用于提供新业务的信道。当产生用于估计每个不同配置的优度参数时，这种自动化工具可以考虑以下的一个或更多条件识别跟随唯一网络路径的一个或更多信道的每一组。根据控制由于一个或更多可能的未来故障而引起的瞬态的目标给信道组分配优先级。基于该优先级排序的列表将所述信道分配给频率；在由于一个或更多可能的未来故障而引起瞬态的情况下，信道分配从最高优先级组中选择第一信道并将它分配给对应于最佳性能的频率。接下来，来自第二最高优先级组的第一信道被分配给下一具有最高瞬态性能的可用频率。该处理通过在所有信道组中循环而继续，以分配来自每一组的第一信道然后再次通过所有信道组循环以分配第二信道等等，直到分配所有的信道为止；根据一组增加计划规则(并且不仅仅根据最佳瞬态性能)选择所述频率；根据预先确定的频率选择表选择所述频率；
响应于瞬态使用优度参数估计一组信道的性能。为已经被分配的每个信道组计算该优度参数；为优度参数应用一组准则，并且根据优度参数是否落入一定范围内来调节信道布局；该优度参数基于存活信道组的平均功率。对于瞬态优化基于匹配存活信道组平均功率与特定信道功率的情况，该优度参数能够是这种要求的线性函数。例如，该优度参数能够等于(Pavg-Pref)，这里Pavg是存活信道组的平均功率，以及Pref是目标参考信道的功率。取决于所述瞬态控制和传输系统特征，还能够使用其他函数。
本领域的普通技术人员将会意识到可以使用其他因素来构造优度参数，包括以下因素中的一个或多个优度参数基于所述存活信道组的传输距离；优度参数基于信道组穿过的网络元件的数量和/或类型；优度参数基于共享存活信道组的路径各部分的其他信道组的功率分布；优度参数基于每个链路中的所有信道；通过使用每个链路中(在两个插入/分出点之间)的所有信道选择信道组。
替换实施例尽管所述瞬态控制技术依赖于对应于整个WDM频谱的总功率测量，瞬态控制还能够使用两个或更多分离的、频谱上结合的检测器来实现，这里使用通过至少一个检测器所测量的带内功率例如使用不同的功率系数来不同地调节两个或更多喇曼光泵的功率电平。例如，在具有启动和增长组信道的系统中，这里在增长信道之前分配启动信道，两个结合检测器-一个检测器测量用于启动信道的总的内频带功率，以及一个检测器测量用于增长信道的总的内频带功率-能够用于实现瞬态控制，其中根据两个内频带功率测量不同地调节喇曼泵电平。该替换的瞬态控制技术能够反过来影响用于该系统的信道增长计划。
尽管在控制由于喇曼光放大器所引起瞬态的上下文中已经描述了瞬态控制，但是瞬态控制还能够在其他上下文中实现，诸如控制由于掺铒光纤放大器或半导体光放大器所产生的瞬态。另外，代替调节泵功率，能够通过控制依赖于波长的光衰减器或直接作用于信道的其他控制设备来实现瞬态控制。
本发明可以实现为基于电路的处理，包括可能的实现为单个集成电路(诸如ASIC或FPGA)、多芯片模块、单插件、或多插件电路封装。正如本领域的普通技术人员将会明白的，电路元件的各种功能可以实现为软件程序中的处理步骤。这种软件可以以例如数字信号处理器、微控制器、或通用计算机来实现。
本发明能够以方法和用于实践这些方法的设备的形式予以实施。本发明还能够以嵌入到有形介质诸如软盘、CD-ROM、硬盘、或任何其他机器可读存储介质中的程序代码的形式实施，其中，当通过机器诸如计算机载入和执行该程序代码时，该机器则变成用于实践本发明的设备。本发明还能够以例如存储在存储介质中、载入到机器中和/或机器执行的、或者在某些传输介质或载体，诸如在电线或电缆上、通过光纤、或经由电磁辐射传输的程序代码的形式实施，其中当将该程序载入机器诸如计算机并由它执行时，该机器变成了用于实践本发明的设备。当在通用处理器上实现时，程序代码分段与处理器组合来提供类似于特定逻辑电路操作的唯一设备。
除非另外明确声明，如同单词“大约”或“近似于”放在值或范围之前，每个数字值和范围都应该解释为近似的。
将会进一步明白，本领域的普通技术人员可以对已经描述和示例的用于说明本发明性质的部件的细节、材料、和安排作出各种变化，而不背离如以下权利要求书所表示的本发明的范围。
尽管以具有相应标记的特定次序阐述了以下方法权利要求中的步骤，除非权利要求阐述，否则将会隐含用于实现部分或全部这些步骤的特定次序，这些步骤没有必要意图限制于以该特定次序实现的步骤。
权利要求
1.一种操作光传输系统的方法，所述光传输系统具有能够载有不同波长的多个光信道的链路，该方法包括为对应于至少两个光信道的波长检测总光功率电平的变化；和调节该光传输系统中多个元件的操作，其中用于每个元件的所述调节是(i)所述总光功率电平的变化和(ii)用于该元件的特定瞬态控制模型的函数；以及两个或更多所述元件具有不同的特定瞬态控制模型，以对所述两个或更多元件的操作作出不同的调节。
2.根据权利要求1的方法，其中用于每个元件的所述特定瞬态控制模型包括基于特定线性系数的线性项。
3.根据权利要求1的方法，其中所述总光功率电平的变化对应于相应于所有光信道的波长的总光功率。
4.根据权利要求1的方法，其中所述多个元件是所述光传输系统中的光放大器的不同光泵；和所述调节对应于所述光泵的泵功率电平的变化。
5.根据权利要求4的方法，其中每个光泵的泵功率电平的变化是(i)所述总光功率电平的变化和(ii)用于该光泵的特定系数的函数；以及至少两个光泵具有不同的特定系数。
6.根据权利要求5的方法，其中选择所述用于光泵的特定系数以为各种不同信道配置优化瞬态响应，每个信道配置具有不同的波长组。
7.根据权利要求1的方法，其中所述总光功率电平的变化对应于在所述链路上信道数量的突然变化。
8.根据权利要求1的方法，其中所述模型考虑到在所述光传输系统中的一个或更多可能的未来故障之后该光传输系统的瞬态性能。
9.一种用于操作光传输系统的设备，所述光传输系统具有能够载有不同波长的多个光信道的链路，该设备包括检测装置，用于为对应于至少两个光信道的波长检测总光功率电平的变化；和调节装置，用于调节该光传输系统中多个元件的操作，其中用于每个元件的所述调节是(i)所述总光功率电平的变化和(ii)用于该元件的特定瞬态控制模型的函数；以及两个或更多所述元件具有不同的特定瞬态控制模型，以对所述两个或更多元件的操作作出不同的调节。
10.一种用于操作光传输系统的设备，所述光传输系统具有能够载有不同波长的多个光信道的链路，该设备包括光监控器，其适于为对应于至少两个光信道的波长检测总光功率电平的变化；以及控制器，其适于调节该光传输系统中多个元件的操作，其中用于每个元件的所述调节是(i)所述总光功率电平的变化和(ii)用于该元件的特定瞬态控制模型的函数；以及两个或更多所述元件具有不同的特定瞬态控制模型，以对所述两个或更多元件的操作作出不同的调节。
全文摘要
在光传输系统中，在检测到对应于系统链路中多个光信道的总光功率电平的变化之后，以个别的方式调节某些元件的操作，以便控制这些信道中的瞬态。例如，响应于由于光纤断裂而导致的信道数量的突然下降，调节OADM的喇曼放大器中的光泵的功率电平，以减少存活信道中的瞬态增益误差，这里对于每个不同光泵的泵功率电平的调节是检测的总光功率电平变化和用于该特定光泵的至少一个特定系数二者的函数，以便处理喇曼放大器对光信道数量的突然下降的响应中的非线性。
文档编号H04J14/02GK1728607SQ20051008792
公开日2006年2月1日 申请日期2005年7月29日 优先权日2004年7月30日
发明者丹尼尔·C.·基尔帕, 克劳德·A.·玛蒂尔, 纳拉西穆罕·拉格哈万, 戴维·A.·萨德勒, 克里斯托弗·A.·怀特 申请人:朗迅科技公司