在頻譜靈活光網絡中，通過采用正交頻分復用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術、帶寬可變光分插復用器BV-ROADM(Bandwidth Variable ROADM)技術、帶寬可變波長選擇開關BV-WSS(Bandwidth Variable Wavelength Selective Switch)技術等，能夠基于一定的策略動態(tài)地為不同粒度的端到端的業(yè)務選擇合適的調制格式，動態(tài)地為業(yè)務分配相應合適的資源,從而提高了網絡中資源的利用率和業(yè)務傳輸速率^[1]。網絡處在重負荷的情況下，一旦出現故障，受損的業(yè)務將會因為資源不足受到影響而無法繼續(xù)通信，網絡的生存性受到極大的挑戰(zhàn)。因此，在頻譜靈活光網絡中，應該盡可能降低業(yè)務保護路徑上所需的資源，根據業(yè)務的等級對業(yè)務進行靈活的柔性保護，進而提高網絡的生存性^[2]。

        傳統(tǒng)的波分復用網絡以波長為粒度進行傳輸。當傳輸需求小于一段波長的容量時，仍會通過分配全部波長來滿足該需求，造成頻譜資源的浪費。頻譜靈活光網絡利用光正交頻分復用調制技術，將數據分布到若干子載波上進行傳輸。靈活譜利用全光網絡給業(yè)務分配連續(xù)子載波，此處子載波相對于傳統(tǒng)波分復用網絡的波長粒度更小，能更好地匹配大小不同的業(yè)務傳輸，提高頻譜利用率，降低阻塞率。

        本文提出頻譜靈活光網絡中一種基于帶寬壓縮的業(yè)務恢復算法，解決了受損業(yè)務由于網絡帶寬不足而無法恢復的問題?；?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/調制階數" title="調制階數" target="_blank">調制階數可控的壓縮業(yè)務帶寬機制，在保證一定信號質量的前提下，盡可能地降低業(yè)務傳輸所需的帶寬，提高受損業(yè)務的恢復率。

1 頻譜分配

        隨著光網絡向靈活柵格的方向發(fā)展，網絡資源由波長向頻譜的轉變，頻譜靈活光網絡在獲得高資源利用率和靈活性的同時給網絡的管理帶來了更高的要求。網絡在建路成功后要對路徑進行資源分配，因此資源分配算法的優(yōu)劣直接影響網絡的性能，頻譜靈活光網絡的資源分配算法主要包括隨機分配算法、首次命中算法和最佳適應算法。

2 調制階數

        定義調制階數為傳輸中每個符號所承載的比特數。圖1是提高調制階數的示例，工作路徑中業(yè)務使用QPSK調制方式，每個符號2 bit，共使用4個子載波。網絡資源不足進行業(yè)務恢復時，備用路徑中業(yè)務使用16QAM調制方式，每個符號4 bit，共使用2個子載波。

3 基于調制階數可控業(yè)務帶寬壓縮機制

        隨著業(yè)務量增加，光纖故障會導致大量業(yè)務受損，由于傳統(tǒng)算法無法滿足業(yè)務恢復的帶寬需求，將大大降低恢復的成功率，基于帶寬壓縮的業(yè)務恢復算法，通過提高調制階數的方式，使用恢復路由策略進一步壓縮通道間的保護帶寬，提高資源的利用效率，在保證一定的信號質量的前提下，盡可能壓縮業(yè)務本身所需帶寬，進一步降低阻塞率，有效提高業(yè)務恢復成功率^[3]。

        基于可控調制階數業(yè)務帶寬壓縮機制通過犧牲一定的傳輸信號質量，有效提高受損業(yè)務的恢復成功率，信號質量的降低可以通過差錯控制編碼等方式進行一定程度的彌補。由于調制階數越高，信號傳輸質量越差，在實際傳輸時，必須對調制階數進行一定控制，不能無限制的調高。為了在實際網絡實現該方案，提出了兩個新的控制信息參數^[3]：

        (1)最高調制階數：最高調制階數代表在資源不足情況下，業(yè)務進行恢復時所能接受的最高調制階數。越高的調制階數在實際傳輸時信號的質量越差，因此不能無限制地提高調制階數。

        (2)業(yè)務優(yōu)先級：業(yè)務的優(yōu)先級為需要對同一鏈路上的某些業(yè)務進行壓縮帶寬時，高等級業(yè)務優(yōu)先獲得較高的傳輸質量，即優(yōu)先對低等級業(yè)務進行帶寬壓縮。

        該策略在對業(yè)務進行恢復時減少了恢復路徑所需要的帶寬，更為有效地利用了頻譜資源。在網絡遇到大型故障有大量業(yè)務需要進行恢復時，該方案能對網絡生存性有很大的提高。

4 柔性保護技術

        業(yè)務恢復技術是光網絡生存性的關鍵技術之一，為了進一步提高光網絡的生存性，網絡出現故障后，對受損業(yè)務重新請求路由計算與資源分配，恢復業(yè)務的傳輸。最常見的做法是，避開故障發(fā)生位置，對業(yè)務進行重新選路和分配資源，一旦網絡中資源不足，受損業(yè)務將無法得到及時恢復。因此，如何解決受損業(yè)務由于網絡帶寬不足而無法恢復的問題，是光網絡多層網絡生存性研究的重點之一。

        出現故障業(yè)務(或受損業(yè)務)時，故障業(yè)務所需帶寬超過網絡剩余資源，利用頻譜靈活光網絡的調制階數可控的特點，壓縮業(yè)務本身所需要的帶寬對業(yè)務進行柔性保護。圖2是柔性保護技術的示意圖。在網絡中有AC、BC和AD三個業(yè)務。業(yè)務AD的帶寬需求是20個子載波，使用的調制方式為QPSK。在光纖AC、BC上由于存在已有業(yè)務，剩余可用資源均為10個子載波。假設在A和D節(jié)點間的光纖出現故障，A和D間的業(yè)務受到影響需要啟用其保護路徑及資源，業(yè)務將倒換到保護路徑A-C-D。如果使用常規(guī)的1+1保護方式，網絡中不存在擁有足夠帶寬的路徑供故障業(yè)務進行保護。通過改變調制方式，調整AC業(yè)務以16-QAM調制方式，所需帶寬壓縮至10個子載波，可以通過備用路徑A-C-D進行對業(yè)務的保護。

        當調節(jié)調制方式時，業(yè)務傳輸的信噪比將發(fā)生變化，調高調制階數，將導致信噪比降低，相應的傳輸距離也將減小。因此，當進行柔性保護，靈活調節(jié)調制方式、壓縮保護資源所占用的帶寬時，是以損失一定的信號質量和傳輸距離的減小為代價。因此，在本文中討論的柔性保護技術在距離可接受的范圍內，并以此為背景進行仿真分析。

5 仿真及結果分析

        在仿真中，設置三種業(yè)務等級：最高等級的業(yè)務在保護路徑上分配資源時不進行帶寬壓縮，保證其信號質量；第二等級的業(yè)務在保護路徑上分配資源時改變調制格式，提高一階，表現在帶寬上是占用資源為原來的一半；第三等級的業(yè)務在分配保護資源時則提高兩階調制格式，占用資源壓縮為原來的四分之一。這樣通過根據業(yè)務等級進行靈活保護的方式既保證了關鍵任務的順利進行和其在遭遇故障時的保護，也保證了一定的業(yè)務通過率。仿真過程采用的拓撲圖是SMALLNET，故障類型采用鏈路型故障,業(yè)務量從20等差增加到260 Erlang。在相同情況下對1+1保護和柔性保護進行分析比較。

        由圖3可知，傳統(tǒng)的1+1保護，隨著業(yè)務量逐漸增大，保護成功率將降低到40%左右;但是，采用柔性保護時，可以很明顯地看到，業(yè)務的保護成功率趨于90%左右，較1+1保護要高出很多，而且隨著業(yè)務量的增加，保護成功率趨于平穩(wěn)，保證大部分業(yè)務的正常運行。故障個數為1時，兩種保護方式的阻塞率相差不大;故障個數為2時，柔性保護的阻塞率要明顯小于1+1保護的阻塞率。隨著業(yè)務量的增大，柔性保護的阻塞率增長比1+1保護時要緩慢。

        柔性保護技術在對業(yè)務進行保護時減少了保護路徑所需要的帶寬，更為有效地利用了頻譜資源。在網絡遇到大型故障有大量業(yè)務需要進行保護時，該方案能對網絡生存性能有很大的提高。

        本文針對頻譜靈活光網絡的特點，基于調制階數可控帶寬壓縮的業(yè)務恢復算法，結合頻譜靈活光網絡特性，對業(yè)務恢復算法進行研究。從基于調制階數可控這個方面，提出了一種基于帶寬壓縮的柔性保護技術，通過提高調制階數的方式，盡可能壓縮業(yè)務恢復所需帶寬，有效地提高了業(yè)務恢復成功率。

參考文獻

[1] JINNO M, TAKARA H, TSUKISHIMA K B, et al. Spectrum-efficient and scalable elastic optical path network: architecture, benefits, and enabling technologies[J]. IEEE Communications Magazine, 2009,47(11):66-73.

[2] Yu Xiaosong, Zhang Jie, Zhao Yongli. Spectrum compactness based defragmentation in flexible bandwidth optical networks[C]. Optical Fiber Communication Conference and Exposition(OFC/NFOEC)， 2012 and the National Fiber Optic Engineers Conference, 2012(3):1-3.

[3] 趙永利，張杰，陳海寧，等. 基于帶寬壓縮的全光網業(yè)務恢復方法[P].中國專利:CN102347862A, 2012-02-08.