多波段弹性光网络中基于OSNR的动态混合路由与频谱分配算法研究

为解决5G/6G时代异构流量带宽需求激增导致的频谱资源分配难题，印度理工学院研究人员提出基于OSNR(光信噪比)的动态混合路由调制多波段频谱分配(RMMBSA)算法。该研究通过带宽需求自适应链路权重调整机制，在Telecom Italia和德国网络拓扑中实现阻塞概率(BBP)降低60.4%和54.1%，为多波段弹性光网络(MB-EONs)资源优化提供创新解决方案。

　　

随着5G技术迅猛发展和6G网络即将到来，传统波分复用(WDM)系统因固定频谱分配导致的资源浪费问题日益凸显。弹性光网络(EONs)虽通过灵活栅格技术(ITU-T G.694.1标准)提升了频谱效率，但单一C波段资源已无法满足爆炸式增长的数据需求。多波段弹性光网络(MB-EONs)通过扩展L/S/E等波段虽增加了容量，却面临线性损伤(如放大器自发辐射噪声ASE)和非线性损伤的双重挑战。在此背景下，如何实现跨波段、损伤感知的动态资源分配成为制约下一代光网络发展的关键瓶颈。

印度理工学院的研究团队在《Optical Fiber Technology》发表的研究中，创新性地提出带宽需求自适应链路权重感知OSNR动态混合路由调制与频谱分配算法。该研究通过建立OSNR与路径长度的数学模型，将ASE噪声中的路径长度项L_s
纳入链路权重计算，开发出动态RMMBSA和混合RMMBSA两套算法体系。研究采用德国电信和Telecom Italia真实网络拓扑，通过MATLAB仿真平台，在5-145Erlang动态业务负载下，系统评估了带宽阻塞概率(BBP)、频谱利用率(FSU)等六大性能指标。

关键技术方法包括：1)基于12.5GHz子通道粒度的C/L双波段建模；2)带宽需求FS(频隙)自适应的Dijkstra路由算法；3)OSNR驱动的波段选择机制；4)静态-动态混合路由策略；5)链路碎片化指标(LFM)和基于熵的碎片化指标(EBFM)评估体系。

【系统配置与物理层建模】
研究采用带间/带内多路复用架构，每个波段独立配置320个12.5GHz子信道。通过色散补偿光纤(DCFs)抵消传输损伤，建立OSNR=58.17-10log₁₀
(L_s
/80)的线性损伤模型，为波段选择提供量化依据。

【动态RMMBSA算法】
核心创新在于将链路权重设计为FS占用率的函数：W_l
=1/(1-η_l
)，其中η_l
为链路l的频谱利用率。该机制使SDN控制器能动态规避拥塞链路，在TI拓扑中使BBP降低60.4%，显著优于静态路由算法。

【混合RMMBSA算法】
通过静态路由预配置与动态路径优化的协同机制，在德国网络中实现54.1%的BBP改善。特别地，当动态路由失败时自动切换静态路由的容错设计，使请求阻塞概率(RBP)较纯动态方案再降18.7%。

【性能指标分析】
在150Erlang高负载下，C优先混合算法使频谱利用率(FSU)提升至0.82，较L优先方案提高23.5%。熵基碎片指标(EBFM)分析显示，动态权重机制使频谱碎片减少41.3%，验证了算法在资源整合方面的优势。

该研究首次系统论证了OSNR与带宽需求的间接耦合关系：FS需求→路径选择→L_s
变化→OSNR计算→波段决策的闭环机制。提出的混合路由策略打破传统静态/动态路由的二元对立，通过"动态优先、静态托底"的智能切换模式，为MB-EONs提供可扩展的资源配置框架。研究成果对实现Tbps级6G前传网络具有重要指导价值，其自适应权重设计思想可延伸应用于空分复用(SDM)等新型光网络架构。未来工作需进一步纳入非线性损伤因素，并探索机器学习在链路权重预测中的应用潜力。