灵活透明光网络中自适应传输机理和关键技术研究

论文摘要

灵活透明光网络是传送网发展演进的重要方向,为网络的运营维护提供了诸多便利。比如,利用通用多协议标签交换（GMPLS）技术可以构造分布式的智能控制平面,实现对连接的快速建立与拆除,支持动态灵活的业务配置以及高效率的资源优化。另外随着各种具有全光处理能力的光器件（如光子交叉连接器、可调全光波长转换器等）技术的逐步成熟,为光信号在全网中透明传输提供了可能性,同时也减少了网络铺设中采用的昂贵光电光转换设备的数量,极大降低了网络建设和运营成本。但是光网络的灵活性和透明性也带来了很多问题,主要是由于缺乏光域3R再生功能,光信号在传输中的物理损伤会产生累积。随着向网状拓扑的演变,光网络的灵活性进一步增强,传输路径的改变将导致物理损伤的动态变化,这些损伤积累的影响有可能造成信号的传输质量劣化甚至不满足系统传输要求。尽管已经推出各种具有自适应补偿能力的器件来解决这一问题,但这些器件目前还都只是传送平面上的局部自适应调节,不了解相互之间的补偿状态,缺乏协同工作能力,从而造成不必要的运营维护开销。因此本论文在国家863项目的支持下,针对上述问题进行了深入研究,获得了若干具有创新性的成果,已经或将要发表在美国光学学会期刊Optics Express和Journal of Optical Networking上。主要的工作和创新点包括以下几个方面:第一,针对光网络中灵活透明性所带来的物理损伤动态变化问题,并且为了充分利用网络中各种可调节设备（如可调色散补偿器、变增益光放大器等）的物理损伤补偿能力,在灵活透明光网络领域首次提出了支持端到端动态传输质量优化的自适应传输思想,通过在现有ASON架构基础上加入对传送平面物理特性控制的能力,实现动态的从源端到目的端的整个光路传输质量的调节和改善。第二,基于现有ASON控制平面功能架构,设计出了支持自适应传输功能的自适应控制面结构,新增了“物理信息采集”、“传输性能评估”、“补偿预算计算”及“传输性能控制”等四个功能模块,从而实现了对链路中各可调节物理损伤补偿器件的动态端到端性能调节,同时也降低了系统调节开销。第三,针对自适应传输所面临的关键问题,提出了初步可行的解决方案,主要包括:1)扩展现有的GMPLS信令协议使其能够支持对物理器件参数的收集以及对性能优化参数的传递;2)参考ITU-T的G680标准以及其它的研究成果,给出了对通路残余色散、接收端光信噪比以及累积非线性效应的评估方法;3)创建了自适应传输所遵循的优化模型并初步设计了可行的启发式优化算法。第四,基于光子晶体光纤中光脉冲传输的物理模型自主开发了模拟超短脉冲在光子晶体光纤中传输的计算机仿真程序,并基于此工具首次开展了在具有双零色散波长的光子晶体光纤中初始脉冲频率啁啾对超连续谱产生的影响研究,分析了正啁啾和负啁啾在超连续谱产生中的不同作用,研究结果表明,正啁啾脉冲可以产生规则的频谱,而负啁啾脉冲则产生复杂不规则的频谱,很难在实际中应用。此外,正啁啾还极大增强了四波混频的效率,通过选择合适的正啁啾值,几乎所有的脉冲能量都可以从反常色散区完全转移到正常色散区。相关的研究成果可对灵活透明光网络中实现可调全光波长转换以及参量放大起到理论指导作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 未来光网络发展趋势
• 1.2 光网络灵活性和透明性分析
• 1.2.1 灵活性和透明性带来的好处
• 1.2.2 灵活性和透明性带来的问题
• 1.3 灵活透明光网络中自适应传输功能介绍
• 1.3.1 灵活透明光网络中自适应功能需求
• 1.3.2 自适应传输的应用范围
• 1.3.3 国内外研究进展
• 1.4 本论文的组成和主要工作
• 1.4.1 论文组成
• 1.4.2 主要工作
• 参考文献
• 第2章 灵活透明光网络中自适应传输结构分析和设计
• 2.1 当前光网络智能性架构
• 2.2 光网络自适应传输功能分析
• 2.2.1 具有自适应传输功能的光网络构成
• 2.2.2 具有自适应传输功能的光网络与智能光网络的关系
• 2.2.3 自适应传输的具体表现
• 2.3 自适应传输结构设计
• 2.4 自适应控制平面和传送平面的关系
• 2.5 自适应控制平面传输控制结构
• 2.6 自适应传输控制策略
• 2.6.1 综合控制策略
• 2.6.2 分离控制策略
• 2.6.3 控制策略演进路线
• 参考文献
• 第3章 自适应传输关键问题及解决方案
• 3.1 概述
• 3.2 自适应传输功能模块设计
• 3.3 自适应传输控制流程
• 3.4 关键问题解决方案
• 3.4.1 自适应传输条件下信令技术的实现
• 3.4.2 光信号性能快速评估
• 3.4.3 性能优化模型创建
• 3.4.4 性能优化算法设计
• 3.5 仿真测试及分析
• 3.6 小结
• 参考文献
• 第4章 双零色散光子晶体光纤中的超连续谱产生研究
• 4.1 引言
• 4.1.1 光子晶体光纤概述
• 4.1.2 单零色散光子晶体光纤中超连续谱研究概述
• 4.1.3 双零色散光子晶体光纤中超连续谱研究概述
• 4.1.4 研究意义
• 4.2 光子晶体光纤中影响超连续谱产生的主要因素
• 4.2.1 光脉冲初始频率啁啾
• 4.2.2 光纤色散
• 4.2.3 自相位调制
• 4.2.4 交叉相位调制
• 4.2.5 四波混频
• 4.2.6 自陡峭
• 4.2.7 受激喇曼散射
• 4.3 光子晶体光纤中光波传输的物理模型及数值计算方法
• 4.3.1 物理模型
• 4.3.2 数值计算方法及编程实现
• 4.4 双零色散光子晶体光纤中的超连续谱产生仿真及分析
• 4.5 总结
• 参考文献
• 论文总结
• 致谢
• 攻读博士学位期间学术成果
• 论文列表
• ITU-T标准提案