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1高速率光纖通信網絡
光纖通信網是當前長途骨干傳輸網的首選網絡，在光纖通信網絡中，一根光纖的傳輸帶寬可高達50Tbps，而現實中正在使用的光通信網絡，則遠遠沒有達到這個帶寬速率，也就是說，光纖巨大的帶寬傳輸能力遠遠沒有充分發揮出來和得到充分利用。為了發揮光纖巨大的帶寬傳輸能力，人們開發了波分復用(WDM)技術，構建了長途傳輸的WDM光通信網絡。所謂WDM技術，就是在發送端將不同波長信號組合復用后，發送到一根光纖上傳輸，然后再在接收端進行一個反向的解復用過程，將這些波長進行分離。現在的骨干傳輸網絡，基本上都是WDM光網絡了，當然，按照不同區域的大小，還可以將WDM光網絡再進一步細化為不同層級的網絡。光網絡里數據的載體是激光，也就是光波的波長?，F在，一個波長傳輸100Gb/s的高速率已經實現了，目前主流的大容量波分復用DWDM系統是N×100Gb/s，頻率效率為2bit/s/Hz。更高的400Gb/s系統也在實驗室中實現了，并正走向應用。但對于傳輸介質光纖來說，并不是任意一個激光的波長都能用來進行傳輸的。只有在光纖的所謂通信窗口上的激光波長，才能用于進行光纖通信。因此，看起來激光的頻譜很寬，但僅有落在光纖的通信窗口上的激光頻率(波長)才為可用，其他位置的頻率(波長)并不可用。這樣一來，在光纖通信網絡中就造成了可用波長資源不足的問題。可見，波長資源對于光通信網絡來說是非常稀少而又珍貴的。為了解決光纖中波長資源不足的問題，人們想到了波長的重復利用技術，那就是進行波長轉換。
2波長可變光網絡
對于光網絡來說，波長是最重要的網絡資源。對于一個無波長變換的光網絡來說，波長是全局性的寶貴資源。在這種無波長變換的光網絡中，必須滿足波長連續一致性要求。從全光網來說，重要的就是要科學、合理地分配波長資源，對于網絡中的每一個光通道，都有一個波長與之對應。但當需要建立更多通道時，波長資源就會顯得不足，波長不夠用了。為了提高波長資源的利用率，人們開發了一種光器件，即波長變換器，用來進行波長的變換。有了波長變換器，在光網絡中，就可以在不同地方、不同區域重復利用波長，也就是使用相同的波長。對于波長可變網絡來說，每一條新路徑，都可以選用不同的波長。
在光網絡里，雖然有了波長可重復利用的波長變換技術，波長寶貴資源的使用效率有了一定的提高，但對于稀少而又珍貴的波長資源的充分利用程度來說，仍然是不夠的。波長頻譜資源仍然存在著浪費現象。如果有更寬的通道帶寬，就能更好地保證各通道之間沒有碼間干擾。另外，更低的通道間隔，也就意味著可用帶寬的增加，這樣就可以容納更多的波長數量。國際電信聯盟ITU-TG．694.1規定的DWDM柵格有:12.5GHz、25GHz、50GHz和100GHz。光波長頻譜承載著各種各樣的業務。當光網絡運行一陣后，難免出現一些所謂的頻譜碎片。光網絡中出現的頻譜碎片，對網絡是不利的，因為頻譜碎片的出現，降低了頻譜的使用效率。靈活柵格光網絡對于頻譜是有一定的技術上的要求的。首先，要求頻譜一致性約束。即在網絡所有鏈路上，業務傳輸都必須使用相同的子載波段。例如，對于如下的一個光網絡拓撲結構，光網絡由3個節點P1、P2、P3組成?，F在假設有一個業務S在這個光網絡中傳輸。路徑是由P1-P2-P3組成的，P1為源節點，P3為目標節點。這個業務S占用了8個子載波?，F在有2個鏈路P1-P2，P2-P3。在鏈路P1-P2中，業務S占用的是1～8號位置上連續的8個子載波。在鏈路P2-P3中，業務S占用的也同樣是1～8號位置上連續的8個子載波。因此，鏈路P1-P2與鏈路P2-P3業務S占用子載波情形是一樣的。但是，最下面一個鏈路P2-P3情形就有點不同了，這時業務S占用的位置已經不是1～8號連續位置了，而是從第2個位置上開始占用，一直到第9個位置，也就是說，業務S占用了2～9號位置的8個子載波。這與前面2個占用的情形不同，因而這最后一個所示的情形，不滿足頻譜一致性約束條件，最后一個是不行的。靈活柵格光網絡對于頻譜分配中，第2個要滿足的條件是頻譜連續性約束條件。所謂的連續性，是指光網絡業務所分配的頻譜不能分離開來，必須是連續的頻譜子載波。可以看到，業務S的分配是一種連續相鄰的8個子載波組成的，這是頻譜連續性的表現。業務S卻被分成了兩個不連續的部分，一個占據1～5號位置，另一部分占據8～10號位置。在這種情況下，頻譜6～7號位置空著，并無任何業務，那么這2個子載波就浪費掉了，其他業務無法利用這2個子載波。靈活柵格光網絡對于頻譜分配的第3個條件是頻譜非混疊性。如圖10所示。所謂的頻譜非混疊性，主要是指不同業務各占各的位置，同一位置上不能既有第1個業務占據，又有第2個業務占據，發生重疊現象。業務S1占據前6個子載波，S2則占據著隨后的2個子載波，也就是7～8號這2個子載波。情況發生了變化，業務S1仍然是占據著1～6號子載波，但業務S2占據的卻是6～7號位置，其中的6號位置與S1的6號發生了重疊，換句話說，業務S1與業務S2發生了混合重?，F象。這就不滿足頻譜非混疊性約束條件。比起WDM波長路由網絡的波長大粒度來，由于靈活柵格光網絡中的子載波的粒度更小，因此，靈活柵格光網絡也就更加靈活，業務匹配性高，更能適應不同大小粒度業務的需要，更能較好地實現業務的匹配，頻譜利用效率也更高。
4靈活柵格光網絡需要克服的困難
對于光網絡來說，在進行業務傳輸的過程中，不可避免地會出現一些頻譜碎片。尤其是在光網絡經過一段較長時間的運行之后，在頻譜上會產生許多的碎片，而且這些碎片分散度較高，碎片在頻譜上產生的空隙，造成了大量的非連續性頻譜資源，這些不連續的頻譜資源不能承載大的業務，一旦出現大業務到來，頻譜資源不足，就會造成網絡的阻塞。大量的非連續性頻譜資源的產生，造成寶貴的頻譜資源浪費現象，這給珍貴的光網絡頻譜充分利用帶來了較大的困難。對于這種困難，目前解決的方法是通過一定的優化算法，開發面向頻譜融合的路由頻譜分配算法，以及頻譜碎片整理的相關算法，來對頻譜碎片進行整理，重構頻譜，以便能最大程度地減少頻譜碎片現象。光網絡經過一段較長時間運行之后，在頻譜上產生的碎片。從3個業務的頻譜初始分布來看，這3個業務只需要8個子載波就行了，但卻占用到了第11個子載波。分散的頻譜碎片使得中間的子載波無法利用，造成極大的浪費。業務占據了前8個連續的子載波，后面的頻譜就可用于新進的業務。顯然，經過整理重構后的頻譜利用率大大提高了。
5結束語
本文探討了靈活柵格光網絡技術，分析了靈活柵格光網絡中頻譜碎片的優化問題。采用靈活柵格光網絡新技術，對于靈活柵格光網絡中的頻譜碎片進行優化，按照一定的規則和算法，開發面向頻譜融合的路由頻譜分配技術，支持更多網絡通道數，提高網絡靈活性，這對于現代光網絡技術的發展具有啟示意義。
作者：張寧 張杰 單位：北京聯合大學信息學院 北京郵電大學信息光子學與光通信研究院