具体实施方式

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。

参考图1，本发明实施提供了一种基于全光波长转换的路由和波长分配方法，包括以下步骤：

S1：在网络中引入全光波长转换器；

S2：根据稀疏波长转换器放置原理，在网络节点中放置相应数量的全光波长转换器；

S3：为业务建立光通道，其中，建立光通道包括以下步骤：

S31：建立OSNR感知路由和波长分配算法模型，所述OSNR感知路由和波长分配算法模型包括传输损耗、ASE噪声和OSNR损伤；

S32：使用所述OSNR感知路由和波长分配算法模型计算各路由的OSNR，采用最高的OSNR路由建立光通道，完成波长分配。

具体的，根据稀疏波长转换器放置原理，在网络节点中放置相应数量的全光波长转换器利用公式在每个网络节点放置数量C_s的全光波长转换器，其中，T是整个网络的波长转换器总数量，N是网络节点集合，V_s为每个节点需要的波长转换器总数量，这里的V_s可根据具体部署条件和需求进行相应的定义，如下，进行了三种方式的部署：

(1)最短路由遍历次数优先(SRT)：首先，计算每个节点被固定最短路由遍历的总次数，定义为V_s,这里的s是节点序号。接着，基于公式在每个节点放置一定数量的波长转换器，这里的T是整个网络的波长转换器总数量，N是网络节点集合。路由遍历次数V_s代表一个节点的“忙碌”程度。在最“繁忙”的节点，放置转换器可以最大程度缓解波长竞争从而提升光路阻塞性能。

(2)最大跳数优先(MH)：首先，比较经过每个节点的固定最短路由的最大跳数，并将最大跳数定义为V_s。接着，利用SRT策略中相同的公式计算放置在每个节点的波长转换器数量。将更多的转换器放置在最大跳数更大的节点上可以得到更好的性能。

(3)阻塞原因优先(BC)：不同于上面两种基于固定路由的策略，该策略是基于波平面算法的，首先根据网络当前的资源状态找到被阻塞的业务，接着，我们假设网络中所有节点都具备完全的波长转换能力，利用自适应最短路由算法为每条被阻塞业务寻找可用路由。如果找到可用路由，检查该路由所有链路上的波长状态，确定在哪个节点放置波长转换器使得该条路由被成功建立。在此基础上，计算每个节点需要的波长转换器总数量，定义为V_s，然后基于SRT策略中相同的公式计算出每个节点应该放置的转换器数量。一个节点的V_s越大，意味着它越需要波长转换。

建立光通道，具体的，所述OSNR感知路由和波长分配算法模型：

其中，OSNR_total表示光路初始OSNR，表示第i^th个光放大器的ASE噪声功率；

表示第j^th个全光波长转换器的OSNR损伤，其中，具体计算为OSNR_penalty＝OSNR_WC-OSNR_NWC＝10lg(P_NWC/P_WC)，OSNR_WC表示有波长转换系统的OSNR，OSNR_NWC表示无波长转换系统的OSNR，P_WC和P_NWC代表有无波长转换系统的噪声功率，在公式(1)中使用α表示P_NWC/P_WC，α^j为第j^th个全光波长转换器的P_NWC/P_WC；

将每个链路的OSNR进行比较，选择最高的OSNR路由建立光通道。

本发明考虑了AOWC的信号损伤和网络性能改善之间的取舍平衡问题，提出了一种光路OSNR感知的路由和波长分配算法(RWA)。具体地，在考虑了AOWC的信号损伤的情况下选择OSNR最大的路由来建立光通道，在保证AOWC带来的网络资源分配灵活性的同时，最大程度降低了信号损伤对于网络性能改善的影响。此外，为了进一步降低AOWC的成本，研究了稀疏波长转换对于网络性能的影响。

本发明实施还提供了一种基于全光波长转换的波长分配装置，包括：

部署单元，用于根据稀疏波长转换器放置原理，在网络节点中放置相应数量的全光波长转换器；

计算单元，用于为业务建立光通道，包括第一计算单元和第二计算单元，其中：

所述第一计算单元，用于建立OSNR感知路由和波长分配算法模型，所述OSNR感知路由和波长分配算法模型包括传输损耗、ASE噪声和OSNR损伤；

所述第二计算单元，用于使用所述OSNR感知路由和波长分配算法模型计算各路由的OSNR，采用最高的OSNR路由建立光通道，完成波长分配。

原理如上述方法，不再赘述。

实施例一

为了建立光通道，首先利用公式(2)、(3)和(4)计算光路的OSNR_s：

OSNR_s＝P_out/P_Ase＝1/P_Ase(mw) (4)

其中，G为第i^th个光放大器的增益，NF为对应G的噪声；P_out为光放大器的发射功率；

上述的OSNR_s是考虑了光纤传输损耗和放大器自发发射(ASE)噪声，未考虑OSNR损伤，为了计算AOWC引入的OSNR损伤，根据得到的OSNR_s与对应的OSNR门限值比较，得到对应的调制格式，根据调制格式确定对应的OSNR损伤，再根据OSNR_penalty＝OSNR_WC-OSNR_NWC＝10lg(P_NWC/P_WC)得到α^j，如表1所示：

表1

将每个链路和每个波长转换节点的成本设置为和α^j，代入公式(1)计算，得到对应的OSNR；

将每个链路的OSNR进行比较，选择最高的OSNR路由建立光通道。

如图2所示，节点对(0-5)，在波平面拓扑里的成本设置，计算得出出路由(0-2-3-5)和(0-1-4-5)的OSNR分别为18.39dB和17.43dB，因此，节点对(0-5)在路由(0-2-3-5)上建立光通道因为它的OSNR更高。

实施例二

为了评估本发明的性能，考虑14节点，21链路的NSFNET网络和24节点，43链路USNET网络作为测试网络，如图3和图4所示。无一例外，本发明设置两个网络中每个光纤链路的波长数为16。值得注意的是，在50GHz的波分复用(WDM)网络中，C波段每条光纤链路的波长数可以达到80。然而，随着未来光网络中超级信道(如400Gb/s和800Gb/s)的普及，每个光纤链路中的波长数量可以低得多，如16。此外，光路负载以Erlang为单位，在这种情况下，光路请求的到达遵循泊松分布，每个已建立光路的持续时间遵循负指数分布。所有节点对假设负载相同。表2展示了三种策略在波长转换节点上放置的转换器数量，其中，在NSFNET网络的六个节点上放置了20个波长转换器，在USNET网络的五个节点上放置了25。

表2

根据表2中的转换器放置情况，图5和图6比较了不同方案的光路阻塞性能——三种放置策略和没有WC的情况。其图例分别表示为“BC”、“SRT”、“MH”和“无WC”。我们看到，与没有WC的情况相比，三种策略都能明显改善光路阻塞性能。其中，BC策略表现最好，因为它考虑实时网络资源使用状态，以确定需要WC的关键节点，而SRT和MH策略则是根据节点对之间的静态固定路线来分配转换器。

图7和图8评估了网络中不同数量的转换波长节点是如何影响光路阻塞性能的。在本实施例里，只考虑“BC”策略，因为它的性能更优越。和前面一样，在NSFNET和USNET中分别放置了20和25个转换器，稀疏地分布在不同的波长转换节点。图例“Num＝x”表示网络中可转换节点的数量，“Full WC”和“Full WC_ideal”表示网络中所有节点的全波长转换能力，其中“Full WC_ideal”假设AOWC不会引入任何信号损伤。可以看到，开始时光路阻塞率随着波长转换节点数量的增加而下降；然而，当波长转换节点数量达到一定阈值时，如果进一步增加波长转换节点的数量，阻塞率反而会上升(例如图8中Num＝5与Num＝10)。这是因为，当波长转换节点过多时，部分转换器可能被浪费地分布在“不重要”的节点上，这会导致网络阻塞性能的下降。此外，当波长转换节点数与网络节点总数的比值达到一定阈值，如20％-40％时，稀疏WC几乎可以达到全WC的性能，这表明稀疏WC可以以较低的网络成本实现高效的光路阻塞性能。最后，比较是否考虑AOWC信号损伤的两种情况，即“Full WC”与“Full WC_ideal”，注意到AOWC的信号损伤会大大降低光路阻塞性能，这证实了必须通过转换技术来降低AOWC的信号损伤，并稀疏地放置波长转换器以尽量减少AOWC的部署。

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。