提供无暗段传送网络的系统和方法
阅读：803发布：2020-05-12
专利汇可以提供提供无暗段传送网络的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了 波长 选择 开关 WSS、可重构光 分插复用器 ROADM、以及确定域网络段的状况的方法。WSS和ROADM包括用于发送具有特征的光 信号 的 光源 。该方法包括：指示光源在光链路上发送 光信号 ，获得由沿域网络段的组件接收和发送的光信号的特征值的测量，将特征值与预定义范围进行比较，以及基于特征值确定域网络段的状况。，下面是提供无暗段传送网络的系统和方法专利的具体信息内容。
1.一种波长选择开关WSS，包括：
光源，用于发送导频光信号；
多路复用器，用于接收多个输入信号并用于输出多路复用输出信号；以及耦合器，用于接收所述导频光信号和所述多路复用输出信号，并用于输出WSS输出信号。
2.根据权利要求1所述的WSS，其中，所述耦合器包括波长选择耦合器，并且其中，所述WSS输出信号包括所述导频光信号和所述多路复用输出信号。
3.根据权利要求1所述的WSS，其中，所述耦合器包括光开关，并且其中，所述WSS输出信号包括所述导频光信号和所述多路复用输出信号之一。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的WSS，其中，所述光源发射的所述导频光信号具有预定义特征，所述预定义特征包括以下至少之一：恒定波长、光谱形状、偏振方向、和可调谐波长。
5.一种可重构光分插复用器ROADM，包括：
控制器接口，用于接收来自控制器的指令；
波长选择开关WSS，用于接收组合输入光信号，并用于输出WSS输出信号；
放大器，用于放大输出光信号的功率电平；以及
分插库，用于接收来自所述组合输入光信号的至少一个单个光信号；
其中，光源集成在所述WSS、所述放大器、和所述分插库中的至少一个中，用于发送导频光信号。
6.根据权利要求5所述的ROADM，其中，所述导频光信号用于照亮所述ROADM和沿光路的光网络组件之间的光路。
7.根据权利要求5或6所述的ROADM，其中，所述导频光信号是具有预定义特征的监测信号，所述预定义特征可以当在沿光路的光学组件处接收到ROADM发送的所述监测信号时被测量，并且与预期的接收信号规范相比较。
8.根据权利要求7所述的ROADM，其中，所述预定义特征包括以下至少之一：偏振方向、光谱形状、和承载的调制测试图案。
9.一种确定域网络的状况的方法，所述方法包括：
指示光源在包括多个组件的域网络段的光链路上发送光信号，其中，所述光链路从所述域网络段中的第一ROADM延伸到所述域网络段中的第二ROADM；
获得每个组件处的所述光信号的特征值；以及
基于所述特征值确定所述域网络段的状况。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，确定所述域网络段的状况包括确定所述特征值在相应的预定义范围内。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述特征值包括以下至少之一：偏振模色散、偏振相关损耗、偏振态变化、色散、和功率。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述特征值包括输出功率和输入功率；以及
确定所述域网络段的状况包括：确定第一组件发送的信号的输出功率减去所述光路段的衰减量近似等于在沿所述光链路的光路段的下一组件接收的所述信号的输入功率。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中，确定所述域网络段的状况包括确定所述特征值不在相应的预定义范围内。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述特征值包括输出功率和输入功率；以及确定所述域网络段的状况包括：确定第一组件发送的信号的输出功率减去所述光路段的衰减量不近似等于在沿所述光链路的光路段的下一组件接收的所述信号的输入功率。
15.一种确定可以将新的波分复用WDM通道添加到域网络的方法，所述方法包括：
指示光源在所述域网络上发送光信号；以及
对于所述域网络中的每个段，检查性能读数是否在预定义范围内。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：对于所述域网络中的每个段，将所述光信号调谐到所述域网络中的所述每个段的波长；以及
检查所述性能读数是否在所述波长的预定义范围内。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：
当建立了所述WDM通道时，指示所述光源停止发射所述光信号。
18.一种监测光网络的状况的方法，所述方法包括：
指示发射具有已知特征的光信号的光源在整个所述光网络中发送光信号；
指示所述光网络中的节点中的接收器监测所述接收器接收的所述光信号；
接收来自所述节点的监测读数，并且将所述监测读数与基于所述已知特征的预期结果相比较；以及
通过将所述监测读数与每个域网络段的预定义范围相比较来评估每个域网络段的状况。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述已知特征包括以下至少之一：偏振模色散、偏振相关损耗、偏振态变化、色散、和功率。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，所述监测读数包括以下至少之一：光信噪比和误码率。
提供无暗段传送网络的系统和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
技术领域
[0003] 本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种提供无暗段传送网络的系统和方法。
背景技术
[0004] 有时，网络管理层可能看不到光网络的某段。这些段被称为“暗”段。没有业务的暗段对于网络管理层来说是具有挑战性的。在尚未在段中建立业务的网络中，新创建的网络段中可能会遇到暗段。也可能由于网络故障或由于现场组件故障(例如，光纤断裂时)而出现暗段。当网络的光段中没有波分复用(wavelength-division multiplexing,WDM)通道时，网络的光子管理层可能无法识别潜在的问题，例如，高损耗、反射、连接器不良、熔接、和组件失灵或相关故障。在业务WDM通道设置或网络故障恢复期间，无法识别潜在问题可能会增加可靠性风险和保证服务等级协议的风险。由于通道建立时间涉及的延迟，无法识别潜在问题还可能增加在重新配置(容量等级)期间暗段的网络响应时间。
发明内容
[0006] 本发明实施例的目的是提供一种通信网络的无暗段传送网络的系统和方法。
[0007] 根据本发明实施例，提供了一种波长选择开关(wavelength selective switch,WSS)。WSS包括光源、多路复用器、耦合器、和解复用器。光源用于发送导频光信号。多路复用器用于接收多个输入信号并用于输出多路复用输出信号。耦合器用于接收导频光信号和多路复用输出信号，并用于输出WSS输出信号。解复用器用于接收组合输入信号并用于输出多个分离信号。
[0008] 根据本发明实施例，还提供了一种可重构光分插复用器(reconfigurable optical add-drop multiplexer,ROADM)。ROADM包括控制器接口、WSS、放大器、和分插库。控制器接口用于接收来自控制器的指令。WSS用于接收组合输入光信号，并用于输出WSS输出信号。放大器用于放大输出光信号的功率电平。分插库用于接收来自组合输入光信号的至少一个单个光信号。光源集成在WSS、放大器、和分插库中的至少一个中，用于发送导频光信号。
[0009] 根据本发明实施例，还提供了一种确定域网络的状况的方法。该方法包括：指示光源在包括多个组件的域网络段的光链路上发送光信号，获得每个组件处的光信号的特征值，以及基于特征值确定域网络段的状况。上述链路从域网络段中的第一ROADM延伸到域网络段中的第二ROADM。
[0010] 根据本发明实施例，还提供了一种确定可以将新的波分复用(wavelength-division multiplexing,WDM)通道添加到域网络的方法。该方法包括：指示光源在域网络上发送光信号，以及检查性能读数是否在预定义范围内。
[0011] 根据本发明实施例，还提供了一种监测光网络的状况的方法。该方法包括：指示发射具有已知特征的光信号的光源在整个所述光网络中发送光信号，指示光网络中的节点中的接收器监测接收器接收的光信号，接收来自节点的监测读数并将监测读数与基于已知特征的预期结果相比较，以及通过将监测读数与每个域网络段的预定义范围相比较来评估每个域网络段的状况。附图说明
[0012] 从以下结合附图的具体实施方式中，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
[0013] 图1以网络图示出了多域网络的示例；
[0014] 图2以网络图示出了根据多域网络实施例的域网络的示例；
[0015] 图3以组件图示出了根据域网络实施例的网络段的示例；
[0016] 图4以组件图示出了根据域网络实施例的可重构光分插复用器(reconfigurable optical add-drop multiplexer,ROADM)的示例；
[0017] 图5以组件图示出了根据ROADM实施例的波长选择开关(wavelength selective switch,WSS)的示例；
[0018] 图6以组件图示出了根据ROADM实施例的使用外部LS的WSS的另一示例；
[0019] 图7A以流程图示出了根据本公开实施例的确定域网络段健康的方法的示例；
[0020] 图7B以流程图示出了根据图7A的方法的实施例的确定域网络段健康的方法的另一示例，其中，输入特征值包括输入功率，输出特征值包括输出功率；
[0021] 图8A以流程图示出了根据本公开实施例的确定可以将新的波分复用(wavelength-division multiplexing,WDM)通道添加到域网络的方法的示例；
[0022] 图8B以流程图示出了根据本公开实施例的确定可以将新的WDM通道添加到域网络的另一示例；
[0023] 图8C以流程图示出了根据图8A的实施例的确定性能读数在预定义范围内的示例；
[0024] 图9以网络图示出了根据本公开实施例的域网络的另一示例；
[0025] 图10以流程图示出了根据本公开实施例的监测光网络的健康的方法的示例；
[0026] 图11以组件图示出了根据本公开实施例的域网络段的另一示例；
[0027] 图12以组件图示出了根据本公开实施例的多自由度ROADM的示例；
[0028] 图13以组件图示出了根据本公开实施例的业务配置的示例；
[0029] 图14以组件图示出了根据本公开实施例的网络恢复和复原的示例；
[0030] 图15以组件图示出了根据本公开实施例的主动故障诊断和监测的示例；
[0031] 图16以组件图示出了根据控制器实施例的包括控制器的设备的示例；以及[0032] 图17以框图示出了可用于实现本文公开的设备和方法的计算系统。
[0033] 应当注意，在所有附图中，相同的特征由相同的附图标记标识。
具体实施方式
[0034] 本发明的实施例涉及提供无暗段传送网络(dark section free transport network)的系统和方法。
[0035] 在网络中部署/安装新节点和光纤设备后，网络中可能会出现暗段(dark section)。当部署新的光段(optical section)时，可能已部署/安装新节点和光纤设备。此外，可能尚未添加波分复用(wavelength-division multiplexing,WDM)业务通道。在网络/组件故障或失灵之后(例如，光纤断裂时)，网络中也可能出现暗段。在此类事件之后，通常会进行恢复，其中，WDM业务通道被重新路由到新的可行可用路径。在网络维护操作之后，网络中也可能出现暗段。由于网络人员的计划或计划外行动，光段可能会经历暂时的黑暗。暗段的总成本可以表示为照亮(light)光段所需的时间。光子层管理软件采用的算法和行动所涉及的复杂性可能直接影响网络中断和网络停机时间，应该在整个网络中最小化。更重要的是，在网络恢复之后，当修复相应的故障(例如，断裂)时，应该在采取任何进一步的动作之前就可行性验证光段。动作可以包括复原(即，将WDM业务重新路由到其原始路径)或添加新的WDM业务通道。
[0036] 图1以网络图示出了多域网络100的示例。多域网络100包括至少两个域网络200和该网络域200之间的光链路120。虽然图1中示出了五个域网络200(A到E)，但应当理解，可以配置具有任意光链路120组合的任意多个域网络200。
[0037] 图2以网络图示出了根据多域网络100的实施例的域网络200的示例。域网络200包括至少一个可重构光分插复用器(reconfigurable optical add-drop multiplexer,ROADM)400和该ROADM 400之间的光链路120。一些ROADM 400可以具有与其他ROADM 400之间或多域网络100中的相邻域网络200的其他组件之间的光链路。虽然图2中示出了六个ROADM 400(表示图1的域网络D)，但应当理解，可以配置具有任意光链路120组合的任意数量的ROADM 400。
[0038] 图3以组件图示出了根据域网络200的实施例的域网络段300的示例。域网络段300包括第一ROADM 400a，第一ROADM 400a经由光链路120光耦合至第二ROADM 400b。可以沿光链路放置一个或多个放大器节点340，以针对光纤中的任何衰减进行调整。控制器350可以连接到ROADM 400a、400b和放大器340。控制器350可以操作ROADM 400和放大器节点340以经由光链路120发送光信号。控制器350还可以读取和/或接收放大器340或ROADM 400处的输入功率(Pin)和输出功率(Pout)。控制器350可以是软件定义网络(software defined network,SDN)控制器，其实现网络监控和管理软件层(network monitoring and management software layer)。控制器350的功能还可以部分或全部驻留在与光段相关联的节点上(例如，ROADM 400或放大器350)。
[0039] 当光(即，WDM通道)通过光链路120传播时，第一ROADM 400a处的输出功率减去光链路段的衰减应该与沿光链路120的第一放大器340处的输入功率大致相同。类似地，第一放大器340处的输出功率减去光链路段的衰减应该与沿光链路120的下一个放大器340处的输入功率大致相同。类似地，第二ROADM 400b之前的最后一个放大器处的输出功率减去光链路段的衰减应该与沿光链路120的第二ROADM 400b处的输入功率大致相同。通过读取沿域网络段300的光链路120的组件处的功率输出和功率输入，控制器350可以确认域网络段光链路段是亮还是暗。当所有光链路段都被照亮时，控制器350则可以推断网络段300是亮的。由于存在光而可获得的测量值将使控制器350能够通过与绿地(green field)的要求或故障后修复场景(post-fault repair scenario)的参考值进行比较来验证光段的健康状况。控制器350还可以负责其他调整和全局分段控制，包括功率调整、增益设置、和监测。
[0040] 应当注意，域网络段300不必具有零光才被认为是“暗”。如果组件(例如，放大器)处工作的工作波长窗口(operating wavelength window)处的输入功率小于预定量的dBm，则指向该组件的光链路段被视为“暗”。例如，输入功率小于-28dBm或小于-32dBm。也就是说，在正常工作下，可以设置诸如ROADM 400和放大器340等组件以确保由该组件沿光链路120发送的光信号的输出功率最小量。在光链路中存在放大器的大多数情况下(例如，组件
340和400中的情况)，这意味着如果测量的功率低于某个阈值，则放大器将不工作(即，它们不提供由控制器350配置的预期放大)。这样的阈值可能是临时的，取决于技术并且取决于设计。该阈值还可以取决于光段中使用的相应组件的规格。虽然上面提到的-28dBm或-
32dBm的值是典型值，但它们不一定是通用值，并且可能因同一供应商的不同模块或同一模块的不同产品版本而异。
340和400中的情况)，这意味着如果测量的功率低于某个阈值，则放大器将不工作(即，它们不提供由控制器350配置的预期放大)。这样的阈值可能是临时的，取决于技术并且取决于设计。该阈值还可以取决于光段中使用的相应组件的规格。虽然上面提到的-28dBm或-
32dBm的值是典型值，但它们不一定是通用值，并且可能因同一供应商的不同模块或同一模块的不同产品版本而异。
[0041] 除了对有源放大器组件的工作有影响的这些阈值之外，通常还有其他阈值可用于指示在段300中的每个点处测量的数据的有效性。所上报的低于这些值的测量被认为是陈旧且不可靠的。实际上，当段为暗时(特别是，当放大器因输入功率非常低而不工作时)，大多数数据读数都是陈旧且不可靠的。因此，功率输出低于最小阈值的信号不用于光段评估。
[0042] 光源(light source,LS)可用于照亮两个ROADM之间的光链路120。LS可以来自外部光信号，该外部光信号由第一ROADM 400a接收并发送到第二ROADM 400b。LS还可以(附加地和/或替代地)与至少一个ROADM 400集成。对LS的唯一要求是其工作窗口(波长)应该与光段中的有源元件相同。有源元件包括ROADM 400和放大器340。LS信号的存在确保点亮段(lit section)并且可以给控制器350关于相应段300的整体健康的读数。通常，C波段(～1530nm到～1570nm)是大多数电信设备的工作窗口。因为不需要LS携带数据，所以C波段中的LS可以是未调制的。因此，稳定的连续波(continues wave,CW)光源可以实现此目的。这简化了设计并降低了该方案的LS成本。由于LS可以被配置为向光段300、ROADM 400、放大器
340、和光链路120提供最小量的光功率，因此，LS在光功率输出方面也是灵活的(即，进一步降低成本)。应当注意，工业实践中光监控通道(optical supervisory channel,OSC)工作在放大器的工作窗口之外(例如，1510nm)。OSC通道在节点(400和340)之间承载拓扑/遥测控制通道(topology/telemetry control channel)数据，并在每个节点处插入和分出。因此，段中的OSC不提供更全面的物理层视图。这就意味着，当OSC在一个光段的所有节点之间运行时，该光段可能是暗的。
340、和光链路120提供最小量的光功率，因此，LS在光功率输出方面也是灵活的(即，进一步降低成本)。应当注意，工业实践中光监控通道(optical supervisory channel,OSC)工作在放大器的工作窗口之外(例如，1510nm)。OSC通道在节点(400和340)之间承载拓扑/遥测控制通道(topology/telemetry control channel)数据，并在每个节点处插入和分出。因此，段中的OSC不提供更全面的物理层视图。这就意味着，当OSC在一个光段的所有节点之间运行时，该光段可能是暗的。
[0043] LS的输出功率可能取决于光段300可用的技术、ROADM 400和放大器节点340的链路内的放大器的工作要求、以及每个光链路120的损耗预算。例如，在段具有20dB的光链路损耗并且放大器正常工作时最小输入功率要求为-30dBm时，LS对线路的输出功率应至少为-10dBm(不包括任何可靠性裕度)。考虑到对接线板损耗、连接器损耗、ROADM损耗、使用不同技术(不同的所需最小输入功率)的不同放大器的部署、非均匀光链路损耗、以及所需工作裕度的一些工程要求，可以更新这样的计算。通过在整个网络中进行工程设计，可以设置LS的所需功率级别以涵盖许多场景。通常，0dBm功率适用于大多数当前网络，这意味着LS硬件没有复杂性。因此，可以为集成或外部LS提供廉价的解决方案。
[0044] 通常，在相干模块中使用的激光，尤其对于100G卡的激光，具有10-100MHz的带宽，即，用于所需性能的窄线宽。在本公开的实施例中，因为不涉及调制，几GHz是可接受的。此外，LS不需要调制，因此LS可以是连续波(CW)LS。LS可以工作在ROADM放大器440的窗口(通常，在1530nm和1570nm之间的C波段中)并且可以保持光链路放大器340“接通”和工作(提供放大)。可以以对网络性能具有最小影响(或无影响)的方式来选择LS的中心波长(频率)。例如，一种可能的选择是相邻WDM通道之间的中间波长，其中，由于WSS或相干转发器的滤波效应而使影响最小化。
[0045] 图4以组件图示出了根据域网络200的实施例的ROADM 400的示例。ROADM 400包括波长选择开关(wavelength selective switch,WSS)500、控制器接口450、至少一个ROADM放大器440、以及波分复用(WDM)通道分插库460。为了简化说明，图4中未示出诸如接线板和色散补偿模块等其他模块。控制器接口450可以连接到控制器350，用于从控制器350接收操作指令并且将诊断信息发送到控制器350。可以将一个或多个ROADM放大器440放置在ROADM 400的一个或多个输出端口之前，以设置WSS 500经由光链路120输出的光信号的输出功率。
ROADM 400的任何组件或模块可以与光源(LS)集成。例如，WSS 500可以包括集成光源。另外地，和/或替代地，WSS 500可以经由其输入端口之一从光源接收光信号。WSS 500经由输入/输出端口从光链路120接收光信号并将光信号发送出光链路120。
ROADM 400的任何组件或模块可以与光源(LS)集成。例如，WSS 500可以包括集成光源。另外地，和/或替代地，WSS 500可以经由其输入端口之一从光源接收光信号。WSS 500经由输入/输出端口从光链路120接收光信号并将光信号发送出光链路120。
[0046] 光源(LS)可以集成在WSS 500中，用于照亮段300以使放大器340“接通”。LS，包括工作在C波段(1530nm至1570nm)的廉价LS，可以集成在任何ROADM 400组件或模块中。例如，当LS在WSS 500中实现时，在WDM通道设置之前的全段点亮和诊断被启用。用于段点亮的不同波长可用于任一方向。在另一示例中，当LS集成在分插库460中时，可以在通道开启之前评估段和节点的连接性和功能。在另一示例中，当LS集成在单独的监测和故障排除源中时，可以为了客户的利益而单独支持监测源以具有该特征。产品可以是具有多个输出端口的可插拔形式，以支持多个自由度。在这种情况下，具有多个或单独LS的卡可以用于照亮多自由度节点的不同自由度。在用于LS的多插头卡中，该卡可以具有多个空插槽(或子插槽)，其中，每个插槽可独立插拔以支持节点中的一个自由度。根据请求，可以部署可插拔的插槽，并且可以将相应的LS应用于期望的方向。这支持随着网络的扩展和自由度的增加而对特征进行实时升级。这类似于下面的图12，不同之处在于模块1210具有多个插槽，每个插槽用于一个可插拔的LS源。
[0047] 在其解复用器中不支持广播特征的WSS可以被配置/编程为执行针对期望解复用器方向/端口的LS光的路由功能，以覆盖网络并且使所有段都点亮。在这种情况下，使网络点亮取决于网络的网格性。或者，WSS可以配置为针对期望功能的期望自由度。
[0048] 图5以组件图示出了根据ROADM 400的实施例的具有集成LS的WSS 500的示例。波长选择开关(例如，配置为1x2、1x5、1x9等)广泛用于ROADM 400以支持各种节点架构(例如，主要是无色无方向(colorless and directionless,CD)和无色无方向无争用(colorless,directionless and contentionless,CDC))。WSS 500包括一个或多个多路复用器(multiplexer,MUX)输入端口504，该输入端口用于接收一个或多个光信号并输出多路复用输出信号。图5示出了具有1×4配置的WSS 500。应当理解，其他配置也是可能的，包括1x20和更大的配置。多路复用器输入端口504经由光纤连接到多路复用器530。多路复用器530可以为在一个或多个多路复用器输入端口504处接收的光信号提供方向滤波和波长选择性切换功能。多路复用器530输出光信号到光耦合器，例如，波长选择耦合器(wavelength-selective coupler,WC)520。WC 520允许光信号经由多路复用器输出线506输出。
[0049] 可以将集成光源(LS)510添加到WSS 500。LS 510可以经由WC 520耦合到多路复用器输出线506。在一些实施例中，LS 510信号可以总是存在于通向光链路120的多路复用器输出线506(即，光链路120的“指示灯”)中。因此，在这些实施例中，源自具有该WSS 500的ROADM 400的光链路120总是包括LS信号(即，相应的域网络段300中的光链路120和放大器340，不是“暗”)，除非有组件故障(例如，可能是LS 510、WC 520、WSS 500、ROADM 400组件或光链路放大器440中的一个或多个故障，或者可能是多路复用器输出线506或光链路120断裂)。应当注意，WC 520可以用内部开关(未示出)代替，以按需将LS信号发送到多路复用器输出线506。内部开关允许调制LS信号而不是“始终接通”。这允许控制器350在需要时使用LS 510照亮该段中的线路。
[0050] WSS 500还可以包括解复用器(DEMUX)输入线514，DEMUX输入线514耦合到解复用器540。解复用器540可以提供经由解复用器输入线514接收的光信号的有源波长选择性切换或无源波长选择性划分。每个单独的信号副本可以经由一个或多个解复用器输出端口516输出，并且可以被馈送到用于快速通道的其他方向或者被馈送到分插库460以进行插入/分出。当多路复用器方向针对诸如1x2、1x4、和1x9的低端口数使用方向选择性滤波和切换时，诸如1x20的更高端口WSS架构可以对多路复用器和解复用器采用相同的结构/技术以最小化对于解复用器信号的成本。应当注意，在一些实施例中，可以使用无源分路器来代替解复用器540。
[0051] 图6以组件图示出了根据ROADM 400的实施例的使用外部LS的WSS 600的示例。WSS600包括多路复用器输入端口504、多路复用器530、多路复用器输出端口506、解复用器输入端口514、解复用器504、和解复用器输出端口516。波长为λLS的外部LS 610可以耦合到多路复用器输入端口504中的一个。对于老式WSS硬件，可以使用现有的多路复用器端口(复用端口)504。因为每个WSS中有一个端口用于LS 610，这意味着端口利用率不足。在此示例中，示出了端口利用率不足为25％(1x4配置中四个端口中的一个用于LS 610信号)。在更大的配置中，例如1x20，端口利用率不足程度更低。例如，在1x20配置中，只会遇到5％端口利用率不足。较新的WSS硬件通常具有更多端口，例如1x20WSS。考虑到LS所需的多路复用与WDM通道不同，可以将LS信号的指定端口添加到较新的WSS设计中(具有多端口数或现有的常规端口数)。对于多端口WSS，为LS 610添加额外端口的成本可以忽略不计。例如，使用20个端口中的一个(或添加1个端口以形成1x21配置)对于WSS的整体设计和制造而言是可忽略的额外成本。这是因为新添加的端口只需要将LS信号耦合到输出多路复用器端口(即，与用于插入/分出或表示WDM业务通道的其他端口相比，不需要滤波和切换)。
[0052] 在WSS和LS的任一实现中(即，集成到WSS 500中的LS 510，或WSS 600外部的LS610)，控制器350可以连接到组件以用于工作和监测。为了检查域网络段300被点亮，控制器350可以指示第一ROADM 400a仅将LS 510、610产生的光信号通过光路120发送到第二ROADM 400b。然后，控制器350可以将每个组件的输出功率(Pout)与该组件的输入功率(Pin)或沿光路120的下一个组件的输入功率进行比较。例如，对于放大器，比较输入功率和输出功率以测量提供的增益，所提供的增益可与预期的配置值或控制器预期的值进行比较。链路120的功率读数(通常，使用先前放大器的Pout)和光链路120末端的功率读数(通常，使用下一个放大器的Pin)可用于测量经历的实时链路损耗Lloss，即Lloss＝Pout-Pin。利用该数据，可以评估光链路120的链路预算和/或将光链路120的链路预算与基线值(baseline value)进行比较。这种评估可以扩展到背反射功率读数(back-reflection power readings)(通常在放大器处可用)，以测量总链路反射，作为链路健康状况的指示。一般来说，特别是在修复和故障恢复之后，可以通过将新读数与先前读数进行比较并确保该段处于故障前状况来执行光链路可行性和健康。
[0053] 图7A以流程图示出了根据本公开实施例的确定域网络的状况(即，确定域网络段“健康”)的方法的示例(700A)。方法(700A)可以由连接至域网络段300的组件的控制器350执行。控制器350可以用于指示LS 510在域网络段300的光链路120上发送光信号(710)。然后，控制器350可以获得每个组件处的光信号的特征值(715)。例如，控制器350可以获得沿域网络段300的每个组件(即，ROADM 400、放大器340)输出的光信号的输出特征值(720)，并且还可以获得每个组件接收的光信号的输入特征值(730)。光信号的输入和输出特征值可以包括波长、偏振方向、偏振模色散(polarization mode dispersion,PMD)、偏振相关损耗(polarization dependent loss,PDL)、偏振态(state of polarization,SOP)变化、色散、和功率(即，光功率)中的至少一个。一旦获得特征值(715)，控制器350可以基于该特征值确定域网络段的状况(735)。例如，对于沿着从ROADM 400a到ROADM 400b的光链路120的每个光链路段，控制器350可以比较该段输出端处的组件输出的光信号的输出特征值和该段输入端处的组件接收的光信号的输入特征值。这些输入和输出特征读数可以是根据每个光学组件的，例如，ROADM、放大器等。可以基于上述比较来确定每个域网络段的健康状态(即，状况)(750)。例如，当测量的特征在光链路的规范(特征值)内时，可以将健康状态设置为“健康”。当测量的特征不在光链路的规范内时，健康状态可以设置为“不健康”。方法(700A)还可以包括其他步骤。
[0054] 图7B以流程图示出了根据图7A的方法的实施例的确定域网络段健康的方法的另一示例(700B)，其中，输入特征值包括输入功率，输出特征值包括输出功率。方法(700B)可以由连接至域网络段300的组件的控制器350执行。控制器350可以用于指示LS 510在域网络段300的光链路120上发送光信号(710)。然后，控制器350可以获得沿着域网络段300的每个组件(即，ROADM 400、放大器340)输出的光信号的输出功率的值，并且还可以获得每个组件接收的光信号的输入功率的值(725)。对于沿着从ROADM 400a到ROADM 400b的光链路120的每个光链路段，控制器350可以比较该段的输出端处的组件的输出的光信号的输出功率(Pout)的值和每个光链路段的输入端处的组件的接收的光信号的输入值。这些输入和输出功率读数可以是根据每个光学组件的，例如，ROADM、放大器等。如果接收组件的输入功率近似等于输出组件的输出功率减去该光链路段的衰减量(745)，则输出组件和接收组件之间的光链路段可以被认为是健康的(746)。当放大器“接通”并为输入信号提供增益时，可能会发生这种情况。否则(745)，光路120段可能存在问题(即，组件失灵/退化或光路/线段断裂)，应该上报(747)和处理。可以按部件和分段执行步骤(745)中的功率读数，并且将功率读数与光链路损耗或放大器增益的参考值或期望值进行比较。对于沿光链路120的组件之间的光链路段重复步骤(745)、和(746)或(747)。一旦分析了所有光链路段(步骤(745)、和(746)或(747))，如果所有光链路段都健康(755)，则确定域网络段健康(756)。否则(755)，域网络段不健康(757)，并且域网络段包括需要干预和进一步调查的问题。方法(700B)还可以包括其他步骤。
[0055] 如上所述，光信号的输入和输出特征值可以包括偏振模色散(PMD)、偏振相关损耗(PDL)、偏振态(SOP)变化、色散、和功率(即光功率)中的至少一个。方法700B示出了当输入和输出特征包括光功率时的示例。当输入和输出特征包括PMD、PDL、SOP变化、和色散时，可以进行类似的健康状态评估和确定。例如，当输入和输出特征包括PMD时，当测量的PMD(差分组延迟的样本的平均值)与链路被配置时所测量的参考PMD一致时或当测量的PMD保持在参考界限中时，域网络段可被认为是健康的。当输入和输出特征包括PDL时，当测量的PDL与链路被配置时所测量的参考PDL一致时或当测量的PDL小于LS和测量点之间的链路的设置上限时，域网络段可以被认为是健康的。当输入和输出特征包括SOP变化时，当每个波长的偏振率变化以配置期间测量的速率变化或设定参考为边界时，域网络段可被认为是健康的。当输入和输出特征包括色散时，当色散在LS和测量点之间的链路的规范内时，域网络段可以被认为是健康的。
[0056] 图8A以流程图示出了根据本公开实施例的确定可以将新的波分复用(WDM)通道添加到域网络(800)的方法的示例。该方法可以由控制器350执行，控制器350可以用于确定线路是否仍然是暗的(810)或者遭受性能退化问题，例如，意外的高链路损耗、不可靠的放大器增益、高反射等(即，该线路不健康)。如果线路不是暗的(810)(即，如果线路健康)，则控制器350可以周期性地再次检查以确定线路是否是暗的(810)。如果线路是暗的(810)(即，如果线路不健康)，则控制器350可以建立从WSS 600的相应端口到线路复用器端口504的连接物理路径(820)。例如，控制器350可以使用连接至LS 610的复用端口504来照亮路径。或者，控制器350可以使用开关来覆盖复用端口504中的一个以接收LS信号。接下来，控制器350可以检查来自数据监测的所有功率读数(或其他性能读数)以确保该段不再是暗的(830)。如果尚未建立WDM通道(840)，则控制器350再次周期性地检查以确定是否已建立WDM通道(840)。如果已经建立了WDM通道(840)，则控制器350可以移除LS的连接(即，移除导频光信号)(850)。接下来，控制器350返回到监测线路是否为暗(810)(即，线路是否健康)。方法(800)还可以包括其他步骤，例如，使用域网络中的ROADM的广播特征用指示灯照亮整个域网络。对于域网络中的每个段，可以重复上述方法(800)步骤，从而确认整个域网络是健康的。方法(800)还可以包括其他步骤，例如，来自方法(700A)和/或(700B)的步骤。
[0057] 图8B以流程图示出了根据本公开实施例的确定可以将新WDM通道添加到域网络的另一示例(860)。方法(860)可以由控制器350执行。方法(860)包括控制器350使用LS光信号照亮域网络(865)。例如，控制器350可以指示每个ROADM 400中的每个LS 510将光信号发送到相邻ROADM 400。或者，控制器可以指示LS 610将光信号从集中位置发送到其中每个ROADM 400包括广播能力的ROADM网格。如上所述，对于不包括广播能力的任何ROADM 400，控制器350可以指示ROADM 400针对期望的解复用器方向/端口执行LS信号的路由功能。一旦发送了光信号(865)，则对于域网络中的每个段，控制器可以检查性能读数以确保域网络段是健康的(870)(即，检查性能读数是否在预定义范围内)。该步骤的示例在以下图8C中进一步描述。可选地，控制器350可以指示LS在WDM通道被建立时移除或停止发送(即，停止发射)LS光信号(880)。方法(860)还可以包括其他步骤，例如，来自方法(700A)和/或(700B)的步骤。
[0058] 图8C以流程图示出了图8A的步骤(870)的示例。方法(870)包括：对于域网络中的每个段，控制器350用于将LS光信号调谐到该段的波长(872)。接下来，控制器350可以检查性能读数以确保该段对于该波长是健康的(即，检查性能读数是否在该波长的预定义范围内)。步骤(870)还可以包括其他子步骤，例如，针对每个段和每个波长，将光信号调谐到多个波长。可以针对多个波长中的每一个检查性能读数，以确保每个段对于多个波长中的一个或多个是健康的。可以选择一个波长用于该域网段的光信号。
[0059] 单个光源(即，集中式光源)可以用于接通网络(即，用于消除所有暗段的指示灯)。当在ROADM 400中支持关于用于LS 510、610的相应波长的广播特征时，可以支持网络域的两个方向。光学LS 510、610可以定制在网络上支持的各种特征。根据所需的方案和/或附加特征，可以考虑连续波(CW)或调制子载波。在ROADM 400处，可以分出光信号用以监测和网络健康评估。
[0060] 图9以网络图示出了根据本公开实施例的域网络900的另一示例。域网络900包括中央LS 910和经由光路120连接的一个或多个ROADMS 400。集中式LS 910可以用于照亮域的所有段。方向箭头示出了ROADM 400之间的在一个方向上的来自LS的光流的示例。应当理解，通过适当地配置ROADM 400，光也可以在ROADM 400之间在相反方向流动。可以对集中式LS 910产生的光信号(即，指示灯)进行调制或设计，使得其在(910)处的期望参考特征对于域网络200上的所有节点400是已知的。在域网络200的不同点处，为了监测和全局/本地网络健康评估，集中式LS 910的“点亮的”光信号可能被部分地分出。例如，可以监测和评估功率稳定性、放大器行为等，并且，一旦所有测量的监测数据均由全球网络管理(例如，在传输-SDN控制器(transport-SDN,T-SDN)中)提供/提取，可以对每个段的诸如色散(CD)、偏振模色散(PMD)、偏振相关损耗(PDL)的光学损伤进行监测和评估。导频子载波调制版本也可用于测量其他参数。基于WSS的ROADM的广播特征对于低端口数WSS可用，例如1x2、1x4、和1x9。较高端口WSS(例如，1x20)可能不支持广播特征，这将影响网络对点亮段的覆盖。但是，考虑到物理拓扑和连接性，ROADM可以用于支持全覆盖。
[0061] 可以增强集中式方案(即，使用中央LS)以支持对监控和管理层(可以在控制器350中实现)的附加值，其中，每个节点测量接收信号的质量，即，利用信号以进行监测。除了对抗暗段问题之外，LS 910还可以用于智能监控应用。智能监控包括传统光性能监控(optical performance monitoring,OPM)电路不执行的功能。通过将LS(通过ROADM的广播特征)标记到许多节点和段，这种智能监控可以帮助测量链路损伤，例如，偏振模色散(PMD)、偏振相关损耗(PDL)、偏振态(SOP)变化、色散(CD)、功率变化等。集中式LS 910可以被认为是发射器Tx，发射器Tx发送具有已知规范(例如，特征)的光信号(CW或未调制的)，已知规范包括线宽、色散、偏振(包括偏振方向)、光谱形状、承载的调制测试图案、恒定波长等至少之一。每个节点(即ROADM 400)可以配备接收器Rx(未示出)，以提取接收的监测信号的相应的度量质量(即，CD、PMD、PDL等)。这些接收器可以是连接到节点的外部工具套件，或者可以是节点内的嵌入式电路。每个Rx可以对来自所有自由度或每自由度的所有信号执行测量，即，其功能可以集成在ROADM 400中。接收器模块可以在ROADM400和放大器340中。与传统接收器相比，这种接收器(Rx)执行数据接收时的成本可以忽略不计。这种接收器仅对从其分出的LS副本执行所需规格的模拟测量。
[0062] 图10以流程图示出了根据本公开实施例的监测光网络(1000)的健康(即，监测状况)的方法的示例。方法(1000)可以由在软件定义网络(SDN)控制器(例如，控制器350)中实现的监控和管理层来执行。可以利用已知规范(例如，特征)来设置LS 910。已知规范(特征)可以包括以下中的至少一个：线宽、偏振、PMD、PDL、SOP、色散、功率等。方法(1000)包括：控制器350指示LS 910(具有已知规范/特征)在整个域网络900中发送(1010)监测信号。接下来，控制器指示在光网络900中的所有节点处执行监测(1020)。例如，对于光网络900中的每个节点，节点中的接收器可以提取测量所有规格的接收到的监测信号的质量。接收的监测信号的质量可以包括信号的线宽、偏振(例如，偏振方向)、PMD、PDL、SOP、色散、功率等。接下来，控制器350可以从节点接收读数(1030)并且将接收到的监测读数与基于已知规格的预期结果进行比较。接下来，可以通过控制器350评估域网络900中的每个域网络段300的健康状态(即，状况)(1040)。如果监测读数与每个域网络段的预期结果匹配或者在其内，则认为域网络段300健康。如果监测读数与每个域网络段的预期结果不匹配或不在其内，则认为域网络段300不健康。当该域网络的监测读数提供较低的光信噪比和/或较高的误码率时，域网络段300也可以被认为是不健康的。如果所有段300都健康，则整个域网络900健康。否则，控制器350可能会发信号表明网络900中存在需要干预的问题。控制器350还可以指示哪些网络段300不健康。方法(1000)还可以包括其他步骤。
[0063] 使用中央LS 910，图7和图8的确认域网络段健康的方法(700、800、1000)可以扩展到确认域网络200的一部分或整个域网络200健康的方法。控制器350可以用于指示中央LS910在整个域网络200上发送光信号。然后，可以针对域网络200中每个域网络段300重复与整个域网络段300有关的方法(700、800、1000)中的步骤。如果所有域网络段300都是健康的，则整个域网络200健康。因此，使用LS 510、610、910来照亮光链路120允许方法(700、800、1000)检查域网络段300和/或整个域网络200的健康状态。
[0064] 图11以组件图示出了根据本公开实施例的域网络段1100的另一示例。域网络段1100包括两个两自由度ROADM节点1110，以及沿着连接ROADM节点1110的每个光路120的至少一个放大器340。示出了两个光路120：两个ROADM节点1110之间的每个方向各一个光路。
每个ROADM节点1110包括两个WSS和分插库460。每个节点1110中的一个ROADM 400包括与LS
510集成的WSS 500。每个节点1110中的另一个ROADM 400包括无LS的WSS 600。光信号流的每个方向有具有WSS 600的ROADM 400沿着光路120向具有WSS 500的ROADM 400输出。
每个ROADM节点1110包括两个WSS和分插库460。每个节点1110中的一个ROADM 400包括与LS
510集成的WSS 500。每个节点1110中的另一个ROADM 400包括无LS的WSS 600。光信号流的每个方向有具有WSS 600的ROADM 400沿着光路120向具有WSS 500的ROADM 400输出。
[0065] 图12以组件图示出了根据本公开实施例的多自由度ROADM 1200的示例。多自由度ROADM 1200包括四个ROADM 400、分插库460、和多端口监测源1210。每个ROADM 400包括WSS 500、600和解复用器/分路器540。该图示出了WSS在其解复用器架构中使用分路器/组合器的情况。同样的方案适用于其他WSS方案。多端口监测源1210可以支持具有可变自由度的节点，例如，四个自由度、八个自由度等。单独的模块可以提供对LS 910每自由度的支持。因此，简化了对现有老式网络和未来几代ROADM(CD、CDC等)的支持。
[0066] 本公开的实施例可以进一步增强用于故障恢复场景。根据所需的冗余，可以配置多个接入点以注入LS(CW，导频子载波等)并在网络上提供多样化的点亮光谱。每个LS可以使用一组不同的波长(即，多波长源)、频带、或子带。多个LS可以共享用于照亮的同一频带。它们还可以使用相互排斥的频谱部分，以实现冗余以及更高的可靠性和更准确的网络监控。
[0067] 图13以组件图示出了根据本公开实施例的服务配置1300的示例。软件定义网络(SDN)1300可以向IP/MPLS网络1320和ROADM 400的光子网格发送信令。可以在暗段上添加或删除WDM通道，尤其是在添加新自由度/线路的升级期间。可以使用transport-SDN进行动态服务配置/升级。当网络点亮时，管理层就会知道与问题和性能相关的度量。因此，可以使用适当的路由和波长分配。
[0068] 图14以组件图示出了根据本公开实施例的网络恢复和复原1400的示例。这种网络恢复和复原可以在网络故障1410(例如，光纤断裂，组件故障等)期间发生，其中，必须重新配置WDM通道拓扑。图14示出了被上游故障1410直接影响的工作路径通道1430，以及上游故障1410造成的通路通道1420的损耗所影响的保护路径通道1440。在故障原因被修复并且流量重新开始路由到原始路径之后，本公开的教导可用于确保固定拓扑不是暗的。
[0069] 图15以组件图示出了根据本公开实施例的主动故障诊断和监测1500的示例。用于故障识别的预测方法可以通过使用探测(例如，监测)LS波长(集中式或分布式)来进行，该LS波长不仅照亮该段而且还提供关于光链路120的有价值信息。这有助于在升级或故障恢复期间(例如，光纤维修等)提供最小化的操作成本(operational cost,OPEX)。主动故障诊断和监测中包括在线升级和维护活动。图15示出了具有错误或流量损失1550的网络1510(例如，城域网下一代同步光网络(synchronous optical networking,SONET)/同步数字体系(synchronous digital hierarchy,SDH)。光分路器或测试单元1520可以从网络1510中的节点获得监测读数，并将监测读数发送到控制器，该控制器可以发出诸如实时每虚拟级联(real-time per-virtual concatenation,VCAT)成员警报和错误分析报告1530以及实时每层警报和错误分析报告(real-time per-layer alarm and error analysis report)1540之类的报告。
[0070] 图16以组件图示出了根据控制器350的实施例的包括控制器350的设备1600的示例。设备1600可以包括控制器350，并且可选地包括操作系统1610和用于设备1600的其他功能的其他模块1620。控制器350可以执行上述方法(700)、(800)、和(1000)中的步骤。
[0071] 图17以框图示出了可用于实现本文公开的一些设备和方法的计算系统1700。特定设备可以使用所示的所有组件或仅使用组件的子集，并且集成程度可以因设备而异。此外，设备可以包含组件的多个实例，诸如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等。计算系统1700包括处理单元1702。处理单元1702包括中央处理单元(central processing unit,CPU)1714和存储器1708，还可以包括连接到总线1720的大容量存储设备1704、视频适配器1710、和I/O接口1712。
[0072] 总线1720可以是任何类型的若干总线架构中的一个或多个，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、或视频总线。CPU 1714可以包括任何类型的电子数据处理器。存储器1708可以包括任何类型的非暂时性系统存储器，例如静态随机存取存储器(static random access memory,SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic random access memory,DRAM)、同步DRAM(synchronous SDRAM,SDRAM)、只读存储器(read-only memory,ROM)、或其组合。存储器1708可以包括用于启动的ROM，以及用于存储程序和在执行程序时使用的数据的DRAM。
[0073] 大容量存储器1704可以包括任何类型的非暂时性存储设备，非暂时性存储设备用于存储数据、程序、和其他信息，并且使得数据、程序、和其他信息可以经由总线1720访问。例如，大容量存储器1704可以包括固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器、或光盘驱动器中的一个或多个。
[0074] 视频适配器1710和I/O接口1712提供用于将外部输入输出设备耦合到处理单元1702的接口。如图所示，输入输出设备的示例包括耦合到视频适配器1710的显示器1718以及耦合到I/O接口1712的鼠标/键盘/打印机1716。其他设备可以耦合到处理单元1702，并且可以使用额外的或更少的接口卡。例如，诸如通用串行总线(universal serial bus,USB)(未示出)的串行接口可用于为外部设备提供接口。
[0075] 处理单元1702还可以包括一个或多个网络接口1706，网络接口1706可以包括连接至接入节点或不同网络的诸如以太网电缆的有线链路和/或无线链路。网络接口1706允许处理单元1702经由网络与远程单元通信。例如，网络接口1706可以经由一个或多个发射器/发射天线和一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。处理单元1702可以耦合到局域网1722或广域网，用于数据处理和与诸如其他处理单元、互联网、或远程存储设施的远程设备进行通信。
[0076] 除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。
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