بخشی از مقاله
چکیده -
تخصیص طیف در سطح لینکهای شبکه نوری کشسان با توان ثابت کانالها بررسی میشود. تخصیص طیف در هر لینک به منظور افزایش حاشیه SNR و ظرفیت انتقال بوده و تا حد امکان اثر نویز غیرخطی را کم کنیم. از مدل نویز گوسی غیرخطی برای محاسبه نویز استفاده شده است. سه الگوریتمFCP,ESP و BCP برای تخصیص طیف پیشنهاد شده و همچنین توان بهینه ثابت کانالها برای الگوریتمهای پیشنهادی برای دستیابی به بیشینه حاشیه SNR و ظرفیت انتقال محاسبه شده است. در الگوریتم ESP طیف به طور یکنواخت به درخواستها تخصیص داده میشود ولی در الگوریتم FCP درخواست جدید تخصیص طیف به گونهای انجام میشود که بیشترین فاصله ممکن را از بقیه کانالها داشته باشد. در الگوریتم BCP تخصیص طیف با بیشترین حاشیه SNR داده میشود.
-1 مقدمه
با افزایش روز افزون و ناهمگن ترافیک حاصل از کاربرد-های مختلف در شبکههای نوری، موجب شده که شبکههای نوری کشسان به عنوان انتخاب مناسبی برای شبکههای زیرساخت مدنظر باشند. در واقع با وجود پهنای باند زیادی که در کانالهای فیبر نوری وجود دارد ولی افزایش تقاضای کاربران سبب شده است که محققان و پژوهشگران این حوزه به دنبال روشهای استفاده بهینه از پهنای باند موجود باشند تا بتوان پاسخگوی نسلهای جدید تبادل اطلاعات باشد.
از جمله روشهای استفاده شده در شبکههای نوری کشسان تسهیم طولموجهای تقسیم شده نایکوییست و تسهیم طولموجهای تقسیم شده فرکانسی متعامد نوری است، که بهره-وری طیفی را زیاد میکنند. در کنار نویز گسیل خود به خودی تقویت شونده - ASE - که یک نویز خطی بوده با ایجاد یک مدل تحلیلی به دنبال اندازهگیری اثر غیر خطی تداخل کانالهای مجاور بر روی هم هستیم.
هدف اصلی، کمکردن پهنای باند با پاسخگویی به تمامی درخواستها و تامین کیفیت لازم میباشد. استفاده از روشهای تسهیم طولموجهای تقسیم شده نایکوییست و تسهیم طولموج-های تقسیم شده فرکانسی متعامد نوری در شبکههای نوری کشسان موجب قابلیت انعطاف و بهینگی در استفاده از پهنای باند شده است. پهنای باند هر فیبرنوری به زیرحاملها تقسیم میشود.
در این شبکهها پهنای باند اختصاص داده شده به هر زیرحامل در مقایسه با شبکههای تسهیم طولموجهای تقسیم شده بسیار کوچکتر میباشد. به عنوان مثال، پهنایباند اختصاص داده شده به هر زیرحامل در شبکههای نوری کشسان 6,25 GHz و یا 12,5GHzبوده ولی در شبکههای تسهیم طولموجهای تقسیم شده 50GHzمیباشد. همچنین زیرحاملهای مختلف میتوانند از لحاظ نوع مدولاسیون و نرخ ارسال متفاوت باشند ولی باید تعداد زیرحاملها اختصاص داده شده به یک سرویس به گونهای باشد که توان عملیاتی لازم را دارا باشد.
سه مشکل اصلی در مسئله مسیریابی، نوع مدولاسیون و اختصاص طیف در شبکههای نوری کشسان وجود دارد:
قید پیوستگی طیف - 2 - - continuity constraint - قید مجاورت طیف - 3 - - contiguity constraint - محاسبه خرابیهای لایه فیزیکی. قید پیوستگی طیف به ما این اطمینان را میدهد که در مجموعه زیرحاملهای اختصاص داده شده به لینکها در یک مسیر نوری هیچ تبدیل طیفی انجام نشده است. قید مجاورت طیف به ما این اطمینان را میدهد که زیرحاملهای اختصاص داده شده به یک اتصال در کنار هم هستند. در هنگام عبور سیگنال نوری از شبکه، خرابیهای لایه فیزیکی مانند نویز و تداخل متقابل باعث کاهش کیفیت سیگنال میشوند.
تقاضاهای اتصال در مسئله RMSA به دو دسته تقاضاهای پویا - بر خط - و ایستا - غیر بر خط - تقسیم میشوند. برای تقاضاهای ثابت، مسئله RMSA در قالب مسئله برنامهریزی شبکه عنوان میشود .[4] بعد از برنامهریزی شبکه، مسئله RMSA با ترافیک پویا مطرح شده و ترافیک در حین کارکردن شبکه به صورت یک فرآیند تصادفی مدل میشود.
بیشتر کارهای انجام شده در حل مسئله RMSA با اطلاع از خرابیهای لایه فیزیکی در شبکههای نوری کشسان بر اساس محدودیت دسترسی انتقال هستند.[8] ,[7] دراین کارها نوع مدولاسیون، وابسته به محدودیت دسترسی انتقال تنها با توجه به خرابیهای خطی انتخاب میشود. همچنین فرض شده است مدولاسیونی که برای یک مسیر نوری در نظر گرفته میشود از لحاظ طول دسترسی انتقال به نسبت طول مسیر بزرگتر است یعنی در واقع کیفیت سیگنال نوری در تمامی طول مسیر خوب میباشد. همچنین برای جلوگیری از اثرات غیرخطی، بین باند زیرحاملهای مجاور به اندازه تعدادی باند زیرحامل باند محافظ در نظر میگیرند
در مقاله [11] با در نظر گرفتن تداخلات غیرخطی که منجر به بدترین حالت محدودیتهای دسترسی انتقال میشود مدعی بار کامل شبکه میباشد. مفهوم تخصیص منابع وفقی با فاصله برای اولین بار در [12]پیشنهاد شد. این مفهوم برای مسئله RMSA برای ترافیک پویا در [13]،[14] و برای ترافیک-های ثابت در [15] به کارگرفته شد. در مقاله [3] مسئله RMSA را همراه با تخصیص گیرنده-فرستنده در نظر گرفته است.
با توجّه به اینکه نویز غیرخطی یکی از مهمترین عوامل در پایین آوردن SNR سیگنال در فیبر نوری می باشد، هدف ما نیز در این شبیهسازیها بر پایه این اصل استوار بوده است که تا حد امکان کیفیت سیگنال را با توجه به اثرات نویز غیر خطی بالا ببریم. برای این که تا حد امکان اثر نویز غیر خطی را کم کنیم، بایستی کانال ها را در جای مناسب در طیف فیبر قرار دهیم و همچنین از توان مناسب برای ارسال سیگنال استفاده کنیم.
-1 مدل غیرخطی کانال
با در نظر گرفتن سیستم انتقال همدوس با پلاریزاسیون مالتی پلکس شده SNR سمبل توسط دو نویز، سفید خطی - ASE - و نویز غیرخطی محدود میشود. در لینکهای با پراکندگی جبران نشده تداخلات غیرخطی بین کانال DWDM ناشی از اثرات کر توسط نویز گوسی مدل میشود. این نویز به صورت غیرهمدوس با ASE جمع میشود و SNR سمبل از رابطه - 1 - به دست میآید :
که توان سیگنال دریافتی در گیرندهتوان نویز ASE میباشد و توان نویز غیرخطی میباشد - منظور از
زیروند i مسیر iام است - . توان دریافتی در گیرنده با توان ارسالی یکسان میباشد. با فرض اینکه تلفات انتقال توسط EDFA جبران شود داریم:
این جمع کننده روی k تا EDFA مسیر میباشد و عدد نویز - برحسب - dB، h ثابت پلانک، فرکانس حامل نوری کانال و R نرخ سمبل میباشد. تلفات انتقال بین k-1 و k امین EDFA میباشد.
نویز غیر خطی یک کانال به سه دسته تقسیم میشود :
SPM-1 این نویز ناشی از خود کانال i - ام - میباشد
XPM-2 این نویز ناشی از اثر غیرخطی کانال j ام روی i ام میباشد.
: FWM-3 ناشی از دو کانال متفاوت بر روی i ام میباشد که از این نویز معمولا صرف نظر میشود.
نویز غیرخطی روی کانال i ام را از رابطهی زیر محاسبه کرد:
توان ارسالی کانال i ام و جمع روی تمامی کانالها میباشد - فرض شده است که طیف فیبر نوری هشتاد کانال دارد - و تداخل غیرخطی کانالj روی i ام است.j - X i, j - i نشان دهنده XPM و j - X i, j - i نشان دهنده
SPM است. X i, j به فاصلهی فرکانسی بین کانال i و j ام، شکل طیف و نرخ سمبل و به تعداد span ها بستگی دارد. نویز غیرخطی دو کانال روی هم برحسب فاصلهی آنها قابل محاسبه است. با فرض توان کانال مورد تداخل توان کانال تداخل کننده داریم :
در جدول زیر مقادیر پارامترهای استفاده شده در شبیهسازی و مقادیر ثابت و پارامترهای فیبر اورده شده است: ضریب تضعیف فیبر ضریب پراکندگی فیبر ضریب غیرخطی فیبر طول هر span
جدول : 1 پارامترهای استفاده شده در شبیهسازی
-2 الگوریتمهای تخصیص طیف
با جایگذاری کانالها در جای مناسب و بهینه کردن توان، تا حد امکان کیفیت سیگنال را بالا بردیم. در شکل1 نمودار قهوهای رنگ بهترین هر کانال روش BCP را نشان میدهد. نمودار سبز رنگ هر کانال روش ESP را نشان میدهد که توان آنها بهینه شده است.
شکل :1 نمودار SNR کانالها برای دو الگوریتم ESP و BPC با توان ثابت برای تمامی کانال . - 1 mW -
برای سنجش کیفیت سیگنال از نرخ شانون و کمترین SNR استفاده کردیم. برای تخصیص کانالها در طیف فیبر از سه الگوی تخصیص طیف استفاده کردیم :
-1-2 الگوریتم جایگذاری با فاصله یکسان
در این روش کانالها را با فاصله مساوی از یکدیگر قرار می-دهیم، به گونه ای که اگرخواستیم یک کانال به کانالهای قبلی اضافه کنیم جای کانال های قبلی عوض می شود و فضای طیف بطور مساوی بین کانال ها تقسیم می شود. شکل 1روند بهترین تخصیص و بهینه کردن توان را برای 9 کانال در طیف نشان می دهد.
نمودار آبی رنگ نشان دهنده SNR هر کانال که با فاصله مساوی از هم قرار گرفتهاند و شکل قرمز رنگ SNR کانالهایی را نشان میدهد که در بهترین مکان از طیف قرار گرفتهاند تا در مجموع نرخ قابل حصول بیشترین شود. تخصیص کانالها با بیشترین فاصله از یکدیگر یا همان الگوریتم ESP از بهترین روشها برای بالا بردن نرخ قابل حصول در طول طیف میباشد.امّا میخواهیم روشی را برای تخصیص طیف استفاده کنیم که از الگوریتم ESP نیز بهتر باشد، در واقع بهترین تخصیص کانال در طول طیف باشد به صورتی که ماکزیمم نرخ قابل حصول را به ما بدهد، که این روش همان الگوریتم بهترین جایگذاری کانالها - BCP - است.
